計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)用技術(shù)（第二版）課件第4章

第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

4.1TCP/IP協(xié)議概述 4.2

網(wǎng)際層協(xié)議 4.3

傳輸層協(xié)議 4.4

應(yīng)用層協(xié)議 4.5

思考題 第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

本章主要介紹TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)能夠：了解TCP/IP模型以及與OSI參考模型的比較熟悉和掌握TCP/IP模型各層協(xié)議的功能及基本原理第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.1TCP/IP協(xié)議概述TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）是Internet的基本協(xié)議。TCP/IP于20世紀(jì)70年代開始被研究和開發(fā)，經(jīng)過不斷的應(yīng)用和發(fā)展，目前已被廣泛用于各種網(wǎng)絡(luò)中。

TCP/IP是個(gè)協(xié)議族，是由一系列支持網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議組成的集合。4.1.1TCP/IP模型4.1.2TCP/IP與OSI參考模型的比較下一頁返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.1.1TCP/IP模型TCP/IP模型由四個(gè)層次組成。功能如下：1．網(wǎng)絡(luò)接口層2．網(wǎng)際層3．傳輸層4．應(yīng)用層下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層又稱數(shù)據(jù)鏈路層，處于網(wǎng)際層之下，負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)報(bào)，并把數(shù)據(jù)報(bào)通過選定的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，或者從網(wǎng)絡(luò)口接收物理幀，裝配成IP數(shù)據(jù)報(bào)上交給網(wǎng)際層。該層包含操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和計(jì)算機(jī)中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細(xì)節(jié)。目前基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)使用最普遍。

返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．網(wǎng)際層

網(wǎng)際層又稱IP層，主要處理機(jī)器之間的通信問題。該層行使尋址、數(shù)據(jù)的封裝、數(shù)據(jù)報(bào)的分段和路由選擇功能，它類似于OSI的網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)際層包括的核心協(xié)議有：（1）網(wǎng)際協(xié)議（IP）。（2）網(wǎng)間控制消息協(xié)議（ICMP）。（3）地址解析協(xié)議（ARP）。（4）逆向地址解析協(xié)議（RARP）。

下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．傳輸層

該層負(fù)責(zé)提供應(yīng)用程序間（即端到端）的通信。源端的應(yīng)用進(jìn)程通過傳輸層，可以與目的端的相應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行直接會話。它包含了OSI傳輸層的功能和OSI會話層的某些功能。傳輸層的核心協(xié)議是TCP協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。（1）TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它提供數(shù)據(jù)的可靠傳輸。（2）UDP協(xié)議是一種提供無連接服務(wù)的協(xié)議。下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4．應(yīng)用層

應(yīng)用層處在TCP/IP模型的最高層，用戶調(diào)用應(yīng)用程序來訪問TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以享受網(wǎng)絡(luò)上提供的各種服務(wù)。應(yīng)用程序負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個(gè)應(yīng)用程序可以選擇所需要的傳輸服務(wù)類型把數(shù)據(jù)按照傳輸層的要求組織好，再向下層傳送。應(yīng)用層包括DNS、SMTP、SNMP、Telnet、FTP、Http等協(xié)議。下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.1.2TCP/IP與OSI

參考模型的比較 兩種模型有很多相似之處：（1）都是分層的結(jié)構(gòu)。（2）在同層都確定協(xié)議棧的概念。

（3）以傳輸層為分界，其上層都希望由傳輸層提供（終）端-（終）端的、與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境無關(guān)的傳輸服務(wù)。傳輸層的上層都是傳輸服務(wù)的用戶，這些用戶以信息處理為主導(dǎo)。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.1.2TCP/IP與OSI

參考模型的比較 然而，TCP/IP與OSI仍有較大區(qū)別：（1）在物理層和鏈路層，TCP/IP未做規(guī)定，表明TCP/IP可以使用OSI的物理層和鏈路層協(xié)議，所以這里的區(qū)別很小。由于這兩層的功能很多，必須分兩層講述，TCP/IP不分層正是它的缺陷。OSI的高層分為會話層、表示層、應(yīng)用層，從理論上構(gòu)成完美的結(jié)構(gòu)。而TCP/IP在這里未做分層，一攬子稱為各種應(yīng)用協(xié)議，即應(yīng)用層。因此有利于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)生產(chǎn)，所以稱為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.1.2TCP/IP與OSI

參考模型的比較（2）OSI先有分層模型，后有協(xié)議規(guī)范。這一點(diǎn)意味著該分層模型不偏向任何特定的協(xié)議，因此具有通用性。而TCP/IP先有協(xié)議后有模型，模型是對協(xié)議的分層描述，因此該模型只適用于TCP/IP協(xié)議，對非TCP/IP網(wǎng)絡(luò)并不適用。況且，OSI的分層嚴(yán)格，有利于網(wǎng)絡(luò)功能的相對獨(dú)立，有利于網(wǎng)絡(luò)建造和維護(hù)。而TCP/IP的層次觀念并不像OSI那樣嚴(yán)格。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.1.2TCP/IP與OSI

