TCPIP路由交换技术（第二版）课件 2.2 了解TCPIP协议栈

项目2规划IP地址授课教师：管秀君吉林交通职业技术学院学习任务2.2了解TCP/IP协议栈2.2.1

TCP/IP概述TCP/IP起源于美国国防部高级研究项目管理局在1969年进行的有关分组交换广域网科研项目的研究，因此起初的网络称为ARPAnet。1973年TCP（TransferControlProtocol,传输控制协议）正式投入使用，1981年IP（InternetProtocol,网际协议）投入使用，1983年TCP/IP正式被集成到美国加州大学伯克利分校的UNIX版本中，该“网络版”操作系统适应了当时各大学、机关、企业旺盛的连网需求，随着该免费分发操作系统的广泛使用，TCP/IP因此得到流传。到20世纪90年代，TCP/IP已发展成为计算机之间最常用的组网形式。它是一个真正的开放系统，因为协议栈的定义及其多种实现可以不用花钱或花很少的钱就可以公开得到，它被称为“全球互联网”或“因特网（Internet）”的基础。TCP/IP起源2.2.2

TCP/IP与OSI模型比较与OSI参考模型一样，TCP/IP也分为不同的层次开发，每一层负责不同的通信功能。但是，TCP/IP简化了层次设计，将原来的七层模型合并为四层协议的体系结构，自顶向下分别是应用层、传输层、网络层和链路层（又称为网络接口层），没有OSI参考模型的会话层和表示层。TCP/IP与OSI模型比较应用层会话层表示层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层网络接口层OSI参考模型TCP/IP协议模型两种协议的相同点（1）都是分层结构，并且工作模式一样，层和层之间都需要很密切的协作关系。（2）有相同的应用层、传输层和网络层。（3）都使用包交换技术。两种协议的不同点（1）TCP/IP把表示层和会话层都归入了应用层。（2）TCP/IP的结构比较简单，因为分层少。（3）TCP/IP的标准是在Internet网络不断的发展中建立的，基于实践，有很高的信任度。相比较而言，OSI参考模型是基于理论的，是做为一种向导的模型TCP/IP与OSI模型比较2.2.3

