第1章Internet與TCP協(xié)議(1)

1、第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件1 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 1.1 Internet中的中的“世界語世界語”TCP/IP協(xié)協(xié) 議議 1.2 TCP/IP協(xié)議的體系結構協(xié)議的體系結構 1.3 TCP/IP協(xié)議的工作過程協(xié)議的工作過程 習題習題 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件2 1.1 Internet中的中的“世界語世界語”TCP/IP協(xié)協(xié) 議議 1.1.1 Internet“冷戰(zhàn)”的產(chǎn)物 1958年由當時的美國總統(tǒng)艾森豪威爾正式向美國國會提出 要 建 立 “ 國 防 部 高 級 研 究

2、計 劃 署 ” ， 英 文 縮 寫 為 DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)，也常被人 們簡稱為ARPA。成立DARPA的目的非常明確，就是要“保持 美國在技術上的領先地位，防止?jié)撛诘膶κ植豢深A見的技術進 步(摘自美國國防部高級研究計劃署網(wǎng)站)。” 他們公開宣稱，DARPA的任務是：“為美國國防部選擇一些 基礎研究和應用研究以及發(fā)展計劃，并對這些研究計劃進行管 理和指導。追蹤那些危險性和回報率都很高的研究和技術，而 這些技術的成功將使傳統(tǒng)軍隊徹底改變面貌?！?第第1章章 Internet與與TCP/I

3、P協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件3 由于美國對DARPA的巨額資金投入和DARPA其本身 有效的管理體制，DARPA取得了巨大的成功，使美國從 20世紀60年代到現(xiàn)在一直保持著在全球軍事技術上的絕對 領先地位。在DARPA的所有項目中，對當今世界影響最 大，與普通人關系最密切，改變了人們日常交往和通信方 式的是1968年6月提出的“資源共享的計算機 絡”(Resource Sharing Computer Networks)研究計劃。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件4 1.1.2 網(wǎng)絡互聯(lián)促成了TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生 ARPAnet由專門負責進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?/p>

4、信子網(wǎng)和由 用戶主機組成的資源子網(wǎng)組成，通信子網(wǎng)由通信介質和 用來進行通信處理的結點信息處理機IMP(Interface Message Processor)組成，如圖1-1所示。 ARPAnet在工作過程中要解決的主要問題是：用來 連接主機(Host)的結點信息處理機IMP在相互通信過程 中什么時候應該接收信號，什么時候應該結束通信，以 及如何識別通信的源端傳輸?shù)母鞣N符號的含義等。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件5 圖1-1 ARPAnet組成結構 主機 主機 主機 主機 主機 主機 IMP IMP IMP IMP IMP 資源子網(wǎng) 通信子網(wǎng) 主機 主

5、機 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件6 新的協(xié)議確定了一些基本設計原則： (1) 每一個獨立的網(wǎng)絡必須按自己的標準建立起來，當 這個網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)連接時，不需要對其內部做任何改動。 (2) 網(wǎng)絡應該在最佳的狀態(tài)下完成通信。 (3) 如果一個信包沒有到達目的地，最初發(fā)出信包的結 點將很快重發(fā)該信包。 (4) 網(wǎng)絡之間由叫做“黑匣子”的設備進行互相連接。 這里所謂的“黑匣子”，就是后來被人們稱為網(wǎng)關和路由 器的設備。 (5) 整個互聯(lián)網(wǎng)不需要在操作層面上進行任何總體控制。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件7 TCP/IP協(xié)議

6、因其在后來不同網(wǎng)絡的互聯(lián)時的出色表現(xiàn) 而被美國軍方看中(因為這樣一種沒有中心控制結點的分布 式網(wǎng)絡，即使網(wǎng)絡中的任何一點或一部分被破壞，都不會 造成整個網(wǎng)絡的癱瘓，這正迎合了戰(zhàn)爭的需要)，于是，在 1982年做出了在ARPAnet上使用TCP/IP協(xié)議代替原來使用 的網(wǎng)絡控制協(xié)議(NCP)的決定。1983年1月1日，在ARPAnet 上停止使用網(wǎng)絡控制協(xié)議NCP，從此互聯(lián)網(wǎng)上的主機都使 用TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議成了Internet中的“世界語”。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件8 綜上所述，TCP/IP協(xié)議是人們在網(wǎng)絡建設中邊實踐邊 開發(fā)研究