參考模型的比較（3）就通信方式而言，OSI非常重視連接通信，建立了連接型通信的完美體系，但對無連接的數(shù)據(jù)報(bào)通信并不重視；而TCP/IP一開始就重視數(shù)據(jù)報(bào)通信。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的進(jìn)程表明，數(shù)據(jù)報(bào)傳送不僅適用于互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳送，而且還用于話音分組傳送，有利于高速、綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的建立。故TCP/IP的研究者戰(zhàn)略眼光更遠(yuǎn)大。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

4.1.2TCP/IP與OSI

參考模型的比較（4）對網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題，二者也有區(qū)別。OSI提出使用標(biāo)準(zhǔn)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)為主干網(wǎng)，且將各種不同系統(tǒng)連接在一起，而TCP/IP專門建立了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP，用于各種異構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)。從目前全世界網(wǎng)絡(luò)五花八門的現(xiàn)狀看，TCP/IP的考慮甚為實(shí)用。但從長遠(yuǎn)發(fā)展眼光看，可否一定為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)專門建立協(xié)議，目前還很難定論?？赡躉SI的方式是有遠(yuǎn)見的方式。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2網(wǎng)際層協(xié)議4.2.1IP協(xié)議4.2.2IP地址的使用4.2.3ICMP協(xié)議4.2.4ARP和RARP協(xié)議4.2.5SLIP和PPP協(xié)議返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.1IP協(xié)議IP協(xié)議的主要作用是邏輯地標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置，以及向數(shù)據(jù)封裝中添加信息以表明數(shù)據(jù)的原始發(fā)送者和最終接收者。IP地址是IP協(xié)議用來在網(wǎng)絡(luò)中邏輯地標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置的工具，它是一種邏輯地址（相對的MAC地址被看作是物理地址）。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.1IP協(xié)議

圖4-2給出了IP報(bào)頭的格式，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，每個(gè)協(xié)議層或每個(gè)協(xié)議都包含一些供它自己使用的信息。這些信息通常置于數(shù)據(jù)的前面，通常把它叫做報(bào)頭。報(bào)頭中含若干特定的信息單元，稱為字段。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.1IP協(xié)議

在網(wǎng)際層中，數(shù)據(jù)以IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式相互進(jìn)行傳遞。其中IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中的前面部分就是IP報(bào)頭，緊接著的才是IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)的有效負(fù)載。源計(jì)算機(jī)上的IP協(xié)議軟件負(fù)責(zé)創(chuàng)建IP報(bào)頭（即打包），而目的地計(jì)算機(jī)的IP軟件則要查看IP頭信息中的指令（即解包），以確定應(yīng)對數(shù)據(jù)報(bào)中的數(shù)據(jù)有效負(fù)載執(zhí)行什么操作。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.1IP協(xié)議下面分別說明IP報(bào)頭中每一個(gè)字段的意義：（1）版本號。（2）IP分組頭首部長度。（3）服務(wù)類型。（4）總長度。（5）標(biāo)識符。（6）標(biāo)志段。（7）段偏移。（8）生存時(shí)間。（9）協(xié)議。（10）分組頭校驗(yàn)和。（11）源IP地址。（12）目的IP地址。（13）任選項(xiàng)。（14）填充。下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.2IP地址的使用

主機(jī)與主機(jī)之間的溝通需要通過以下三個(gè)橋梁：IP地址、子網(wǎng)掩碼和IP路由器。

1．IP地址2．子網(wǎng)掩碼3．默認(rèn)網(wǎng)關(guān)4．IPv6的介紹下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．IP地址IP（版本4）地址共占用32個(gè)二進(jìn)制位，一般是由4個(gè)十進(jìn)制數(shù)來表示（W.X.Y.Z），每個(gè)數(shù)字占一個(gè)字節(jié)，它們之間用點(diǎn)隔開，例如：。包含了NetworkID與HostID兩部分：NetworkID網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識碼。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域都有惟一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識碼。HostID主機(jī)標(biāo)識碼。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的每一臺主機(jī)都必須有惟一的主機(jī)標(biāo)識碼。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．IP地址

為了適合不同大小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)需求，IP地址被分為A、B、C、D、E五大類，其中A、B、C類是可供Internet網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)使用的IP地址，而D、E類是供特殊用途使用的IP地址?？梢愿鶕?jù)具體的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來申請適合的NetworkID類別。A類B類C類D類E類返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)A類

