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TCP IP原理计算机网络的最重要的功能是提供资源共享和连通性因特网发展的三个阶段：因特网的组成：按系统构成划分为硬件系统和软件系统；按逻辑功能划分为内层通信子网和外层用户资源子网2串讲补充内容计算机网络的发展史上具有里程碑意义的是1969年在美国投入运行ARAPANET，1983年确定在该网络上运行的标准协议是TCP/IP计算机网络中网络协议的工业标准（事实标准）是TCP/IP协议3体系结构分层OSI/RM：开放系统互连参考模型七层协议：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层TCP/IP四层协议：应用层、传输层、网际层、网络接口层五层协议：应用层、传输层、网际层、数据链路层、物理层4分层与协议传输层（提供端到端服务）的协议:TCP,UDP数据单元：TCP报文网际层的协议:IP，ARP，RARP，ICMP，IGMP数据单元：分组、数据报、IP数据报数据链路层的协议:PPP数据单元：帧物理层传送的是比特流52010考研辅导题82000年硕士研究生入学考试试题（华中科技大学）答案：协议、接口、服务、运输、网络92011年考研试题102010考研辅导试题11Internet 建立在TCP/IP协议的基础上Internet 不属于任何国家，组织或个人计算机网络的最基本最本质的功能与目的是资源共享12C/S通信方式下的客户与服务器在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：客户服务器方式（C/S 方式）和对等方式（P2P 方式）客户(client)和服务器(server)都是通信中所涉及的两个应用进程客户服务器方式描述的是进程之间服务和被服务的关系客户请求服务，服务器提供服务客户程序被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务），因此，客户程序必须知道服务器程序的地址一般情况下，客户不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统服务器程序是专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求，系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求，因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址一般需要高级的硬件和操作系统支持运输层的协议数据单元，需加上运输层的协议数据单元，需加上20字节的字节的TCP首部首部网络层传送，需加上至少网络层传送，需加上至少20字节的字节的IP首部。首部。数据链路层需加上首部和尾部共数据链路层需加上首部和尾部共18字节字节14第一章第一章 思考练习题思考练习题1、什么是、什么是TCP/IP协议？与协议？与Internet的关系？的关系？2、TCP/IP协议的设计目标是什么？协议的设计目标是什么？基于什么现实需求？3、在、在TCP/IP协议网络上有哪些主体？协议网络上有哪些主体？15第二章 数据链路层数据链路层数据链路层的作用：如何在的作用：如何在有差错有差错的物理的物理线路上，进行线路上，进行无差错无差错传输传输三大交换技术：电路交换，报文交换，分三大交换技术：电路交换，报文交换，分组交换组交换16数据链路层数据链路层的的三个基本问题三个基本问题：封装成帧封装成帧 透明传输透明传输 差错控制差错控制17数据链路层数据链路层使用的使用的信道信道主要有两种类型：主要有两种类型：点对点信道点对点信道：这种信道使用：这种信道使用一对一一对一的点对的点对点通信方式点通信方式广播信道广播信道：这种信道使用：这种信道使用一对多一对多的广播通的广播通信方式，因此过程比较复杂信方式，因此过程比较复杂广播信道上连接的主机很多，因此必须使广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的用专用的共享信道协议共享信道协议来协调这些主机的来协调这些主机的数据发送数据发送18(1)10Base5：粗缆粗缆Ethernet(2)10Base2：细缆细缆Ethernet(3)10Base-T：双绞线：双绞线，星型，星型Ethernet(4)10Base-F：光纤：光纤Ethernet19以太网的CSMA/CD协议误码率：二进制数据在传输系统中被传错的概率信号的基本调制方法为 调频、调幅与调相20衡量网络性能的重要指标：数据传输速率，带宽（传输速率的最大值）计算机网络的分类：局域网，城域网，广域网三大交换技术：电路交换，报文交换，分组交换2122分组交换的要点分组交换的要点分组交换，将IP数据报分成若干个分组。