計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)電子教案第8章TCPIP協(xié)議要點(diǎn)

第8章

TCP/IP協(xié)議

本章要點(diǎn)： ◆

駕馭網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP及IP數(shù)據(jù)報(bào)頭部格式◆

駕馭TCP/IP的地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)等概念◆

駕馭子網(wǎng)劃分技術(shù)和劃分方法◆

了解其它常用預(yù)處理吩咐的形式◆

駕馭TCP供應(yīng)的服務(wù)、段格式和工作原理◆

了解端口號(hào)和套接口的概念◆駕馭UDP數(shù)據(jù)包格式、供應(yīng)的服務(wù)和傳輸方法1第8章

TCP/IP協(xié)議目錄 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傳輸限制協(xié)議（TCP）8.4用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)28.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址

◆

TCP/IP體系結(jié)構(gòu)如圖所示：網(wǎng)際協(xié)議IP（InternetProtocol）不但為各個(gè)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包格式，而且還供應(yīng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)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)議供應(yīng)的是不行靠的面對(duì)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)，也沒有流量限制和差錯(cuò)限制功能。IP這種特性不是一種缺點(diǎn)，它供應(yīng)了傳輸功能的主框架，用戶可以依據(jù)須要在傳輸層對(duì)給定的應(yīng)用添加必要的功能。38.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址8.1.1IP數(shù)據(jù)報(bào)(a)IP數(shù)據(jù)報(bào)格式

(b)IP頭部格式

IP數(shù)據(jù)報(bào)是一個(gè)可變長(zhǎng)度的包（最小為20字節(jié)，最大65536字節(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。48.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址8.1.2TCP/IP協(xié)議的地址物理地址指網(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安排的廠商地址，低24位由生產(chǎn)廠商自己管理的地址（序列號(hào)），每一個(gè)網(wǎng)卡的物理地址在全球都是惟一的。

1.物理地址

2.IP地址

lIP地址由32位二進(jìn)制比特組成，每8位為一段，共分為4段，段間用“.”分隔。為了易于閱讀，IP地址的每一段表示為其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字，稱為“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示形式。例如“”。lIP地址由類型、網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)三個(gè)部分組成，如圖(a)所示。路由尋址時(shí)，首先依據(jù)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)，然后利用主機(jī)號(hào)到達(dá)主機(jī)。lIP地址分為A類、B類、C類、D類和E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)。58.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址

2.IP地址8.1.2TCP/IP協(xié)議的地址68.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址1.物理地址2.IP地址3.特殊的IP地址（保留地址）網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)地址類型舉例用途全0全0本機(jī)地址啟動(dòng)時(shí)使用任意全0網(wǎng)絡(luò)號(hào)標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)任意全1直接廣播地址55在特定網(wǎng)上廣播全1全1有限廣播地址55在本網(wǎng)段上廣播第一段為127任意回送地址測(cè)試A類私有地址

～54保留的內(nèi)部地址

B類私有地址

～54保留的內(nèi)部地址C類私有地址

到54保留的內(nèi)部地址8.1.2TCP/IP協(xié)議的地址78.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址5.IP地址的安排和運(yùn)用Internet中IP地址是由指定機(jī)構(gòu)安排的。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)假如不作為Internet的主機(jī)供其它用戶訪問，那么IP地址可以隨意安排。IPv4的地址只有32位，資源已特別驚惶，在新一代的Internet中，將會(huì)運(yùn)用128位的IPv6地址。路由器或網(wǎng)關(guān)常常被安排兩個(gè)或更多的IP地址，用于連接兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。8.1.2TCP/IP協(xié)議的地址

4.路由器（網(wǎng)關(guān)）的IP編址88.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址8.1.3子網(wǎng)掩碼和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)

1.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。假如兩臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)ID相同，則表示兩臺(tái)計(jì)算機(jī)屬于同一網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)掩碼的另一個(gè)作用是將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID再劃分為若干個(gè)子網(wǎng)，以解決網(wǎng)絡(luò)地址不夠的問題。

l子網(wǎng)掩碼的作用

l默認(rèn)子網(wǎng)掩碼

網(wǎng)絡(luò)類別

子網(wǎng)掩碼（二進(jìn)制）

子網(wǎng)掩碼（十進(jìn)制）

A11111111.00000000.00000000.00000000

B11111111.11111111.00000000.00000000

C11111111.11111111.11111111.00000000

2.默認(rèn)網(wǎng)關(guān)98.1網(wǎng)際協(xié)議（IP）和IP地址8.1.4IP地址的配置管理

1.靜態(tài)IP地址靜態(tài)IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員手工對(duì)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.引導(dǎo)程序協(xié)議BOOTP