A類的IP地址適合于超大型的網(wǎng)絡(luò)，其NetworkID占用一個(gè)字節(jié)（W），但W的可用范圍是1～126。因此，總共有126個(gè)A類的NetworkID。HostID共占用X、Y、Z三個(gè)字節(jié)，它提供(224)-2=16777214個(gè)IP地址。減2是因?yàn)镠ostID全為0或1的地址被保留，有特殊用途。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)B類B類的IP地址適合于大、中型網(wǎng)絡(luò)，其NetworkID占用兩個(gè)字節(jié)（W、X），但W值的可用范圍為128～191，它可提供(191-128+1)*256=16384個(gè)B類的網(wǎng)絡(luò)。HostID共占用Y、Z兩個(gè)字節(jié)，因此，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可支持(216)-2=65534臺主機(jī)。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)C類C類的IP地址適合于小型網(wǎng)絡(luò)，其NetworkID占用三個(gè)字節(jié)（W、X、Y），但W的值為192到223，它可提供(223-192+1)*256*256=2097152個(gè)C類的網(wǎng)絡(luò)。HostID只占用Z一個(gè)字節(jié)，因此，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可支持(28)-2=254臺主機(jī)。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)D類D類的NetworkID用于多點(diǎn)播送，其范圍為224～239。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)E類

這是一個(gè)用于將來擴(kuò)展用的NetworkID，其范圍為240～254。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．IP地址

只有A、B、C類可供Internet網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)使用。在使用時(shí)，還需排除以下幾種特殊的IP地址：lNetworkID不可以為127：127是用來做循環(huán)測試的，不可以做其他用途?？梢杂谩皃ingl”命令檢查lNetworkID與HostID：以二進(jìn)制位來看不可以全為1或0（以十進(jìn)制來看不可以是255與0）。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼也占用32位，它可以用來從IP地址中得到NetworkID和HostID，也可以用來將網(wǎng)絡(luò)切割為若干個(gè)子網(wǎng)。(1)利用子網(wǎng)掩碼獲得IP地址的NetworkID和HostID返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．子網(wǎng)掩碼(2)利用子網(wǎng)掩碼切割子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼的另一個(gè)作用就是將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切割為幾個(gè)以IP路由器連接的子網(wǎng)，如果單位有多個(gè)分散的網(wǎng)絡(luò)，則每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都需要有一個(gè)單獨(dú)的NetworkID。當(dāng)然，可以為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)申請一個(gè)NetworkID；但是也可以只申請一個(gè)NetworkID，然后借助于子網(wǎng)掩碼，將這個(gè)NetworkID切割為若干個(gè)子網(wǎng)。

返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．默認(rèn)網(wǎng)關(guān)

在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域（NetworkID相同）內(nèi)的主機(jī)，可以直接相互通信；而不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域（NetworkID不同）內(nèi)的主機(jī)，則無法直接相互溝通，必須通過IP路由器進(jìn)行中轉(zhuǎn)。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．默認(rèn)網(wǎng)關(guān)

圖4-4如果甲網(wǎng)絡(luò)上的A主機(jī)要向乙網(wǎng)絡(luò)上的F主機(jī)發(fā)送信息。首先，A主機(jī)會將自己的IP地址和目標(biāo)F主機(jī)的IP地址分別與子網(wǎng)掩碼做AND運(yùn)算。得知這兩者的NetworkID不同，不是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，無法直接溝通，則必須通過路由器進(jìn)行通信。然后，主機(jī)A會將數(shù)據(jù)送到默認(rèn)網(wǎng)關(guān)Router，再由Router根據(jù)路由表將數(shù)據(jù)送到乙網(wǎng)絡(luò)，最后送到乙網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)F。

返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4．IPv6的介紹IPv4地址總量約為43億，隨著網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，全球數(shù)字化和信息化步伐的加快，目前70%的地址資源已經(jīng)被使用，然而IP地址的需求仍在增長，越來越多的設(shè)備、電器、各種機(jī)構(gòu)、個(gè)人等加入到爭奪地址的行列中，由此IPv6的出現(xiàn)解決了現(xiàn)有IPv4地址資源匱乏的問題。

IPv6是IPv4的替代品，是IP協(xié)議的6.0版本，也是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.3ICMP協(xié)議Internet控制信息協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol）是網(wǎng)際層的另一個(gè)比較重要的，可用于網(wǎng)絡(luò)管理的協(xié)議，其作用是用于發(fā)送差錯(cuò)和控制信息。