每个分组的前面加上一个分组的首部，用以指明分组的目的地址，可以同时传送多个数据分组路由器把来自用户发端的数据暂存在路由器的存储器内，按照存储转发的方式，根据每个分组的地址信息，将分组转发至目的地到达接收端，再去掉分组首部，将各数据字段按顺序重新整合成原来的报文分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好现在的现在的Internet是分组交换网是分组交换网扩展以太网的方法物理层：集线器数据链路层：网桥，交换机网络层：路由器网络层以上：网关23以太网帧格式：DIV X2、IEEE802.3PPP协议的特点：封装成帧链路控制协议LCP网络控制协议NCP24MAC帧的封装格式目的地址（DA）：6个字节，指示接收方的MAC地址源地址（SA）：6个字节，指示发放方的MAC地址类型域：2个字节，指示该帧携带的数据属于什么类型的数据数据域：46-1500字节，MAC帧中的数据部分帧效验序列（FCS）：4个字节，接收方用以检验该帧在传输过程中有无出现错误MAC帧的最小长度：64 byte18+46=64最大长度：1518 byte18+1500=1518当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以太网的 MAC 帧：单播帧，广播帧，多播帧26目前Internet广泛使用的点到点协议是PPPPPP协议在协议在1994年成为因特网年成为因特网(数据链路层数据链路层)的正式标准的正式标准27PPP协议解决冲突的方法字符填充法：在控制字符前插入转义字符0比特插入删除法：在连续的5个1 后插入/删除1个0数据链路层使用的地址：MAC地址网络层使用的地址：IP地址传输层使用：端口28以太网的CSMA/CD协议2个站点同时发送数据，将会发生冲突以太网处理冲突的方法冲突检测争用期：端到端的传输时间的2倍（512 比特时间）最短帧长：512比特（64字节）误码率：二进制数据在传输系统中被传错的概率29CSMA/CD协议的工作要点协议的工作要点CSMA/CD协议，即载波监听多点接入/碰撞检测多点接入这可说明网络拓扑结构为总线型CSMA/CD协议的实质内容就是载波监听/碰撞检测载波监听是发送前先监听，指网络上的每个站在发送数据前都要检测总线状态，是否有其他站在利用总线发送数据，只有在总线空闲的时候才能发送自己的数据碰撞检测是边发送边检测，发送数据时检测总线信道上的电压的变化，以判断是否有其他站也在发送数据。如果总线或信道上的信号电压超过一定的门限值，就说明在总线上至少有两个站同时发送数据，这就产生了碰撞每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。CSMA/CD协议简单、可靠，其网络系统（如Ethernet）被广泛使用31CSMA/CD协议载波监听、多路访问/冲突检测计算机在发送数据时首先检测信道，检测到计算机在发送数据时首先检测信道，检测到信道空闲，则等待信道空闲，则等待t时间后发送；时间后发送；目的主机接收到数据后，须在目的主机接收到数据后，须在t时间后发送时间后发送确认数据帧，如果源主机在规定时间内未收确认数据帧，如果源主机在规定时间内未收到确认数据帧，则必须重发数据，直至接收到确认数据帧，则必须重发数据，直至接收正确；正确；网络各主机按照二进制指数退避算法进行冲网络各主机按照二进制指数退避算法进行冲突检测与等待重发突检测与等待重发为统一管理Ethernet的MAC地址（6个字节）,确保其唯一性，IEEE注册管理委员会为每个生产厂商分配3个字节机构惟一标识符（OUI），网卡地址的后3个字节（24位）由厂家自由支配，在网卡地址中自由分配32概念FDDI：光纤分布式数据接口ATM：异步传输模式ATM信元结构33FDDI（光纤分布式数据接口）（光纤分布式数据接口）FDDI是一种流行的局域网组网技术，数据传是一种流行的局域网组网技术，数据传输率输率100MbpsFDDI使用使用光纤光纤，数据采用光脉冲编码，数据采用光脉冲编码FDDI：高可靠性、高性能、价格较贵，主要：高可靠性、高性能、价格较贵，主要用于用于局域网的主干网局域网的主干网34FDDI网络的设计特性1.共享令牌环（共享令牌环（Token Ring）技术）技术2.自恢复能力（自恢复能力（Self-Healing）3.环路环路4.