計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[電子教案]第8章TCPIP協(xié)議

1、1第第8章章 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)： 掌握網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP及IP數(shù)據(jù)報(bào)頭部格式 掌握TCP/IP的地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)等概念 掌握子網(wǎng)劃分技術(shù)和劃分方法 了解其它常用預(yù)處理命令的形式 掌握TCP提供的服務(wù)、段格式和工作原理 了解端口號和套接口的概念 掌握UDP數(shù)據(jù)包格式、提供的服務(wù)和傳輸方法 2第第8章章 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 目錄目錄8.1 網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址8.2 子網(wǎng)的劃分與配置8.3 傳輸控制協(xié)議（TCP）8.4 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP) 38.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 TCP/IPTCP/IP體系結(jié)構(gòu)如圖所示體系結(jié)構(gòu)如圖所示： 網(wǎng)際協(xié)議

2、IP（Internet Protocol）不但為各個互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包格式，而且還提供尋址、路由選擇、數(shù)據(jù)的分段和重組功能，它能將數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)。 IP協(xié)議以包的單位傳輸數(shù)據(jù)，IP數(shù)據(jù)包在Internet中稱為IP數(shù)據(jù)報(bào)。IP協(xié)議提供的是不可靠的面向無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，它不管傳送的數(shù)據(jù)報(bào)正確與否，都不進(jìn)行檢查、不回送確認(rèn)，也沒有流量控制和差錯控制功能。IP這種特性不是一種缺點(diǎn)，它提供了傳輸功能的主框架，用戶可以根據(jù)需要在傳輸層對給定的應(yīng)用添加必要的功能。48.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 IP數(shù)據(jù)報(bào)是一個可變長度的包（最小為20字節(jié)，最大65536字

3、節(jié)）。它由頭部和數(shù)據(jù)兩部分組成，數(shù)據(jù)報(bào)格式和頭部的構(gòu)成如圖所示。58.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 物理地址指網(wǎng)卡(NIC)地址，它也稱為MAC地址或硬件地址。物理地址是由生產(chǎn)廠家通過編碼燒制在網(wǎng)卡的硬件電路上，不管它位于什么地方，物理地址總是恒定不變的。網(wǎng)卡地址由48位二進(jìn)制數(shù)字組成（用12位十六進(jìn)制數(shù)表示），高24位是由IEEE分配的廠商地址，低24位由生產(chǎn)廠商自己管理的地址（序列號），每一個網(wǎng)卡的物理地址在全球都是惟一的。 1. 1. 物理地址物理地址 2. 2. IPIP地址地址 lIPIP地址由地址由3232位二進(jìn)制比特組成，每位二進(jìn)制比特組成，每8 8位為一段，共

4、分為位為一段，共分為4 4段，段間段，段間用用“.”“.”分隔。為了易于閱讀，分隔。為了易于閱讀，IPIP地址的每一段表示為其對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)地址的每一段表示為其對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字，稱為字，稱為“點(diǎn)分十進(jìn)制點(diǎn)分十進(jìn)制”表示形式。例如表示形式。例如“” “” 。 lIPIP地址由類型、網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號三個部分組成，如圖地址由類型、網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號三個部分組成，如圖( (a)a)所示。所示。路由尋址時，首先根據(jù)地址的網(wǎng)絡(luò)號到達(dá)網(wǎng)絡(luò)，然后利用主機(jī)號到達(dá)主機(jī)。路由尋址時，首先根據(jù)地址的網(wǎng)絡(luò)號到達(dá)網(wǎng)絡(luò)，然后利用主機(jī)號到達(dá)主機(jī)。 lIPIP地址分為地址分為A A類、

5、類、B B類、類、C C類、類、D D類和類和E E類共五類，如圖所示。不同類共五類，如圖所示。不同的類適用于不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。的類適用于不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。 68.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 2. 2. IPIP地址地址78.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 1. 1. 物理地址物理地址2. 2. IPIP地址地址 3. 3. 特殊的特殊的IPIP地址（保留地址）地址（保留地址） 網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)主機(jī)號號地址類型地址類型舉例舉例用途用途全全0 0全全0 0本機(jī)地址本機(jī)地址啟動時使用啟動時使用任意任意全全0 0網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號

6、標(biāo)識一個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識一個網(wǎng)絡(luò)任意任意全全1 1直接廣播地址直接廣播地址5555在特定網(wǎng)上廣播在特定網(wǎng)上廣播全全1 1全全1 1有限廣播地址有限廣播地址5555在本網(wǎng)段上廣播在本網(wǎng)段上廣播第一段為第一段為127127任意任意回送地址回送地址測試測試A A類私有地址類私有地址 54 54保留的內(nèi)部地址保留的內(nèi)部地址 B B類私有地址類私有地址 172

