計算機網(wǎng)絡基礎第4章TCPIP協(xié)議集課件

1、計算機網(wǎng)絡基礎目標/要點在計算機網(wǎng)絡的眾多協(xié)議中，TCP/IP是應用最廣泛的。本章主要講述TCP/IP參考模型的基本知識，主要包括TCP/IP協(xié)議集、IP地址的結(jié)構(gòu)和分類、子網(wǎng)劃分規(guī)則等內(nèi)容。通過本章學習，讀者應該能夠根據(jù)不同的網(wǎng)絡環(huán)境，熟練地設置IP地址及劃分子網(wǎng)。學習目標 學習要點1熟悉TCP/IP協(xié)議集熟練掌握IP地址的結(jié)構(gòu)和分類理解并掌握特殊的IP地址23熟悉子網(wǎng)劃分規(guī)則，掌握子網(wǎng)劃分技術(shù)4目錄/Contents4.1TCP/IP 協(xié)議集IPv4 編址IPv6 編址4.24.3第4章 TCP/IP 協(xié)議集第 4 章 TCP/IP 協(xié)議集4.1 TCP/IP 協(xié)議集4.1.1 TCP/I

2、P 網(wǎng)際層協(xié)議在 TCP/IP 層次結(jié)構(gòu)包含的 4 個層次中，只有 3 個層次包含實際的協(xié)議。 TCP/IP 中各層的協(xié)議如圖 4-1 所示。網(wǎng)際層的協(xié)議主要包括：網(wǎng)際協(xié)議、地址解析協(xié)議、網(wǎng)際控制消息協(xié)議和網(wǎng)際主機組管理協(xié)議。42. 載入畫筆樣式1網(wǎng)際協(xié)議Internet 是由許多網(wǎng)絡相互連接之后構(gòu)成的集合，將整個 Internet 黏合在一起的正是網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol， IP）。 2地址解析協(xié)議IP 數(shù)據(jù)包常通過以太網(wǎng)發(fā)送。以太網(wǎng)設備并不識別 32 位 IP 地址，它們是以 48 位的以太網(wǎng)地址（即 MAC 地址或硬件地址）傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的。因此，必須把 IP 目的

3、地址轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)目的地址。地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol， ARP）就是用來確定 IP地址與物理地址之間的映射關(guān)系。3網(wǎng)際控制消息協(xié)議IP 是一種不可靠的協(xié)議，無法進行差錯控制。但 IP 可以借助其他協(xié)議來實現(xiàn)這一功能，如網(wǎng)際控制消息協(xié)議（Internet Control Message Protocol， ICMP）。 ICMP 允許主機或路由器報告差錯情況，提供有關(guān)異常情況的報告。4網(wǎng)際主機組管理協(xié)議IP 只是負責網(wǎng)絡中點到點的數(shù)據(jù)包傳輸，而點到多點的數(shù)據(jù)包傳輸則要依靠網(wǎng)際主機組管理協(xié)議（Internet Group Management Protoc

4、ol， IGMP）來完成，它主要負責報告主機組之間的關(guān)系，以便相關(guān)的設備（路由器）可支持多播發(fā)送。4.1.2 傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議主要包括傳輸控制協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議。1傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol， TCP）是傳輸層的一種面向連接的通信協(xié)議，它提供可靠的、按序傳送數(shù)據(jù)的服務。對于大量數(shù)據(jù)的傳輸，通常都要求有可靠的數(shù)據(jù)傳送。 TCP 提供的連接是雙向的，即全雙工的。2用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol， UDP）的創(chuàng)立是為了向應用程序提供一條訪問 IP 的無連接功能的途徑。使用該協(xié)議，源主機有數(shù)據(jù)就

5、發(fā)出，它不去管發(fā)送的數(shù)據(jù)包是否到達目的主機，數(shù)據(jù)包是否出錯，收到數(shù)據(jù)包的主機也不會告訴發(fā)送方是否收到數(shù)據(jù)。因此，它是一種不可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式。4.1.3 應用層協(xié)議1超文本傳輸協(xié)議 超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Text Protocol， HTTP）是 WWW 瀏覽器和 WWW服務器之間的應用層通信協(xié)議，它保證正確傳輸超文本文檔，是一種最基本的 C/S（即客戶機/服務器）訪問協(xié)議。該協(xié)議可以使瀏覽器更加高效，使網(wǎng)絡傳輸流量減少。通常，它通過瀏覽器向服務器發(fā)送請求，而服務器則回應相應的網(wǎng)頁。 2文件傳送協(xié)議文件傳送協(xié)議（File Transfer Protocol， F