1．ICMP報(bào)文格式2．ICMP實(shí)用程序下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．ICMP報(bào)文格式ICMP報(bào)文格式分頭部和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分。其中頭部包含“類型”、“代碼”和“校驗(yàn)和”3個(gè)字段，如圖4-6所示，類型占1字節(jié)，指出ICMP報(bào)文的類型。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．ICMP報(bào)文格式返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．ICMP報(bào)文格式ICMP定義了五種差錯(cuò)報(bào)文:（1）源抑制。（2）數(shù)據(jù)報(bào)超時(shí)。（3）目的不可達(dá)。（4）重定向。（5）分段請求。四種信息報(bào)文：（1）回應(yīng)請求/應(yīng)答。（2）地址掩碼請求/應(yīng)答。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．ICMP實(shí)用程序Ping是最常用的TCP/IP故障診斷工具。Ping的基本功能是將消息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)TCP/IP系統(tǒng)，以便確定網(wǎng)絡(luò)層以下的各個(gè)TCP/IP協(xié)議是否運(yùn)行正常。

Ping命令運(yùn)行時(shí)，首先要使用因特網(wǎng)控制消息協(xié)議（ICMP），將一連串回送請求消息發(fā)送給某個(gè)IP地址。當(dāng)使用該IP地址的計(jì)算機(jī)接收到該消息時(shí)，便生成一個(gè)回送應(yīng)答消息，對每個(gè)回送請求做出響應(yīng)，并且將回送應(yīng)答消息發(fā)回給發(fā)送端系統(tǒng)。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．ICMP實(shí)用程序ICMP消息是直接放在IP數(shù)據(jù)報(bào)中進(jìn)行傳輸?shù)?。它不涉及到任何傳輸層協(xié)議，因此，如果Ping命令的測試取得了成功，那么就表示從網(wǎng)絡(luò)層以下該協(xié)議組都能夠正常運(yùn)行。如果發(fā)送端系統(tǒng)沒有接收到對它的回送請求的應(yīng)答，就表示發(fā)送端系統(tǒng)或接收端系統(tǒng)的某個(gè)方面運(yùn)行不正常，也可能是它們之間的網(wǎng)絡(luò)連接有問題。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.4ARP和RARP協(xié)議IP地址作為一種邏輯地址實(shí)際上只起到標(biāo)示主機(jī)的作用，在物理網(wǎng)絡(luò)中通信必須使用物理地址（MAC地址）。ARP的作用是將IP地址轉(zhuǎn)換為物理地址，RARP的作用是將物理地址轉(zhuǎn)換為IP地址。1．地址解析協(xié)議ARP2．反向地址解析協(xié)議RARP下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．地址解析協(xié)議ARP

每一臺主機(jī)在內(nèi)存中都維護(hù)著一個(gè)ARP表，其初始值為空。這個(gè)ARP表就是ARP高速緩存。ARP高速緩存存放了最近使用的IP地址到硬件物理地址之間的映射條目。

在Windows中提供了ARP.EXE程序。在DOS模式下輸入“C:\>ARP–a”命令可以查看內(nèi)存中的ARP表；輸入“C:\>ARP–s[IP地址][MAC地址]”命令可以在ARP緩存中添加一條新的記錄。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．地址解析協(xié)議ARP

當(dāng)源主機(jī)想要與目的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，必須確定目的主機(jī)的物理地址。源主機(jī)先搜索本機(jī)內(nèi)存中的ARP表，希望能夠找到關(guān)于目的主機(jī)的物理地址的映射條目。在ARP表中可能沒能找到相應(yīng)的條目。在這種情況下，源主機(jī)發(fā)送一個(gè)ARP請求包，這個(gè)請求包中包含目的主機(jī)的IP地址。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．地址解析協(xié)議ARP

目的主機(jī)收到這個(gè)請求分組后，首先檢查分組中的目的IP地址是否和自己的IP地址一樣。如果一樣，則目的主機(jī)以單點(diǎn)廣播形式向源主機(jī)回應(yīng)一個(gè)響應(yīng)包，其中包含了雙方的IP地址和目的主機(jī)的物理地址。源主機(jī)通過接受響應(yīng)包得知目的主機(jī)的物理地址，并將其映射加入內(nèi)存中的ARP表中。這樣源主機(jī)就可以利用該映射向目的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)了。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．反向地址解析協(xié)議RARP

反向地址解析協(xié)議RARP的作用是能夠?qū)⑽锢淼刂酚成涑蒊P地址，這主要用于無盤工作站上。網(wǎng)絡(luò)中的無盤工作站在網(wǎng)卡上有自己的物理地址，但沒有IP地址，因此必須有一個(gè)轉(zhuǎn)換過程。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.2.5SLIP和PPP協(xié)議SLIP和PPP屬于面向連接的協(xié)議，能夠提供兩個(gè)系統(tǒng)之間的最簡單的數(shù)據(jù)鏈路。它們能夠?qū)P數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，以便在兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行傳輸，就像以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)協(xié)議那樣，但是它們使用的幀要簡單得多。

1．SLIP協(xié)議2．PPP協(xié)議返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.3傳輸層協(xié)議

