TCPIP路由交換技術(shù)（第二版）課件 2.2 了解TCPIP協(xié)議棧

項(xiàng)目2規(guī)劃IP地址授課教師：管秀君吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)任務(wù)2.2了解TCP/IP協(xié)議棧2.2.1

TCP/IP概述TCP/IP起源于美國國防部高級研究項(xiàng)目管理局在1969年進(jìn)行的有關(guān)分組交換廣域網(wǎng)科研項(xiàng)目的研究，因此起初的網(wǎng)絡(luò)稱為ARPAnet。1973年TCP（TransferControlProtocol,傳輸控制協(xié)議）正式投入使用，1981年IP（InternetProtocol,網(wǎng)際協(xié)議）投入使用，1983年TCP/IP正式被集成到美國加州大學(xué)伯克利分校的UNIX版本中，該“網(wǎng)絡(luò)版”操作系統(tǒng)適應(yīng)了當(dāng)時(shí)各大學(xué)、機(jī)關(guān)、企業(yè)旺盛的連網(wǎng)需求，隨著該免費(fèi)分發(fā)操作系統(tǒng)的廣泛使用，TCP/IP因此得到流傳。到20世紀(jì)90年代，TCP/IP已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)之間最常用的組網(wǎng)形式。它是一個(gè)真正的開放系統(tǒng)，因?yàn)閰f(xié)議棧的定義及其多種實(shí)現(xiàn)可以不用花錢或花很少的錢就可以公開得到，它被稱為“全球互聯(lián)網(wǎng)”或“因特網(wǎng)（Internet）”的基礎(chǔ)。TCP/IP起源2.2.2

TCP/IP與OSI模型比較與OSI參考模型一樣，TCP/IP也分為不同的層次開發(fā)，每一層負(fù)責(zé)不同的通信功能。但是，TCP/IP簡化了層次設(shè)計(jì)，將原來的七層模型合并為四層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，自頂向下分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層（又稱為網(wǎng)絡(luò)接口層），沒有OSI參考模型的會話層和表示層。TCP/IP與OSI模型比較應(yīng)用層會話層表示層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層OSI參考模型TCP/IP協(xié)議模型兩種協(xié)議的相同點(diǎn)（1）都是分層結(jié)構(gòu)，并且工作模式一樣，層和層之間都需要很密切的協(xié)作關(guān)系。（2）有相同的應(yīng)用層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層。（3）都使用包交換技術(shù)。兩種協(xié)議的不同點(diǎn)（1）TCP/IP把表示層和會話層都?xì)w入了應(yīng)用層。（2）TCP/IP的結(jié)構(gòu)比較簡單，因?yàn)榉謱由?。?）TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)是在Internet網(wǎng)絡(luò)不斷的發(fā)展中建立的，基于實(shí)踐，有很高的信任度。相比較而言，OSI參考模型是基于理論的，是做為一種向?qū)У哪Ｐ蚑CP/IP與OSI模型比較2.2.3

TCP/IP協(xié)議棧TCP/IP協(xié)議棧是由不同層次的多種協(xié)議組成。網(wǎng)絡(luò)接口層涉及在通信信道上傳輸?shù)脑急忍亓?，它?guī)定了傳輸數(shù)據(jù)所需要的機(jī)械、電氣、功能及規(guī)程等特性，提供檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、同步等措施，使之對網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)一條無錯(cuò)線路，并且進(jìn)行流量調(diào)控。TCP/IP協(xié)議棧應(yīng)用層的主要功能是用戶和應(yīng)用程序之間的接口，在這一層，TCP/IP模型設(shè)計(jì)各種協(xié)議以支持不同的軟件類型，應(yīng)用層為用戶的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)了許多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，例如文件傳輸、網(wǎng)絡(luò)管理等。常見的應(yīng)用層協(xié)議有：（1）FTP（FileTransferProtocol,文件傳輸協(xié)議）（2）HTTP(HyperTextTransferProtocol，超文本傳輸協(xié)議）（3）SMTP（SimpleMailTransferProtocol，簡單郵件傳輸協(xié)議）（4）Telnet遠(yuǎn)程登錄（5）DNS（DomainNameSystem，域名系統(tǒng)）應(yīng)用層協(xié)議FTP（FileTransferProtocol,文件傳輸協(xié)議）文件傳輸協(xié)議FTP是Internet上使用最廣泛的文件傳輸協(xié)議。FTP協(xié)議要用到兩個(gè)TCP連接:一個(gè)是控制連接，使用熟知端口21，用來在FTP客戶端與服務(wù)器之間傳輸命令；另一個(gè)是數(shù)據(jù)連接，使用熟知端口20，用來從客戶端向服務(wù)器上傳文件或從服務(wù)器下載文件到客戶計(jì)算機(jī)。