6、TP）用來實現(xiàn)主機之間的文件傳送，它采用C/S 模式，使用 TCP 提供可靠的傳輸服務，是一種面向連接的協(xié)議。 FTP 的主要功能就是減少或消除在不同操作系統(tǒng)下處理文件的不兼容性。3遠程登錄協(xié)議遠程登錄協(xié)議（Telnet）是一個簡單的遠程終端協(xié)議，采用 C/S 模式。用戶用 Telnet可通過 TCP 連接注冊（即登錄）到遠地的另一個主機上（使用主機名或 IP 地址） 。 4簡單郵件傳送協(xié)議簡單郵件傳送協(xié)議（Simple Mail Transfer Protocol， SMTP）是一種提供可靠且有效電子郵件傳輸?shù)膮f(xié)議，建立在 FTP 文件傳輸服務上，主要用于傳輸系統(tǒng)之間的郵件信息，并提供與來信

7、有關(guān)的通知。5域名解析協(xié)議域名解析協(xié)議（Domain Name System， DNS）用來把便于人們記憶的主機域名和電子郵件地址映射為計算機易于識別的 IP 地址。 DNS 是一種 C/S 結(jié)構(gòu)，客戶機就是用戶用于查找一個名字對應的地址，而服務器通常用于為別人提供查詢服務。6簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol， SNMP）是專門用于 IP 網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡節(jié)點（服務器、工作站、路由器、交換機及 Hubs 等）的一種標準協(xié)議。 SNMP使網(wǎng)絡管理員能夠管理網(wǎng)絡效能，發(fā)現(xiàn)并解決網(wǎng)絡問題及規(guī)劃網(wǎng)絡。7動態(tài)主機配置協(xié)議動態(tài)主機配置協(xié)議（

8、Dynamic Host Configuration Protocol， DHCP）可以實現(xiàn)為計算機自動配置 IP 地址。 DHCP 服務器能夠從預先設置的 IP 地址池里自動給主機分配 IP 地址，不僅能夠保證 IP 地址不重復分配，也能及時回收 IP 地址以提高 IP 地址的利用率。4.2 IPv4 編址4.2.1 IPv4 編址概述1 IPv4 地址的表示方法根據(jù) TCP/IP 規(guī)定， IP 地址用 4 個字節(jié)共 32 位二進制數(shù)表示，由網(wǎng)絡號和主機號兩部分組成。（1）點分十進制法。將每個字節(jié)的二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為 0255 的十進制數(shù)，各字節(jié)之間采用“ .”分隔。如圖 4-2 所示。（2）后

9、綴標記法。在 IP 地址后加“ /”，“ /”后的數(shù)字表示網(wǎng)絡號位數(shù)。如 1/16，其中 16 表示網(wǎng)絡號占 16 位。2 IP 地址的組成IPv4 地址由網(wǎng)絡號和主機號兩部分組成，如圖 4-3 所示。網(wǎng)絡號用來標識一個特定的物理網(wǎng)絡，而主機號用來標識該網(wǎng)絡中主機的一個特定連接。3 IPv4 地址的分類與構(gòu)成為適應不同大小的網(wǎng)絡， Internet 定義了 5 種類型的 IP 地址，即 A、 B、 C、 D、 E 類，使用較多的是 A、 B、 C 類， D 類用于多播， E 類為保留將來使用地址。 5 類 IP 地址的構(gòu)成情況如圖 4-4 所示。4特殊的 IP 地址IP 地址除了可以表示主機的