在傳輸層對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮髦?，可以使用兩種協(xié)議：TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。

4.3.1

端口與套接字4.3.2TCP協(xié)議4.3.3UDP協(xié)議 下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.3.1端口與套接字

在應(yīng)用層與傳輸層之間，TCP/IP協(xié)議為每一個(gè)應(yīng)用協(xié)議或者應(yīng)用程序提供了惟一的端口。端口的作用就是讓應(yīng)用層的各種應(yīng)用進(jìn)程都能將其數(shù)據(jù)通過端口向下交付給傳輸層，以及讓傳輸層知道應(yīng)當(dāng)將其報(bào)文段中的數(shù)據(jù)向上通過端口交付給應(yīng)用層相應(yīng)的進(jìn)程。

1．保留端口2．動(dòng)態(tài)分配的端口3．注冊端口下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．保留端口

保留端口的端口號一般都小于1024，它們基本上都被分配給了已知的應(yīng)用協(xié)議。目前，這一類端口的端口號分配已經(jīng)被廣大網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用者接受，形成了標(biāo)準(zhǔn)，在各種網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中調(diào)用這些端口號就意味著使用它們所代表的應(yīng)用協(xié)議。這些端口由于已經(jīng)有了固定的使用者，所以不能被動(dòng)態(tài)地分配給其他應(yīng)用程序。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．保留端口返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．動(dòng)態(tài)分配的端口

這種端口的端口號一般都大于1024，沒有固定的使用者，它們可以被動(dòng)態(tài)地分配給應(yīng)用程序使用。在使用應(yīng)用軟件訪問網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，可以向系統(tǒng)申請一個(gè)大于1024的端口號，臨時(shí)代表這個(gè)軟件與傳輸層交換數(shù)據(jù)，并且使用這個(gè)臨時(shí)的端口與網(wǎng)絡(luò)上的其他主機(jī)通信。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．注冊端口

注冊端口比較特殊，它也是固定為某個(gè)應(yīng)用服務(wù)的端口，但是它所代表的不是已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層協(xié)議，而是某些軟件廠商通過使用注冊端口，使它的特定軟件享有固定的端口號，而不用向系統(tǒng)申請動(dòng)態(tài)分配的端口號。這些特定的軟件要使用注冊端口，其廠商必須向端口的管理機(jī)構(gòu)注冊。大多數(shù)注冊端口的端口號大于1024。IP地址與端口號的組合稱為套接字，或插口。通過套接字才能區(qū)分多個(gè)主機(jī)中同時(shí)通訊的多個(gè)進(jìn)程。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.3.2TCP協(xié)議1．TCP數(shù)據(jù)報(bào)的頭格式2．TCP的連接與中止3．TCP的數(shù)據(jù)傳輸下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．TCP數(shù)據(jù)報(bào)的頭格式TCP數(shù)據(jù)報(bào)的報(bào)頭由20字節(jié)的固定頭和一些可選項(xiàng)組成。其格式如圖所示。

返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止TCP協(xié)議是面向連接的協(xié)議，連接的建立和釋放是每一次通信必不可少的過程。TCP協(xié)議采用“三次握手”方法建立連接。TCP的每個(gè)連接都有一個(gè)發(fā)送序號和接收序號，建立連接的每一方都發(fā)送自己的初始序列號，并且把收到對方的初始序列號作為相應(yīng)的確認(rèn)序列號，向?qū)Ψ桨l(fā)送確認(rèn)，這就是TCP協(xié)議的“三次握手”。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止

假如主機(jī)A的客戶進(jìn)程要與主機(jī)B建立一個(gè)TCP連接，該連接三次握手過程如圖4-12所示。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止

首先，主機(jī)A向B發(fā)送一個(gè)SYN=1的TCP連接請求數(shù)據(jù)報(bào)，同時(shí)為該數(shù)據(jù)報(bào)生成一個(gè)序號SEQ（SequenceNumber）=x，放在數(shù)據(jù)報(bào)頭中一起發(fā)送出去。接下來，主機(jī)B若接受本次連接請求，則返回一個(gè)確認(rèn)加同步的數(shù)據(jù)報(bào)（SYN=1且ACK=x+1），這就是“第二次握手”。其中，同步的序號由主機(jī)B生成，如SEQ=y，與x無關(guān)。同時(shí)用第一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的序號值x加1作為對它的確認(rèn)。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止

最后，主機(jī)A再向B發(fā)送第二個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)（SEQ=

x+1），同時(shí)對從主機(jī)B發(fā)來的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行確認(rèn)，序號為y+1。通過以上步驟，TCP建立過程中的請求端和接收端分別向?qū)Ψ桨l(fā)送了用于同步的SYN數(shù)據(jù)報(bào)，并且分別為對方的SYN數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行了確認(rèn)。雙方都確認(rèn)可以與對方進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)連接，從而在雙方之間的TCP會話被建立，數(shù)據(jù)可以得到可靠的傳輸。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止TCP建立一個(gè)連接需要三次握手，而終止一個(gè)連接要經(jīng)過四次握手。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止