3.動(dòng)態(tài)IP地址動(dòng)態(tài)IP地址由DHCP服務(wù)器動(dòng)態(tài)安排。懇求DHCP服務(wù)的主機(jī)，每次入網(wǎng)時(shí)所得到的IP地址可能不同，這是因?yàn)镈HCP服務(wù)器將地址池中的某個(gè)地址臨時(shí)安排給主機(jī)，主機(jī)運(yùn)用結(jié)束后又由DHCP服務(wù)器收回，供其它主機(jī)運(yùn)用。

4.自動(dòng)專用IP地址地址空間為“”～“54”。小型局域網(wǎng)中假如沒有DHCP服務(wù)器，可以將全部的計(jì)算機(jī)都設(shè)為“自動(dòng)獲得IP地址”，這樣每個(gè)Windows2000的計(jì)算機(jī)都運(yùn)用自動(dòng)專用IP地址。108.2子網(wǎng)的劃分與配置8.2.1子網(wǎng)劃分的作用

l可以連接不同的網(wǎng)絡(luò)

l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)l更有效地運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)地址118.2子網(wǎng)的劃分與配置8.2.2子網(wǎng)劃分的方法子網(wǎng)劃分可以從IP地址的主機(jī)號(hào)前面部分“借”位，并把它們指定為子網(wǎng)號(hào)。

1.確定子網(wǎng)的數(shù)目依據(jù)子網(wǎng)數(shù)目確定取子網(wǎng)號(hào)位數(shù)。如取3位，可以有23＝8種組合。留意：l子網(wǎng)號(hào)必需是2位以上，主機(jī)號(hào)部分不能少于兩位。l子網(wǎng)號(hào)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(hào)不能為全“1”子網(wǎng)數(shù)的計(jì)算公式如下：2n－2（n≥2，n是子網(wǎng)號(hào)位數(shù)）

2.確定每個(gè)子網(wǎng)支持的最大主機(jī)數(shù)每個(gè)子網(wǎng)支持的最大主機(jī)數(shù)用主機(jī)號(hào)的剩余部分計(jì)算而得。公式為：2n－2其中，n是剩余的主機(jī)號(hào)位數(shù)。減去2的緣由是主機(jī)號(hào)全“0”和全“1”都不能作為主機(jī)號(hào)。主機(jī)號(hào)全“0”代表網(wǎng)絡(luò)號(hào)加子網(wǎng)號(hào)，主機(jī)號(hào)全“1”代表這個(gè)子網(wǎng)的廣播地址。128.2子網(wǎng)的劃分與配置8.2.2子網(wǎng)劃分的方法

4.為每個(gè)子網(wǎng)確定地址段劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼會(huì)有變更，它是將對(duì)應(yīng)位子網(wǎng)號(hào)的部分全變?yōu)椤?”后作為新的子網(wǎng)掩碼。例如，對(duì)于B類地址，假如取主機(jī)號(hào)的前三位作為子網(wǎng)號(hào)，則相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼變更如下：劃分前：11111111.11111111.00000000.00000000，十進(jìn)制為劃分后：11111111.11111111.11100000.00000000，十進(jìn)制為

3.劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼確定好子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)后，須要計(jì)算出每個(gè)子網(wǎng)的起始地址、結(jié)束地址、子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)ID及子網(wǎng)的廣播地址?！纠?.1】設(shè)有一個(gè)C類IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)為，現(xiàn)須要將它劃分為5個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)不超過30個(gè)，并假設(shè)路由協(xié)議支持同時(shí)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)地址及子網(wǎng)掩碼。請(qǐng)計(jì)算出每個(gè)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。138.2子網(wǎng)的劃分與配置解：依據(jù)題意，劃分5個(gè)子網(wǎng)，可以從主機(jī)號(hào)中取前3位（23－2＝6）作為子網(wǎng)號(hào)。又因?yàn)槁酚蓞f(xié)議支持同時(shí)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)地址及子網(wǎng)掩碼，可以劃分“0”子網(wǎng)。因此實(shí)際可劃分為7個(gè)子網(wǎng)。主機(jī)號(hào)剩余5位，每個(gè)子網(wǎng)可容納的主機(jī)數(shù)為25－2＝30，滿足題意要求。

l劃分子網(wǎng)后的子網(wǎng)掩碼為：11111111.11111111.11111111.11100000，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制為24l第一個(gè)子網(wǎng)的編址如下：11010011.01000110.11111000.00000000（）,子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)11010011.01000110.11111000.00000001（）,起先地址11010011.01000110.11111000.00000010（）……11010011.01000110.11111000.00011110（0），結(jié)束地址11010011.01000110.11111000.00011111（1），子網(wǎng)廣播地址l其次個(gè)子網(wǎng)的編址如下：11010011.01000110.11111000.00100000（2）,子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)11010011.01000110.11111000.00100001（3）,起先地址……148.2子網(wǎng)的劃分與配置