10、一個物理連接外，還有幾種特殊的表現(xiàn)形式。（1）廣播地址。 （2）有限廣播地址。（3）網(wǎng)絡地址。（4）回送地址。（5）私有地址。44.2.2 子網(wǎng)技術(shù) 1子網(wǎng)出于對管理、性能和安全方面的考慮，許多單位把單一網(wǎng)絡劃分為多個物理網(wǎng)絡，并使用路由器將它們連接起來。子網(wǎng)劃分（Subnetting）技術(shù)能夠使單個網(wǎng)絡地址橫跨幾個物理網(wǎng)絡，如圖 4-8 所示，這些物理網(wǎng)絡統(tǒng)稱為子網(wǎng)。劃分子網(wǎng)的原因有很多，主要包括以下 3 個方面。（1）充分利用 IP 地址。 （2）易于管理網(wǎng)絡。（3）提高網(wǎng)絡性能。2劃分子網(wǎng)的方法IP 地址長度為 32 位，地址的一部分為網(wǎng)絡標識（即網(wǎng)絡號），另一部分標識網(wǎng)絡上的主機或路由

11、器（即主機號），這意味著 IP 其實是一種層次型的編址方案。對于標準的 A 類、B 類和 C 類地址來說，它們只具有兩層結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡號和主機號。子網(wǎng)具體的劃分方法如圖 4-10 所示。3子網(wǎng)掩碼在圖 4-11 中給出了兩個 IP 地址，其中一個是未劃分子網(wǎng)的主機 IP，另一個是子網(wǎng)中的 IP 地址。在圖中，讀者也許會發(fā)現(xiàn)一個問題，這兩個 IP 地址從外觀上沒有任何差別，那么應該如何區(qū)分這兩個地址呢？這就要用到我們即將介紹的內(nèi)容子網(wǎng)掩碼。（1）“點分十進制”表示法。用“點分十進制”法表示標準的 A 類、 B 類、 C 類網(wǎng)絡地址的默認子網(wǎng)掩碼，見表 4-3。（2）網(wǎng)絡前綴標記法。網(wǎng)絡前綴標記法是

12、一種表示子網(wǎng)掩碼中網(wǎng)絡地址長度的方法。用網(wǎng)絡前綴標記法表示標準的 A 類、 B 類、 C 類網(wǎng)絡地址的默認子網(wǎng)掩碼，見表 4-4。4子網(wǎng)劃分的規(guī)則在 RFC 文檔中，規(guī)定了子網(wǎng)劃分的規(guī)范，其中對網(wǎng)絡地址中的子網(wǎng)號做了如下規(guī)定。（1）由于網(wǎng)絡號全為“ 0”代表的是本地網(wǎng)絡，所以網(wǎng)絡地址中的子網(wǎng)號也不能全為“ 0”，子網(wǎng)號全為 0 時，表示的是本子網(wǎng)網(wǎng)絡。（2）由于網(wǎng)絡號全為“ 1”表示的是廣播地址，所以網(wǎng)絡地址中的子網(wǎng)號也不能全為“ 1”，全為“ 1”的地址用于向子網(wǎng)廣播。 5子網(wǎng)劃分的步驟（1）確定需要多少位子網(wǎng)號來唯一標識網(wǎng)絡上的每一個子網(wǎng)；（2）確定需要多少主機號來標識每個子網(wǎng)上的每一臺主

13、機；（3）定義符合網(wǎng)絡要求的子網(wǎng)掩碼；（4）確定標識每一個子網(wǎng)的網(wǎng)絡地址；（5）確定每一個子網(wǎng)上所使用的主機地址范圍。 6子網(wǎng)劃分實例4.2.3 可變長子網(wǎng)劃分子網(wǎng)劃分的最初目的，是把基于某類（A 類、 B 類、 C 類）的網(wǎng)絡進一步劃分成幾個規(guī)模相同的子網(wǎng)。4.2.4 超網(wǎng)和無類域間路由目前，在 Internet 上使用的 IP 地址是在 1978 年確立的協(xié)議，它由 4 段 8 位二進制數(shù)字組成。由于 Internet 協(xié)議當時的版本號為 4，因而稱為“ IPv4”。盡管這個協(xié)議在理論上有大約 43 億個 IP 地址，但是，并不是所有的地址都得到了充分的利用。部分原因在于 Internet