如圖4-13中的主機(jī)A的應(yīng)用進(jìn)程先向其TCP發(fā)出連接釋放請求，并且不再發(fā)送數(shù)據(jù)。TCP通知對方要釋放從A到B這個(gè)方向的連接，將發(fā)往主機(jī)B的TCP報(bào)文段首部的終止比特FIN置1，其序號x等于前面已傳送過的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號加1。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止

主機(jī)B的TCP收到釋放連接通知后即發(fā)出確認(rèn)ACK，其序號為x+1。這樣，從A到B的連接就釋放了，連接處于半關(guān)閉狀態(tài)。此后，主機(jī)B不再接收主機(jī)A發(fā)來的數(shù)據(jù)。但若主機(jī)B還有一些數(shù)據(jù)要發(fā)往主機(jī)A，還可以繼續(xù)發(fā)送。主機(jī)A只要正確收到數(shù)據(jù)，仍應(yīng)向主機(jī)B發(fā)送確認(rèn)。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．TCP的連接與中止

在主機(jī)B向主機(jī)A的數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，其應(yīng)用進(jìn)程就通知TCP釋放連接，主機(jī)B發(fā)出的連接釋放報(bào)文段必須將終止比特FIN置1，并使其序號等于前面?zhèn)魉瓦^的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號加1，還必須重復(fù)上次已發(fā)送過的ACK=x+1。主機(jī)必須對此發(fā)出確認(rèn)，給出ACK=+1。這樣才把從B到A的連接釋放掉。這樣，整個(gè)連接已經(jīng)全部釋放，數(shù)據(jù)傳輸中止。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．TCP的數(shù)據(jù)傳輸

一旦TCP連接在兩個(gè)方向上建立起來，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

TCP協(xié)議是面向連接的協(xié)議，它的工作方式是：數(shù)據(jù)的發(fā)送方發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，等待接收方確認(rèn)；收到確認(rèn)后，再發(fā)送下一個(gè)順序的數(shù)據(jù)報(bào)。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)送方?jīng)]有得到接收方對某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的確認(rèn)，發(fā)送方會重新傳送該數(shù)據(jù)報(bào)。這種確認(rèn)機(jī)制保證TCP的數(shù)據(jù)傳輸是可靠的。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.3.3UDP協(xié)議UDP（UserDatagramProtocol）是無連接的傳輸協(xié)議，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前不用建立連接，它具有很高的傳輸效率。UDP不提供可靠性，它把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，但是并不保證它們能到達(dá)目的地。

UDP協(xié)議適合于在物理連接介質(zhì)比較可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用，或者在傳遞很少量數(shù)據(jù)的時(shí)候使用。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.4應(yīng)用層協(xié)議4.4.1

域名系統(tǒng)DNS 4.4.2

電子郵件及SMTP協(xié)議4.4.3

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議4.4.4

遠(yuǎn)程登錄協(xié)議 4.4.5

文件傳輸協(xié)議 4.4.6WWW和HTTP協(xié)議下一頁返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.4.1域名系統(tǒng)DNS TCP/IP開發(fā)了一種層次型命名協(xié)議，這就是域名系統(tǒng)DNS，用于實(shí)現(xiàn)域名和主機(jī)IP地址的映射。

1．域名結(jié)構(gòu)2．域名解析下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．域名結(jié)構(gòu)

域名系統(tǒng)是把整個(gè)Internet解析為一系列域進(jìn)行工作的，域又可進(jìn)一步解析為子域，這種結(jié)構(gòu)類似于樹形的層次結(jié)構(gòu)，如圖所示

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．域名結(jié)構(gòu)每個(gè)域名的長度一般小于8個(gè)字符。其格式：主機(jī)名.機(jī)構(gòu)名.網(wǎng)絡(luò)名.頂層域名例如：

就是中國科研和教育網(wǎng)上湖北教育學(xué)院的一臺主機(jī)域名地址。域名和IP地址相對應(yīng)，它與IP地址等效。當(dāng)用戶使用IP地址時(shí)，負(fù)責(zé)管理的計(jì)算機(jī)可直接與對應(yīng)的主機(jī)聯(lián)系；而使用域名時(shí)，則必須先將域名送往域名服務(wù)器，通過服務(wù)器上的域名和IP地址對照表翻譯得到IP地址，再使用該IP地址與主機(jī)聯(lián)系。