依此類推，可以得到全部七個(gè)子網(wǎng)的編址，如表所示。

子網(wǎng)值子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)ID開始地址結(jié)束地址子網(wǎng)廣播地址0000100123230104545011672627100282958591016061909111092932223111Network/AddressN/AN/AN/A8.2.2子網(wǎng)劃分的方法158.3傳輸限制協(xié)議（TCP）8.3.1TCP供應(yīng)的服務(wù)IP是一個(gè)不行靠的面對(duì)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)須要牢靠的端到端的傳輸服務(wù)時(shí)，可以運(yùn)用TCP。而當(dāng)須要供應(yīng)較高數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)，可以運(yùn)用UDP。l面對(duì)連接l點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信l傳輸牢靠性l全雙工通信l流接口l牢靠的連接建立l完備的連接終止168.3傳輸限制協(xié)議（TCP）8.3.1TCP供應(yīng)的服務(wù)8.3.2TCP段格式

1.TCP的分段和重組TCP在進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送端的TCP將長(zhǎng)的傳輸劃分為更小的數(shù)據(jù)單元，同時(shí)將每個(gè)數(shù)據(jù)單元組裝成幀，它也稱為段。每個(gè)段都包括一個(gè)用來在接收后重排的序列號(hào)、確認(rèn)ID號(hào)及用于滑動(dòng)窗口ARQ的窗口大小等字段。分段后的每個(gè)段都封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，在接收端，TCP收集每個(gè)到來的數(shù)據(jù)報(bào)，然后依據(jù)序列號(hào)進(jìn)行重組。178.3傳輸限制協(xié)議（TCP）

2.TCP的段格式8.3.1TCP供應(yīng)的服務(wù)8.3.2TCP段格式188.3傳輸限制協(xié)議（TCP）8.3.3端口號(hào)和套接口

1.端口號(hào)對(duì)于TCP或UTP的應(yīng)用程序，都有標(biāo)識(shí)該應(yīng)用程序的端口號(hào)，即端口號(hào)用于區(qū)分各種應(yīng)用。端口號(hào)的長(zhǎng)度是16位，可供應(yīng)216＝65536個(gè)不同的端口號(hào)。端口號(hào)1至255作為公共端口，是保留號(hào)，并將它公布于眾，這樣常用的進(jìn)程對(duì)應(yīng)哪個(gè)端口號(hào)就統(tǒng)一了。例如，HTTP的端口號(hào)為80，F(xiàn)TP的端口號(hào)為21，Telnet的端口號(hào)為23，SMTP的端口號(hào)為25，域名服務(wù)器的端口號(hào)為53等。256至1024用于UNIX服務(wù)。端口號(hào)的另一種安排方法叫本地安排，運(yùn)用1024以上的端口號(hào)。本地安排方式不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的限制，但通信雙方相互之間須要預(yù)先知道，如將HTTP的端口號(hào)安排為8080。

2.套接口計(jì)算機(jī)的IP地址加上TCP軟件運(yùn)用的端口號(hào)構(gòu)成了套接口。端口號(hào)是抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口卻是具體的，是指向某一確定的應(yīng)用程序的地址，通信時(shí)可依據(jù)套接口使一個(gè)進(jìn)程和另一個(gè)過程進(jìn)行對(duì)話。198.3傳輸限制協(xié)議（TCP）◆

有關(guān)網(wǎng)絡(luò)地址的概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有各種地址，它們對(duì)應(yīng)于OSI/RM和TCP/IP的關(guān)系如下：

l數(shù)據(jù)鏈路層：MAC地址（物理地址、網(wǎng)卡地址、NIC地址）

對(duì)于以太網(wǎng)，就是網(wǎng)卡地址，它由48位二進(jìn)制值組成。

l網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層地址

Internet中就是IP地址，由32位二進(jìn)制值組成。IPv6地址由128位二進(jìn)制值組成。

l高層（應(yīng)用層）：端口號(hào)

例如，HTTP的端口號(hào)為80。208.3傳輸限制協(xié)議（TCP）8.3.4TCP工作流程

1.建立