7、.16.0.1 5454保留的內(nèi)部地址保留的內(nèi)部地址 C C類私有地址類私有地址 到到 54 54保留的內(nèi)部地址保留的內(nèi)部地址 88.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 5. 5. IPIP地址的分配地址的分配 和使用和使用 Internet中IP地址是由指定機(jī)構(gòu)分配的。這些地址外部用戶可以訪問它們，將它稱為IP公有地址。局域網(wǎng)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)如果不作為Internet的主機(jī)供其它用戶訪問，那么IP地址可以任意分配。 IPv4的地址只有32

8、位，資源已十分緊張，在新一代的Internet中，將會使用128位的IPv6地址。 路由器或網(wǎng)關(guān)常常被分配兩個或更多的IP地址，用于連接兩個或多個網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。 4. 4. 路由器（網(wǎng)關(guān)）的路由器（網(wǎng)關(guān)）的IPIP編址編址 98.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 1. 1. 子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩碼能分出IP地址中哪些位是網(wǎng)絡(luò)ID，哪些位是主機(jī)ID。通過它和IP地址進(jìn)行按位“邏輯與（AND）”運(yùn)算，可以屏蔽掉IP地址中的主機(jī)部分，得到IP地址的網(wǎng)絡(luò)ID。如果兩臺計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)ID相同，則表示兩臺計(jì)算機(jī)屬于同一網(wǎng)絡(luò)。 子網(wǎng)掩碼的另一個作用是將一個網(wǎng)絡(luò)ID再劃分為若干個子網(wǎng)，以解決網(wǎng)

9、絡(luò)地址不夠的問題。 l子網(wǎng)掩碼的作用子網(wǎng)掩碼的作用 l默認(rèn)子網(wǎng)掩碼默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 網(wǎng)絡(luò)類別網(wǎng)絡(luò)類別 子網(wǎng)掩碼（二進(jìn)制）子網(wǎng)掩碼（二進(jìn)制） 子網(wǎng)掩碼（十進(jìn)制）子網(wǎng)掩碼（十進(jìn)制） A A11111111.00000000.00000000.00000000 11111111.00000000.00000000.00000000 B B11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000 C C11111111.11111111.1

10、1111111.0000000011111111.11111111.11111111.00000000 2. 2. 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 108.1 網(wǎng)際協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議（IP）和和IP地址地址 1. 1. 靜態(tài)靜態(tài)IPIP地址地址 靜態(tài)IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員手工對主機(jī)TCP/IP協(xié)議的相關(guān)選項(xiàng)進(jìn)行配置。分為IP公有地址和IP私有地址兩類。 2. 2. 引導(dǎo)程序協(xié)議引導(dǎo)程序協(xié)議BOOTPBOOTP 3. 3. 動態(tài)動態(tài)IPIP地址地址動態(tài)IP地址由DHCP服務(wù)器動態(tài)分配。請求DHCP服務(wù)的主機(jī)，每次入網(wǎng)時所得到的IP地址可能不同，這是因?yàn)镈HCP服

11、務(wù)器將地址池中的某個地址臨時分配給主機(jī)，主機(jī)使用結(jié)束后又由DHCP服務(wù)器收回，供其它主機(jī)使用。 4. 4. 自動專用自動專用IPIP地址地址 地址空間為“” “54”。小型局域網(wǎng)中如果沒有DHCP服務(wù)器，可以將所有的計(jì)算機(jī)都設(shè)為“自動獲得IP地址”，這樣每個Windows 2000的計(jì)算機(jī)都使用自動專用IP地址。118.2 子網(wǎng)的劃分與配置子網(wǎng)的劃分與配置 l可以連接不同的網(wǎng)絡(luò)可以連接不同的網(wǎng)絡(luò) l重新組合網(wǎng)絡(luò)的通信量重新組合網(wǎng)絡(luò)的通信量 l減輕網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)不夠的負(fù)擔(dān)減輕網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)不夠的負(fù)擔(dān) l更有效地使用網(wǎng)絡(luò)地址更有效地使用網(wǎng)絡(luò)地址128.2 子