返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．域名解析

將域名翻譯為對應(yīng)IP地址的過程稱為域名解析。域名解析是依靠一系列的域名服務(wù)器來完成的。域名服務(wù)器屬于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，它們將部分區(qū)域的主機(jī)域名到IP地址的映射信息存放在資源記錄中。這些域名服務(wù)器構(gòu)成了域名系統(tǒng)DNS，域名系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)龐大的聯(lián)機(jī)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．域名解析

每一個(gè)域名服務(wù)器的本地?cái)?shù)據(jù)庫存儲一部分主機(jī)域名到IP地址的映射，同時(shí)保存到其他域名服務(wù)器的鏈接；最高層域名服務(wù)器是一個(gè)根域名服務(wù)器，它通常用來管理到各頂級域名服務(wù)器的鏈接。例如中國教育科研網(wǎng)的域名服務(wù)器管理所有后綴為的域名到IP地址的映射（如：），同時(shí)也保存到上一層（.cn）域名服務(wù)器和下一層各大學(xué)域名服務(wù)器（如：.hubce.，.）的鏈接。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．域名解析

域名服務(wù)器接收到DNS請求報(bào)文后，首先查找本地的數(shù)據(jù)庫，如果找到就向客戶主機(jī)回應(yīng)查找結(jié)果。如果待查域名不屬于該域名服務(wù)器的管轄范圍，例如管轄域名后綴為的服務(wù)器收到對后綴域名的查找，當(dāng)前域名服務(wù)器不能解析域名，這時(shí)有遞歸和迭代兩種處理方式。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．域名解析

遞歸方式，當(dāng)DNS客戶端發(fā)出主機(jī)域名查詢請求后，如果DNS服務(wù)器內(nèi)沒有所需的數(shù)據(jù)，則DNS服務(wù)器會替客戶端向相關(guān)的DNS服務(wù)器查詢。直到查找到需要的IP地址，最后沿路返回給客戶主機(jī)。具體過程可以沿著域名樹向上搜索到根服務(wù)器，再由根服務(wù)器向下搜索到所需的映射信息，最后沿路返回給客戶主機(jī)。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．域名解析

迭代方式，當(dāng)DNS客戶端發(fā)出主機(jī)域名查詢請求后，如果DNS服務(wù)器內(nèi)沒有所需的數(shù)據(jù)，就返回下一個(gè)DNS服務(wù)器的地址；客戶端再向下一個(gè)DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，依此類推，直至找到能解析該域名的DNS服務(wù)器，完成域名解析。在這種方式下，客戶可能需要多次與不同域名服務(wù)器聯(lián)系才能查詢到IP地址。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．域名解析例如，當(dāng)主機(jī)的應(yīng)用程序請求和主機(jī)通信時(shí)，圖4-16給出了域名的具體解析過程。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．域名解析

域名、IP地址和物理地址是主機(jī)標(biāo)識符的三個(gè)不同層次。首先，當(dāng)用戶與應(yīng)用程序交互時(shí)使用域名。第二，應(yīng)用程序使用DNS將這個(gè)名字翻譯為一個(gè)IP地址；數(shù)據(jù)報(bào)使用IP地址而不是域名。第三，使用ARP協(xié)議將IP地址翻譯成機(jī)器的物理地址，在物理層發(fā)送的幀頭部中使用這些物理地址。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.4.2電子郵件及SMTP協(xié)議1．電子郵件2．SMTP體系結(jié)構(gòu)3．郵件發(fā)送的實(shí)現(xiàn)過程 4．關(guān)于SMTP協(xié)議的討論下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．電子郵件

電子郵件是一種通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與其他用戶進(jìn)行聯(lián)系的快速、簡便、高效、價(jià)廉的現(xiàn)代化通信手段。電子郵件地址的格式是“郵件箱＠域”。如“jjlei@”等。

E-mail系統(tǒng)基于客戶機(jī)/服務(wù)器模式，整個(gè)系統(tǒng)由E-mail客戶軟件、E-mail服務(wù)器和通信協(xié)議等3部分組成。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．SMTP體系結(jié)構(gòu)

電子郵件系統(tǒng)主要采用了SMTP（SimpleMailTransferProtocol，簡單郵件傳輸協(xié)議），SMTP協(xié)議描述了電子郵件的信息格式及其傳遞處理方法，保證被傳送的電子郵件能夠正確地尋址和可靠地傳輸。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．郵件發(fā)送的實(shí)現(xiàn)過程 SMTP協(xié)議將因特網(wǎng)消息封裝在郵件對象中，SMTP協(xié)議的郵件對象是由信封（實(shí)際上該信封是SMTP協(xié)議命令）和內(nèi)容（也就是封裝在信封中的因特網(wǎng)消息，該消息本身又包括報(bào)頭和消息體）兩個(gè)部分組成的。SMTP命令和應(yīng)答分別是由一系列字符以及一個(gè)表示消息結(jié)束的回車換行字符所組成。返回第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．郵件發(fā)送的實(shí)現(xiàn)過程