TCP/IP协议栈TCP/IP协议栈是由不同层次的多种协议组成。网络接口层涉及在通信信道上传输的原始比特流，它规定了传输数据所需要的机械、电气、功能及规程等特性，提供检错、纠错、同步等措施，使之对网络层显现一条无错线路，并且进行流量调控。TCP/IP协议栈应用层的主要功能是用户和应用程序之间的接口，在这一层，TCP/IP模型设计各种协议以支持不同的软件类型，应用层为用户的各种网络应用开发了许多网络应用程序，例如文件传输、网络管理等。常见的应用层协议有：（1）FTP（FileTransferProtocol,文件传输协议）（2）HTTP(HyperTextTransferProtocol，超文本传输协议）（3）SMTP（SimpleMailTransferProtocol，简单邮件传输协议）（4）Telnet远程登录（5）DNS（DomainNameSystem，域名系统）应用层协议FTP（FileTransferProtocol,文件传输协议）文件传输协议FTP是Internet上使用最广泛的文件传输协议。FTP协议要用到两个TCP连接:一个是控制连接，使用熟知端口21，用来在FTP客户端与服务器之间传输命令；另一个是数据连接，使用熟知端口20，用来从客户端向服务器上传文件或从服务器下载文件到客户计算机。FTPHTTP(HyperTextTransferProtocol，超文本传输协议）超文本传输协议HTTP是互联网上应用最为广泛的一种应用层网络协议。HTTP是建立在TCP协议基础上的一个客户端（用户）和服务器端（网站）请求和应答的网络协议。通过客户端Web浏览器向服务器上指定端口（默认80）发起一个HTTP请求，服务器端应用进程返回HTML页面作为响应。HTTPSMTP（SimpleMailTransferProtocol，简单邮件传输协议）SMTP支持文本邮件的Internet传输。SMTPTelnet远程登录Telnet是客户机使用的与远端服务器建立连接的标准终端仿真协议。SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol，简单网络管理协议）SNMP负责网络设备监控和维护，支持安全管理、性能管理等。TelnetDNS（DomainNameSystem，域名系统）域名系统DNS（DomainNameSystem）是Internet使用的命名系统，用来将用户使用的易于记忆的字符串名称转换为IP地址。比如百度网站的IP地址是25（难记），转换成域名，好记好用。TCP/IP网络中使用域名系统能够使用户容易记忆网络地址。DNS传输层位于应用层和网络层之间，为终端主机提供端到端的连接，以及流量控制（由窗口机制实现）、可靠性（由序列号和确认机制实现）、支持双工传输等。传输层的主要协议有TCP（传输控制协议）和UDP（用户报文协议）。虽然TCP和UDP都使用相同的网络层协议IP，但是两者却为应用层提供完全不同的服务。传输层协议传输控制协议为应用层提供面向连接的可靠的通信服务。目前，许多流行的应用程序都使用TCP。TCP协议的整个报文由报文头和数据两部分组成：传输控制协议TCPTCP是面向连接的传输层协议。所谓面向连接就是在真正进行数据传输开始前就要完成连接建立的过程，否则不会进入真正的数据传输阶段。TCP的连接建立过程通常被称为三次握手。传输控制协议TCPUDP协议提供一种面向无连接的数据报服务，因此，它不能提供可靠的数据传输。而且UDP不进行差错检验，UDP也无法保证任何分组的传递和验证，必须由应用层的应用程序来实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。相对于TCP报文，UDP报文只有少量的字段：源端口号、目的端口号、长度、校验和等，各个字段功能的TCP报文相应字段一样。用户报文协议UDPTCP是基于连接的协议，UDP是面向非连接的协议。从可靠性角度来看，TCP的可靠性优于UDP。从传输速度来看，TCP的传输速度比UDP更慢。从协议报文的角度看，TCP的协议开销大，但是TCP具备流量控制的功能，UDP的协议开销小，但UDP不具备流量控制的功能。从应用场合看，TCP适合于传送大量数据，而UDP适合传送少量数据。TCP与UDP的区别网络层位于TCP/IP协议栈的网络接口层和传输层中间。网络层为了保证数据包的成功分发，主要定义了以下协议：IP（InternetProtocol）协议ICMP（InternetControlMessageProtocol，因特网控制报文协议）ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）RARP（ReverseAddressResolutionProtocol，反向地址解析协议）网络层协议IP协议和路由协议协同工作，寻找能够将数据包传送到目的端的最优路径。IP不关心数据报文的内容，提供无连接的、不可靠的服务。普通的IP数据包包头长度20个字节，不包含IP数据字段IP协议ICMP协议是集差错报告与控制于一身的协议。在所有TCP/IP主机上都可实现ICMP。常用的“ping”命令和“Tracert”命令都是基于ICMP协议的。ICMP协议ICMP协议表2-1常见Ping命令返回信息表返回信息提示含义ReplyfromX.X.X.X：byte=32times<1msTTL=255表示计算机到目标IP主机之间连接正常（X.X.X.X代表某个IP地址）Requesttimedout表示没有收到目标主机返回的响应数据包，引起原因有网络不通、对方没有开机、对方装有防火墙、IP地址不正确等。Destinationhostunreachable表示对方主机不存在或者没有跟对方建立连接，与路由设置或DHCP出现故障有关。BadIPaddress表示可能没有连接DNS服务器，无法解析该IP地址，也可能是目标IP地址不存在。ICMP协议表2-2解决网络故障常用Ping命令命令格式含义Ping是本地循环地址，如果无法Ping通，则表明本地计算机TCP/IP协议不能正常工作，需要重新安装RCP/IP协议。Ping本机的IP地址能Ping通则表示网络适配器工作正常，不通则是网络适配器出现故障，更换、重新插拔或重装网卡驱动程序。Ping同网段内其他计算机的IPPing一台同网段计算机的IP，不通则表明网络线路出现故障，要对网线、交换机或到目标计算机进行检查测试。地址解析协议，即ARP（AddressResolutionProtocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。ARP协议反向地址转换协议（RARP：ReverseAddressResolutionProtocol）就是将局域网中某个主机的物理地址转换为IP地址，比如局域网中有一台主机只知道物理地址而不知道IP地址，那么可以通过RARP协议发出征求自身IP地址的广播请求，然后由RARP服务器负责回答。RARP协议广泛用于获取无盘工作站的IP地址。RARP协议发送端发送数据的过程是从上至下逐层传递的。OSI参考模型中的每个层次收到上层传递过来的数据后都要将本层次的控制信息加入数据单元的头部，一些层次还要将校验和等信息附加到数据单元的尾部，这个过程就叫做封装。报文的封装传输层数据链路层物理层网络层数据数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头0101110101001000010表示层应用层会话层数据段Segment数据包Packet比特流Bits数据帧Frame发送数据:数据封装端口号源IP+目的IP＋上层协议源MAC+目的MAC将数据帧转换成高低电平，即“0”或“1”代码数据Data报文的封装图示