FTPHTTP(HyperTextTransferProtocol，超文本傳輸協(xié)議）超文本傳輸協(xié)議HTTP是互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一種應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。HTTP是建立在TCP協(xié)議基礎(chǔ)上的一個(gè)客戶端（用戶）和服務(wù)器端（網(wǎng)站）請求和應(yīng)答的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。通過客戶端Web瀏覽器向服務(wù)器上指定端口（默認(rèn)80）發(fā)起一個(gè)HTTP請求，服務(wù)器端應(yīng)用進(jìn)程返回HTML頁面作為響應(yīng)。HTTPSMTP（SimpleMailTransferProtocol，簡單郵件傳輸協(xié)議）SMTP支持文本郵件的Internet傳輸。SMTPTelnet遠(yuǎn)程登錄Telnet是客戶機(jī)使用的與遠(yuǎn)端服務(wù)器建立連接的標(biāo)準(zhǔn)終端仿真協(xié)議。SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol，簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）SNMP負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控和維護(hù)，支持安全管理、性能管理等。TelnetDNS（DomainNameSystem，域名系統(tǒng)）域名系統(tǒng)DNS（DomainNameSystem）是Internet使用的命名系統(tǒng)，用來將用戶使用的易于記憶的字符串名稱轉(zhuǎn)換為IP地址。比如百度網(wǎng)站的IP地址是25（難記），轉(zhuǎn)換成域名，好記好用。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中使用域名系統(tǒng)能夠使用戶容易記憶網(wǎng)絡(luò)地址。DNS傳輸層位于應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間，為終端主機(jī)提供端到端的連接，以及流量控制（由窗口機(jī)制實(shí)現(xiàn)）、可靠性（由序列號和確認(rèn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)）、支持雙工傳輸?shù)?。傳輸層的主要協(xié)議有TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶報(bào)文協(xié)議）。雖然TCP和UDP都使用相同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP，但是兩者卻為應(yīng)用層提供完全不同的服務(wù)。傳輸層協(xié)議傳輸控制協(xié)議為應(yīng)用層提供面向連接的可靠的通信服務(wù)。目前，許多流行的應(yīng)用程序都使用TCP。TCP協(xié)議的整個(gè)報(bào)文由報(bào)文頭和數(shù)據(jù)兩部分組成：傳輸控制協(xié)議TCPTCP是面向連接的傳輸層協(xié)議。所謂面向連接就是在真正進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸開始前就要完成連接建立的過程，否則不會進(jìn)入真正的數(shù)據(jù)傳輸階段。TCP的連接建立過程通常被稱為三次握手。傳輸控制協(xié)議TCPUDP協(xié)議提供一種面向無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，因此，它不能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。而且UDP不進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，UDP也無法保證任何分組的傳遞和驗(yàn)證，必須由應(yīng)用層的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)可靠性機(jī)制和差錯(cuò)控制，以保證端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。相對于TCP報(bào)文，UDP報(bào)文只有少量的字段：源端口號、目的端口號、長度、校驗(yàn)和等，各個(gè)字段功能的TCP報(bào)文相應(yīng)字段一樣。用戶報(bào)文協(xié)議UDPTCP是基于連接的協(xié)議，UDP是面向非連接的協(xié)議。從可靠性角度來看，TCP的可靠性優(yōu)于UDP。從傳輸速度來看，TCP的傳輸速度比UDP更慢。從協(xié)議報(bào)文的角度看，TCP的協(xié)議開銷大，但是TCP具備流量控制的功能，UDP的協(xié)議開銷小，但UDP不具備流量控制的功能。從應(yīng)用場合看，TCP適合于傳送大量數(shù)據(jù)，而UDP適合傳送少量數(shù)據(jù)。TCP與UDP的區(qū)別網(wǎng)絡(luò)層位于TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)接口層和傳輸層中間。