完整的SMTP協(xié)議消息交換過程是從客戶端請求使用端口25來建立與服務(wù)器的TCP連接開始的。接著標(biāo)準(zhǔn)的SMTP服務(wù)器將向該客戶回送協(xié)議應(yīng)答代碼220來響應(yīng)該客戶的連接請求，該應(yīng)答碼中向客戶端提供了服務(wù)器的域名，并通知該客戶端服務(wù)器已準(zhǔn)備好接收其命令。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4．關(guān)于SMTP協(xié)議的討論SMTP是面向文本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其缺點(diǎn)是不能用來傳送非ASCII碼文本和非文字性附件，后來的一些協(xié)議，包括多用途Internet郵件擴(kuò)充協(xié)議MIME及增強(qiáng)私密郵件保護(hù)協(xié)議PEM，彌補(bǔ)了SMTP協(xié)議的缺點(diǎn)。而SMTP協(xié)議是用在大型多用戶、多任務(wù)的操作系統(tǒng)環(huán)境中，將它用在PC機(jī)上收信是十分困難的，所以在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的大多數(shù)郵件管理程序使用SMTP協(xié)議來發(fā)信，且采用POP協(xié)議(常用是POP3)保管用戶未能及時(shí)取走的郵件。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.4.3簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是在應(yīng)用層上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信的管理，它可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定、網(wǎng)絡(luò)流量的統(tǒng)計(jì)與分析、發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障等等。因?yàn)樗氖褂眉伴_發(fā)極為簡單，所以得到了普遍的應(yīng)用。下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.4.4遠(yuǎn)程登錄協(xié)議 1．遠(yuǎn)程登錄的概念 2．遠(yuǎn)程登錄的工作原理3．如何使用遠(yuǎn)程登錄下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．遠(yuǎn)程登錄的概念I(lǐng)nternet中的用戶遠(yuǎn)程登錄是指用戶使用Telnet命令，使自己的計(jì)算機(jī)暫時(shí)成為遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的一個(gè)仿真終端的過程。一旦用戶成功地實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程登錄，用戶使用的計(jì)算機(jī)就可以像一臺與對方計(jì)算機(jī)直接連接的本地終端一樣進(jìn)行工作。用戶的計(jì)算機(jī)僅僅是作為一臺仿真終端，向遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)傳送擊鍵信息及顯示結(jié)果。TCP/IP協(xié)議族中有兩個(gè)遠(yuǎn)程登錄協(xié)議：Telnet協(xié)議和rlogin協(xié)議。

返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2．遠(yuǎn)程登錄的工作原理

Telnet同樣也是采用了客戶機(jī)/服務(wù)器模式。在遠(yuǎn)程登錄過程中，用戶的實(shí)終端采用用戶終端的格式與本地Telnet客戶機(jī)進(jìn)程通信；遠(yuǎn)程主機(jī)采用遠(yuǎn)程系統(tǒng)的格式與遠(yuǎn)程Telnet服務(wù)器進(jìn)程通信。通過TCP連接，Telnet客戶機(jī)進(jìn)程與Telnet服務(wù)器進(jìn)程之間采用了網(wǎng)絡(luò)虛擬終端NVT標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行通信。

返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)3．如何使用遠(yuǎn)程登錄

使用Telnet的條件是用戶本身的計(jì)算機(jī)或向用戶提供Internet訪問的計(jì)算機(jī)是否支持Telnet命令；另一個(gè)條件是在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上有自己的用戶賬戶（包括用戶名與用戶密碼）或該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)提供公開的用戶賬戶，供沒有賬戶的用戶使用。用戶在使用Telnet命令進(jìn)行遠(yuǎn)程登錄時(shí)，首先應(yīng)在Telnet命令中給出對方計(jì)算機(jī)的主機(jī)名或IP地址，然后根據(jù)對方系統(tǒng)的詢問，正確鍵入自己的用戶名與用戶密碼。返回下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)4.4.5文件傳輸協(xié)議 1．文件傳輸?shù)母拍?2．FTP的工作原理3．如何使用FTP下一頁第4章TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1．文件傳輸?shù)母拍?/p>

所謂文件傳輸是指用戶直接將遠(yuǎn)程文件拷入本地系統(tǒng)，或?qū)⒈镜匚募饺脒h(yuǎn)地系統(tǒng)。在異構(gòu)系統(tǒng)間傳輸文件同樣存在許多問題，包括文件命名規(guī)則、文件中目錄系統(tǒng)規(guī)則、文件中數(shù)據(jù)的表示格式可能不同。為了解決這些不同點(diǎn)，必須有一種大家共同遵循的規(guī)則，以完成不同系統(tǒng)之間文件的傳送，這就是FTP協(xié)議（FileTransferPro