14、信息中心 InterNIC 把 IP 地址分配給了許多機構(gòu)，而 A 類和 B 類地址所包含的主機數(shù)又太多。2. 載入畫筆樣式4.3 IPv6 編址4.3.1 IPv6 的含義IPv6 是 Internet Protocol Version 6 的縮寫，其中 Internet Protocol 譯為“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”。IPv6是 IETF（Internet Engineering Task Force，互聯(lián)網(wǎng)工程任務組）設計的用于替代現(xiàn)行版本 IP協(xié)議（IPv4）的下一代 IP 協(xié)議。一方面是地址資源數(shù)量的限制，另一方面是隨著電子技術(shù)及網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡將進入人們的日常生活，可能身邊的每一樣

15、東西都需要連入全球因特網(wǎng)。在這樣的環(huán)境下， IPv6 應運而生。單從數(shù)量級上來說， IPv6 所擁有的地址容量是 IPv4 的約 81028 倍，達到 2128（算上全零的）個。4.3.2 IPv4 與 IPv6 的區(qū)別更大的地址空間。 IPv4 中規(guī)定 IP 地址長度為 32，即有 232 -1 個地址；而 IPv6 中 IP 地址的長度為 128，即有 2128 -1 個地址。 IPv6 的地址分配一開始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。增強的組播（Mult

16、icast）支持及對流的支持（Flow-control）。 4.3.3 IPv6 的特性 1更大的地址空間 2簡化的報頭和靈活的擴展 3層次化的地址結(jié)構(gòu) 4即插即用的聯(lián)網(wǎng)方式 5網(wǎng)絡層的認證與加密 6服務質(zhì)量的滿足 7對移動通信更好的支持 4.3.4 IPv6 的地址表示1 IPv6 地址的表示方法128 位的 IPv6 地址則被分割成 8 個 16 位段來表示，其中每個 16 位段書寫為大小在0 x00000 xFFFF 之間的十六進制的數(shù)字表示，并且每個 16 位段之間使用英文符號冒號“ :”來分開。有兩條規(guī)則可以用來簡化 IPv6 地址書寫的大小。第一條規(guī)則是：任何一個 16 位段中起始

17、的 0 不必寫出來；任何一個 16 位段如果少于4 個十六進制的數(shù)字，就認為忽略書寫的數(shù)字是起始的 0。第二條規(guī)則是：可以進一步地簡化這個地址的書寫格式，任何由全 0 組成的 1 個或多個 16 位段的單個連續(xù)的字符串都可以用一個雙冒號“”來表示。 2 IPv6 地址組成128 位的 IPv6 地址由 64 位的網(wǎng)絡地址和 64 位的主機地址組成。其中， 64 位的網(wǎng)絡地址又分為 48 位的全球網(wǎng)絡標識符和 16 位的本地子網(wǎng)標識符。IPv6 地址結(jié)構(gòu)如圖 4-22 所示。4.3.5 IPv4 到 IPv6 的過渡技術(shù) 1網(wǎng)絡過渡技術(shù)（l）隧道技術(shù)。隨著 IPv6 網(wǎng)絡的發(fā)展，出現(xiàn)了許多局部的

18、 IPv6 網(wǎng)絡。利用隧道技術(shù)，可以通過運行 IPv4 協(xié)議的 Internet 骨干網(wǎng)絡（即隧道）將局部的 IPv6 網(wǎng)絡連接起來，因而是 IPv4 向 IPv6 過渡的初期最易于采用的技術(shù)。隧道技術(shù)的方式為：路由器將 IPv6 的數(shù)據(jù)分組封裝入 IPv4， IPv4 分組的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的 IPv4 地址。（2）網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)。網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換（Network Address Translation-Protocol Translation， NAT-PT）技術(shù)，通過與 SIIT 協(xié)議轉(zhuǎn)換和傳統(tǒng)的 IPv4 下的動態(tài)地址翻譯（NAT）以及適當?shù)膽脤泳W(wǎng)關(guān)（ALG）相結(jié)合，可以實現(xiàn)只安裝 IPv6 的主機和只安裝了 IPv4 機器的大部分應用的相互通信。 2主機過渡技術(shù)IPv6 和 IPv4 是功能相近的網(wǎng)絡層協(xié)議，兩者都基于相同的物理平臺，而且加載于其上的傳輸層協(xié)議