令牌传递信息数据令牌传递信息数据35ATM 结合了电路交换与分组交换的优点，采用面向连接的快速分组交换技术（异步时分多路复用）ATM 的特点使用较短的固定长度的信元，利于高速传输，并且有硬件电路处理信元支持不同速率的业务最底层是面向连接的，支持实时的突发业务光纤传输，链路无需差错控制与流量控制36信元的开销信元的开销信元长度为 53 byte，首部 5 byteATM信元是固定长度的分组信元总长度53 byte，其中5 byte的信元首部，48 byte的信元净荷，即信息数据37ATM连接的建立与释放建立报文：A向B发送报文以建立连接呼叫进行中报文：ATM交换机收到建立报文，先发送呼叫进行中报文通知A建立报文的路由选择连接报文与连接确认报文：B收到建立报文后回复连接报文；链路中的交换机将连接报文回传至A，并以连接确认报文响应释放报文与释放完成报文：A、B都可发释放报文，链路交换机接收到释放报文后，返回释放完成报文以删除虚通道38无线局域网标准无线局域网标准802.11b工作在工作在 2.4 GHz，最高传输速率最高传输速率11MBpb39IP 协议概念IP地址子网掩码IP地址的分类IP子网划分的原则子网划分的步骤40地址：标识系统中的计算机物理地址（MAC 地址）IP地址（Internet 地址）IP 地址包括网络ID部分和主机ID部分41特殊IP地址网络部分主机部分地址类型用 途127any全“0”全“1”Any全“0”Any全“1”网络地址代表一个网段有限广播地址特定网段的所有节点回送地址回环测试广播地址本网段所有节点所有网络华为Quidway路由器用于指定默认路由42IP地址分类0 1 2 3 7 816 24 315类IP地址43IP 地址分类5类IP地址A：最高字节：最高字节1126，126个网络，主机数量个网络，主机数量224-2B：最高字节：最高字节128191，网络数量，网络数量26+8，主机数量，主机数量216-2C：最高字节：最高字节192223，网络共有，网络共有224-3，主机数量，主机数量28-2D：最高字节：最高字节224239，多播地址，多播地址E：最高字节：最高字节240255，用于网络测试，用于网络测试44补充：IP地址A类IP地址网络ID为8位，第一个字节，最高位置为0，因此A类网络的ID从1126，共126个网络地址；主机ID为24位，3个字节，排除主机ID全为0和全为1的两种情况，可容纳的最大主机数量为224-2B类IP地址网络ID为16位，前2个字节，最高2位为10，因此B类网络的ID从128.1191.255，共214个网络地址；主机ID为16位，2个字节，排除主机ID全为0和全为1的两种情况，可容纳的最大主机数量为216-2C类IP地址网络ID为24位，前3个字节，最高3位为110，因此C类网络的ID从192.0.1223.255.255，共221个网络地址；主机ID为8位，1个字节，排除主机ID全为0和全为1的两种情况，可容纳的最大主机数量为28-246默认掩码A类IP：255.0.0.0B类IP：255.255.0.0C类IP：255.255.255.0子网划分子网划分原则IP地址的网络ID不能全为0，不能全为1IP地址的主机ID不能全为0，不能全为1步骤确定需要划分的子网数量确定子网内的最大主机数量确定子网掩码确定子网ID有效IP地址范围47子网掩码的借位A类IP：向主机ID借16位作为子网ID48子网划分：例题划分首先考虑需要支持多少个子网，每个子网所具有的最大主机数举例：某公司申请了一个C类地址200.200.200.0，公司有生产部门和市场部门需要划分为单独的网络，即需要划分2个子网，每个子网至少支持40台主机确定子网掩码计算新的子网网络ID每个子网有多少主机地址493.2.3 子网划分l决定子网掩码借用2位主机ID作为网络ID503.2.3 子网划分计算新的子网网络ID51子网划分结果2 个子网个子网主机数量：主机数量：64-2=62C类地址：类地址：200.200.200.052概念ICMP、IGMP协议多播、多播组53补充：IP地址IPv4的瓶颈是IP地址，Ipv4的可用地址共有 232个(40亿)，目前已经全部分配完毕下一代网络将过渡为IPv6，其地址空间可以达到2128，可以实现每人一个固定IP地址，解决了IP地址分配的问题IPv6的地址空间是IPv4的296倍(128-32=96)54网络层小结 网络层功能 IP地址的定义和分类 子网掩码的定义 