12、網(wǎng)的劃分與配置子網(wǎng)的劃分與配置 子網(wǎng)劃分可以從IP地址的主機(jī)號前面部分“借”位，并把它們指定為子網(wǎng)號。 1. 1. 確定子網(wǎng)的數(shù)目確定子網(wǎng)的數(shù)目 根據(jù)子網(wǎng)數(shù)目確定取子網(wǎng)號位數(shù)。如取根據(jù)子網(wǎng)數(shù)目確定取子網(wǎng)號位數(shù)。如取3 3位，可以有位，可以有2 2 3 3 8 8種組合。注意：種組合。注意： l子網(wǎng)號必須是2位以上，主機(jī)號部分不能少于兩位。 l子網(wǎng)號不能為全0 （但有些路由器支持“0”子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)） l子網(wǎng)號不能為全“1” 子網(wǎng)數(shù)的計(jì)算公式如下：2 n 2 （n2，n是子網(wǎng)號位數(shù)） 2. 2. 確定每個子網(wǎng)支持的最大主機(jī)數(shù)確定每個子網(wǎng)支持的最大主機(jī)數(shù) 每個子網(wǎng)支持的最大主機(jī)數(shù)用主機(jī)號的剩余部分計(jì)算而

13、得。公式為：2 n 2 其中，n是剩余的主機(jī)號位數(shù)。減去2的原因是主機(jī)號全“0”和全“1”都不能作為主機(jī)號。主機(jī)號全“0”代表網(wǎng)絡(luò)號加子網(wǎng)號，主機(jī)號全“1”代表這個子網(wǎng)的廣播地址。 138.2 子網(wǎng)的劃分與配置子網(wǎng)的劃分與配置 4. 4. 為每個子網(wǎng)確定地址段為每個子網(wǎng)確定地址段 劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼會有改變，它是將對應(yīng)位子網(wǎng)號的部分全變?yōu)閯澐肿泳W(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼會有改變，它是將對應(yīng)位子網(wǎng)號的部分全變?yōu)椤?”“1”后作為新的子網(wǎng)掩碼。例如，對于后作為新的子網(wǎng)掩碼。例如，對于B B類地址，如果取主機(jī)號的前三位類地址，如果取主機(jī)號的前三位作為子網(wǎng)號，則相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼變化如下：作為子網(wǎng)號，則相應(yīng)的子網(wǎng)掩

14、碼變化如下： 劃分前：劃分前：11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000，十進(jìn)制為，十進(jìn)制為 劃分后：劃分后：11111111.11111111.11100000.0000000011111111.11111111.11100000.00000000，十進(jìn)制為，十進(jìn)制為 3. 3. 劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼 確定好子網(wǎng)號的位數(shù)后，需要計(jì)算出每個子網(wǎng)的起始地址、結(jié)束地址、子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)ID及子

15、網(wǎng)的廣播地址。 【 例【 例 8 . 18 . 1 】 設(shè) 有 一 個 C 類 I P 地 址 ， 其 網(wǎng) 絡(luò) 號 為，現(xiàn)需要將它劃分為5個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)不超過30個，并假設(shè)路由協(xié)議支持同時發(fā)布網(wǎng)絡(luò)地址及子網(wǎng)掩碼。請計(jì)算出每個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址、起始地址、結(jié)束地址和子網(wǎng)的廣播地址，并計(jì)算出劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼。 148.2 子網(wǎng)的劃分與配置子網(wǎng)的劃分與配置 解：根據(jù)題意，劃分解：根據(jù)題意，劃分5 5個子網(wǎng)，可以從主機(jī)號中取前個子網(wǎng)，可以從主機(jī)號中取前3 3位（位（2 2 3 32 26 6）作為子網(wǎng)號。又因?yàn)槁酚蓞f(xié)議支持同時發(fā)布網(wǎng)絡(luò)地址及子網(wǎng)掩碼，可以劃作為子網(wǎng)號。

16、又因?yàn)槁酚蓞f(xié)議支持同時發(fā)布網(wǎng)絡(luò)地址及子網(wǎng)掩碼，可以劃分分“0”“0”子網(wǎng)。因此實(shí)際可劃分為子網(wǎng)。因此實(shí)際可劃分為7 7個子網(wǎng)。主機(jī)號剩余個子網(wǎng)。主機(jī)號剩余5 5位，每個子網(wǎng)可位，每個子網(wǎng)可容納的主機(jī)數(shù)為容納的主機(jī)數(shù)為2 2 5 52 23030，滿足題意要求。，滿足題意要求。 l劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼為：劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼為： 11111111.11111111.11111111.11111100000，對應(yīng)的十進(jìn)制為24 l第一個子網(wǎng)的編址如下：第一個子網(wǎng)的編址如下： 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.111

17、11000.0000000000000000（）, ,子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000000000100001（）, ,開始地址開始地址 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000000001000010（） 11010011.01000110.11111000. 110