網(wǎng)絡(luò)層為了保證數(shù)據(jù)包的成功分發(fā)，主要定義了以下協(xié)議：IP（InternetProtocol）協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol，因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析協(xié)議）RARP（ReverseAddressResolutionProtocol，反向地址解析協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP協(xié)議和路由協(xié)議協(xié)同工作，尋找能夠?qū)?shù)據(jù)包傳送到目的端的最優(yōu)路徑。IP不關(guān)心數(shù)據(jù)報(bào)文的內(nèi)容，提供無連接的、不可靠的服務(wù)。普通的IP數(shù)據(jù)包包頭長度20個(gè)字節(jié)，不包含IP數(shù)據(jù)字段IP協(xié)議ICMP協(xié)議是集差錯(cuò)報(bào)告與控制于一身的協(xié)議。在所有TCP/IP主機(jī)上都可實(shí)現(xiàn)ICMP。常用的“ping”命令和“Tracert”命令都是基于ICMP協(xié)議的。ICMP協(xié)議ICMP協(xié)議表2-1常見Ping命令返回信息表返回信息提示含義ReplyfromX.X.X.X：byte=32times<1msTTL=255表示計(jì)算機(jī)到目標(biāo)IP主機(jī)之間連接正常（X.X.X.X代表某個(gè)IP地址）Requesttimedout表示沒有收到目標(biāo)主機(jī)返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，引起原因有網(wǎng)絡(luò)不通、對方?jīng)]有開機(jī)、對方裝有防火墻、IP地址不正確等。Destinationhostunreachable表示對方主機(jī)不存在或者沒有跟對方建立連接，與路由設(shè)置或DHCP出現(xiàn)故障有關(guān)。BadIPaddress表示可能沒有連接DNS服務(wù)器，無法解析該IP地址，也可能是目標(biāo)IP地址不存在。ICMP協(xié)議表2-2解決網(wǎng)絡(luò)故障常用Ping命令命令格式含義Ping是本地循環(huán)地址，如果無法Ping通，則表明本地計(jì)算機(jī)TCP/IP協(xié)議不能正常工作，需要重新安裝RCP/IP協(xié)議。Ping本機(jī)的IP地址能Ping通則表示網(wǎng)絡(luò)適配器工作正常，不通則是網(wǎng)絡(luò)適配器出現(xiàn)故障，更換、重新插拔或重裝網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序。Ping同網(wǎng)段內(nèi)其他計(jì)算機(jī)的IPPing一臺同網(wǎng)段計(jì)算機(jī)的IP，不通則表明網(wǎng)絡(luò)線路出現(xiàn)故障，要對網(wǎng)線、交換機(jī)或到目標(biāo)計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢查測試。地址解析協(xié)議，即ARP（AddressResolutionProtocol），是根據(jù)IP地址獲取物理地址的一個(gè)TCP/IP協(xié)議。主機(jī)發(fā)送信息時(shí)將包含目標(biāo)IP地址的ARP請求廣播到網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)，并接收返回消息，以此確定目標(biāo)的物理地址；收到返回消息后將該IP地址和物理地址存入本機(jī)ARP緩存中并保留一定時(shí)間，下次請求時(shí)直接查詢ARP緩存以節(jié)約資源。ARP協(xié)議反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議（RARP：ReverseAddressResolutionProtocol）就是將局域網(wǎng)中某個(gè)主機(jī)的物理地址轉(zhuǎn)換為IP地址，比如局域網(wǎng)中有一臺主機(jī)只知道物理地址而不知道IP地址，那么可以通過RARP協(xié)議發(fā)出征求自身IP地址的廣播請求，然后由RARP服務(wù)器負(fù)責(zé)回答。RARP協(xié)議廣泛用于獲取無盤工作站的IP地址。RARP協(xié)議發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的過程是從上至下逐層傳遞的。OSI參考模型中的每個(gè)層次收到上層傳遞過來的數(shù)據(jù)后都要將本層次的控制信息加入數(shù)據(jù)單元的頭部，一些層次還要將校驗(yàn)和等信息附加到數(shù)據(jù)單元的尾部，這個(gè)過程就叫做封裝。報(bào)文的封裝傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸層報(bào)頭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層報(bào)頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層報(bào)頭0101110101001000010表示層應(yīng)用層會話層數(shù)據(jù)段Segment數(shù)據(jù)包Packet比特流Bits數(shù)據(jù)幀F(xiàn)rame發(fā)送數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)封裝端口號源IP+目的IP＋上層協(xié)議源MAC+目的MAC將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成高低電平，即“0”或“1”代碼數(shù)據(jù)Data報(bào)文的封裝圖示