7、的一個產(chǎn)物，它不是由某一國際標準化組織機構 提出的標準協(xié)議(如大家比較熟悉的OSI/RM就是由ISO提 出的協(xié)議)，但它已經(jīng)成了人們公認的，在Internet上使用 的事實上的工業(yè)標準協(xié)議。我們可以這樣說，Internet的 大發(fā)展得益于TCP/IP協(xié)議的提出和使用，反過來， Internet又促進了TCP/IP協(xié)議的普及和應用。學習并理解 TCP/IP協(xié)議是人們深入使用Internet，研究Internet和進行 Internet應用開發(fā)的必備知識。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件9 1.2 TCP/IP協(xié)議的體系結構 1.2.1 網(wǎng)絡體系結構的概念

8、網(wǎng)絡系統(tǒng)是一個龐大而復雜的系統(tǒng)。一般把網(wǎng)絡 的層次結構和每層所使用協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡體系結 構(Network Architecture)，一個具體的網(wǎng)絡系統(tǒng)其所包 含的層數(shù)和每層所使用的協(xié)議是確定的。在這種層次 結構中，各層協(xié)議之間形成了一個從上到下類似棧的 結構的依賴關系，通常叫協(xié)議棧(Protocol Stack)。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件10 1.2.2 TCP/IP協(xié)議的四個層次 TCP/IP協(xié)議的體系結構分為四層，這四層由高到 低分別是：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和鏈路層，如圖 1-2所示。其中每一層完成不同的通信功能，具體各層 的功能和

9、各層所包含的協(xié)議說明如下。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件11 圖1-2 TCP/IP協(xié)議的層次結構 應用層(Telnet、FTP、HTTP、DNS、SNMP和SMTP等) 傳輸層(TCP和UDP) 網(wǎng)絡層(IP、ICMP和IGMP) 鏈路層(以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI、IEEE802.3等) 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件12 1鏈路層(Link Layer) 鏈路層在TCP/IP協(xié)議棧的最低層，也稱為數(shù)據(jù)鏈路層 或網(wǎng)絡接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設備驅動程序和計 算機中對應的網(wǎng)絡接口卡。鏈路層的功能是把接收到的

10、網(wǎng) 絡層數(shù)據(jù)報(也稱IP數(shù)據(jù)報)通過該層的物理接口發(fā)送到傳 輸介質上，或從物理網(wǎng)絡上接收數(shù)據(jù)幀，抽出IP數(shù)據(jù)報并 交給IP層。 2網(wǎng)絡層(Network Layer) 網(wǎng)絡層也稱為互聯(lián)網(wǎng)層，由于該層的主要協(xié)議是IP協(xié) 議，因而也可簡稱為IP層。它是TCP/IP協(xié)議棧中最重要的 一層，主要功能是可以把源主機上的分組發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中 的任何一臺目標主機上。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件13 3傳輸層(Transport Layer) 我們通常所說的兩臺主機之間的通信其實是兩臺主機 上對應應用程序之間的通信，傳輸層提供的就是應用程序 之間的通信，也叫端到端(E

11、nd to End)的通信。在TCP/IP協(xié) 議族中傳輸層包含兩個不同的傳輸協(xié)議：一個是TCP(傳輸 控制協(xié)議)；另一個是UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)。 4應用層(Application Layer) 應用層向使用網(wǎng)絡的用戶提供特定的、常用的應用程 序，如使用最廣泛的遠程登錄(Telnet)、文件傳輸協(xié)議(FTP)、 超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、域名系統(tǒng)(DNS)、簡單網(wǎng)絡管理 協(xié)議(SNMP)和簡單郵件傳輸協(xié)議(SMTP)等。要注意有些應 用層協(xié)議是基于TCP協(xié)議的(如FTP和HTTP等)，有些應用層 協(xié)議是基于UDP協(xié)議的(如SNMP等)。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議

12、 整理課件整理課件14 1.2.3 TCP/IP協(xié)議模型中的操作系統(tǒng)邊界和地址邊界 TCP/IP協(xié)議分為四層結構，這四層結構中有兩個 重要的邊界：一個是將操作系統(tǒng)與應用程序分開的邊 界，另一個是將高層互聯(lián)網(wǎng)地址與低層物理網(wǎng)卡地址 分開的邊界，如圖1-3所示。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件15 圖1-3 TCP/IP協(xié)議模型的兩個邊界 應用層 網(wǎng)絡層 鏈路層(設備驅動程序及網(wǎng)絡接口卡) 傳輸層 由操作系統(tǒng)之上的應用軟件實現(xiàn) 由操作系統(tǒng)內核實現(xiàn) 操作系統(tǒng)邊界 上層使用IP地址 下層使用物理地址 地址邊界 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議