18、10011.01000110.11111000.0000001111011110（00），結(jié)束地址），結(jié)束地址 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000001111111111（11），子網(wǎng)廣播地址），子網(wǎng)廣播地址 l第二個子網(wǎng)的編址如下：第二個子網(wǎng)的編址如下： 11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0010010000000000（211.70.248

19、.322）, ,子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0010010000100001（33）, ,開始地址開始地址 158.2 子網(wǎng)的劃分與配置子網(wǎng)的劃分與配置 依此類推，可以得到全部七個子網(wǎng)的編址，如表所示。 子網(wǎng)值子網(wǎng)值子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)IDID開始地址開始地址結(jié)束地址結(jié)束地址子網(wǎng)廣播地址子網(wǎng)廣播地址000000211.70.248

20、.30011001001223322330100104455445501101166211.70

21、.248.9772626272710010028282929585859591011016060616190909121

22、911101109292939322222323111111Network Network /Address/AddressN/AN/AN/AN/AN/AN/A168.3 傳輸控制協(xié)議（傳輸控制協(xié)議（TCP） IP是一個不可靠的面向無連接的協(xié)議，它不能確保數(shù)據(jù)報(bào)的正確傳遞。當(dāng)需要可靠的端到端的傳輸服務(wù)時，可以使用TCP。而當(dāng)需要提供較高數(shù)據(jù)傳輸速率時，可以使用UDP。l面向連接l點(diǎn)對點(diǎn)

23、通信l傳輸可靠性 l全雙工通信 l流接口 l可靠的連接建立 l完美的連接終止 178.3 傳輸控制協(xié)議（傳輸控制協(xié)議（TCP） 1. 1. TCPTCP的分段和重組的分段和重組 TCP在進(jìn)行通信時，發(fā)送端的TCP將長的傳輸劃分為更小的數(shù)據(jù)單元，同時將每個數(shù)據(jù)單元組裝成幀，它也稱為段。每個段都包括一個用來在接收后重排的序列號、確認(rèn)ID號及用于滑動窗口ARQ的窗口大小等字段。分段后的每個段都封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，在接收端，TCP收集每個到來的數(shù)據(jù)報(bào)，然后根據(jù)序列號進(jìn)行重組。 188.3 傳輸控制協(xié)議（傳輸控制協(xié)議（TCP） 2. 2. TCPTCP的段格式的段格式 198.3 傳輸控制協(xié)議（傳輸控制

24、協(xié)議（TCP） 1. 1. 端口號端口號 對于對于TCPTCP或或UTPUTP的應(yīng)用程序，都有標(biāo)識該應(yīng)用程序的端口號，即端口號的應(yīng)用程序，都有標(biāo)識該應(yīng)用程序的端口號，即端口號用于區(qū)分各種應(yīng)用。端口號的長度是用于區(qū)分各種應(yīng)用。端口號的長度是1616位，可提供位，可提供2 2 1616 6553665536個不同的個不同的端口號。端口號。 端口號端口號1 1至至255255作為公共端口，是保留號，并將它公布于眾，這樣常用作為公共端口，是保留號，并將它公布于眾，這樣常用的進(jìn)程對應(yīng)哪個端口號就統(tǒng)一了。例如，的進(jìn)程對應(yīng)哪個端口號就統(tǒng)一了。例如，HTTPHTTP的端口號為的端口號為8080，F(xiàn)TPFTP的

25、端口的端口號為號為2121，TelnetTelnet的端口號為的端口號為2323，SMTPSMTP的端口號為的端口號為2525，域名服務(wù)器的端口號，域名服務(wù)器的端口號為為5353等。等。256256至至10241024用于用于UNIXUNIX服務(wù)。服務(wù)。 端口號端口號的的另一種另一種分配分配方法叫本地分配，使用方法叫本地分配，使用10241024以上的端口號。本地以上的端口號。本地分配方式不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的限制，但通信雙方互相之間需要預(yù)先知道，如將分配方式不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的限制，但通信雙方互相之間需要預(yù)先知道，如將HTTPHTTP的端口號分配為的端口號分配為80808080。 2. 2. 套接口套接口 計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)的IPIP地址加上地址加上TCPTCP軟件使用的端口號構(gòu)成了套接口。端口號是軟件使用的端口號構(gòu)成了套接口。端口號是抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口卻是具體的，是指向某一確抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口卻是具體的，是指向某一確定的應(yīng)用程序的地址，通信時可根據(jù)套接口使一個定的應(yīng)用程序的地址，通信時可根據(jù)套接口使一個進(jìn)進(jìn)程和另一個過程進(jìn)行程和另一個過程進(jìn)行對話。對話。 208.3 傳輸控制協(xié)議（