13、 整理課件整理課件16 1操作系統(tǒng)邊界 操作系統(tǒng)邊界的上面是應用層，應用層處理的是 用戶應用程序(用戶進程)的細節(jié)問題，提供面向用戶的 服務。 2地址邊界 地址邊界的上層為網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡層用于對不同的 網(wǎng)絡進行互聯(lián)，連接在一起的所有網(wǎng)絡為了能互相尋 址，要使用統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)地址(IP地址)。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件17 1.3 TCP/IP協(xié)議的工作過程 圖1-4是由一個以太網(wǎng)和一個令牌環(huán)網(wǎng)通過路由器互聯(lián) 的網(wǎng)絡，左邊的以太網(wǎng)有三臺編號分別為A、B和C的主 機，右邊的令牌環(huán)網(wǎng)有兩臺編號為1和2的主機。假設以太 網(wǎng)中的主機A要與令牌環(huán)網(wǎng)中的主機1使用文

14、件傳輸協(xié)議 FTP完成一次文件傳輸過程，主機A中的FTP客戶程序就 要向主機1中的FTP服務器程序提出請求，由此開始了在 TCP/IP協(xié)議控制下的主機A與主機1之間的通信過程。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件18 ABC 以太網(wǎng) 路由器 12 令牌環(huán)網(wǎng) 圖1-4 網(wǎng)絡互聯(lián)示意圖 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件19 1.3.1 TCP/IP協(xié)議通信模型 如圖1-5所示的TCP/IP協(xié)議通信模型，這個模型盡 管是由分析主機A和主機1通信而來的，但該模型是一 個一般的模型，也適合于網(wǎng)絡中其他主機之間的通信 描述。 該模型

15、中，主機A和主機1組成了端到端(End to End)的系統(tǒng)。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件20 客戶方FTP 程序 TCP協(xié)議 IP協(xié)議 以太網(wǎng)驅動 程序 主機A 以太網(wǎng) 以太網(wǎng)驅動 程序 令牌環(huán)網(wǎng)驅 動程序 IP協(xié)議 路由器 令牌環(huán)網(wǎng) FTP服務器 TCP協(xié)議 IP協(xié)議 令牌環(huán)網(wǎng)驅 動程序 主機1 圖1-5 TCP/IP協(xié)議的通信模型 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件21 1.3.2 數(shù)據(jù)的封裝與傳遞過程 在本節(jié)我們所舉的例子中，當主機A的FTP客戶程 序向主機1的FTP服務器程序提出服務請求時，我們可 以把由

16、用戶輸入的FTP命令和參數(shù)看成是要由主機A傳 到主機1的“數(shù)據(jù)包”，該數(shù)據(jù)包由圖1-6所示的兩部 分組成。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件22 數(shù)據(jù)包的頭部數(shù)據(jù)部分 FTP命令FTP命令的參數(shù) 圖1-6 數(shù)據(jù)包結構 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件23 當應用程序用TCP傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被送入?yún)f(xié)議棧 中，然后逐個通過每一層直到被當作一串比特流送入 物理網(wǎng)絡，其中每一層對從它的上層收到的數(shù)據(jù)都要 增加一些頭部信息(有時還要增加尾部信息)，這種增加 數(shù)據(jù)頭部(和尾部)的過程叫數(shù)據(jù)封裝或數(shù)據(jù)打包。數(shù)據(jù) 送到接收方對等層后，接收方將識別、提取和處理發(fā) 送方對等層所加的數(shù)據(jù)頭，這個過程叫數(shù)據(jù)的解封或 拆包。封裝與解封的整個過程如圖1-7所示。 第第1章章 Internet與與TCP/IP協(xié)議協(xié)議 整理課件整理課件24 客戶數(shù)據(jù)FTP頭TCP頭IP頭 IP數(shù)據(jù)報 客戶數(shù)據(jù)FTP頭TCP頭 TCP段 客戶數(shù)據(jù)FTP頭 應用層數(shù)據(jù)包 客戶數(shù)據(jù) 主機A 客戶數(shù)據(jù)FTP頭TCP頭IP頭以太網(wǎng)頭 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀 路由器接 收以太網(wǎng)數(shù)據(jù) 幀并根據(jù)目標 IP地址轉發(fā)到 令牌環(huán)網(wǎng)接口 客戶數(shù)據(jù)FTP頭TCP頭IP頭 IP數(shù)據(jù)報 客戶數(shù)據(jù)FTP頭TCP頭 TCP段 客戶數(shù)據(jù)FTP頭 應用層數(shù)據(jù)包 客戶數(shù)據(jù) 主機1 客戶數(shù)據(jù)FTP頭TC