运用子网掩码划分子网55第五章概念路由、直接交付、间接交付简答问答对路由算法的要求路由计算题路由过程56第六章传输层需要解决的问题三次握手、四次握手概念端口、套接字、面向连接、无连接5758面向连接、面向无连接面向连接、面向无连接各自的优缺点各自的优缺点面向连接是指通信双方在通信时要事先建立一条通信连接线路，其通信过程有建立连接、使用连接进行通信、通信完成后释放连接三个过程面向无连接的通信，就是不需要预先建立通信连接，需要通信的时候，发送方直接在网络送出信息，路由器负责信息在网络上的传输面向连接服务的特点是：数据传输过程前必须经过建立连接、维护连接和释放连接的3个过程；面向连接数据传输的收发数据顺序不变，因此传输的可靠性好，但需通信开始之前建立连接，协议复杂，通信效率不高无连接的服务，通行效率高，协议简单，无需确认与编号机制，是不可靠传输熟知端口FTP:21HTTP:80SMTP:25SQLSERVER:1433ORACLE:152159TCP可靠性措施TCP连接的建立与撤除：三次握手、四次握手6061三次握手TCP连接的建立过程，即三次握手或三次联络 TCP主机A向主机B发送连接请求报文，报文首部中的同步位SYN=1，初始序列号seq=x；（同步发送状态SYN-SENT）B收到连接请求报文后，如同意建立连接，则回复确认报文，该报文首部中的SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，并初始序列号seq=y；（同步收到状态SYN-RCVD）A收到B的确认后，还要给B发送确认报文。确认报文的ACK=1，ack=y+1，seq=x+1。这时，TCP连接已建立，B收到A的确认后也进入Established状态。（已建立连接状态ESTABLISHED）62四次握手TCP采用四次挥手关闭连接TCP连接是全双工的，因此每个方向的连接都必须单独进行关闭。当一方完成数据发送任务后就发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到FIN意味着这一方向上没有数据流动，TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭 A向B发送一个FIN报文，用来关闭A到B的数据传送 B收到FIN报文，发回一个确认报文ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号 B关闭与A的连接，发送一个FIN报文给A A发回确认报文ACK，并将确认序号设置为收到的序号加1TCP采用四次握手关闭连接，是因为收到对方的FIN报文通知时，表示对方没有数据发送了；发送FIN报文给对方来表示现在可以关闭连接了，所以ACK报文和FIN报文是分开发送的第七章概念域名解析服务器DNS主机、域名的命名规则63第八章概念FTP、HTTP、POP3、SMTPHTTP的特点HTTP的运作方式64第九章概念网络管理网络管理工具的基本功能网络管理工具的类型网络问题的归类65第十章概念网络安全、防火墙、虚拟专用网网络安全的特点TCP网络的入侵端口扫描防火墙的类型防火墙的设计步骤防火墙的功能指标66考试题型1.概念题概念题2.简答问答简答问答3.计算题计算题67简答问答1TCP/IP包括哪些协议TCP/IP协议的主要特点68简答问答1RFC要成为RFC正式文档，须经历哪些过程69简答问答2PPP协议的工作原理PPP协议是面向字符的，而不是面向比特的70简答问答6TCP传输层要解决的关键问题TCP建立连接的三次握手、四次握手（断开连接）71简答问答6TCP连接的建立与撤除TCP连接的可靠性措施72例题某单位分配到一个B类IP地址129.200.0.0。该单位有10000台机器，分布在100个不同的地点如选用子网掩码为255.255.255.0。给每一个地点分配一个子网号码，并计算子网内主机号码的有效范围7374B类IP地址129.200.0.0，默认掩码为255.255.0.0，已给出子网掩码255.255.255.0，说明子网ID向主机ID借位的位数为8（即第三个字节）,可以将生成28-2=254个子网络（排除子网ID全为0和全为1的2种情况）1 子网掩码子网掩码用B类IP地址129.200.0.0生成40个子网络，但要排除子网ID全为0和全为1的2种情况，需要向主机ID借位的位数为8（第三个字节），所以子网ID的范围是 1 254网络ID：主机ID全为0（上面的254个子网号任选40个即可）网络ID分别为：129.200.1(00000001).0、129.200.2(000 000010).0129.200.3(00000011).0、129.200.4(00 000100).0。129.200.251(11111011).0、129.200.252(11111100).0129.200.253(11111101).0、129.200.254(11111110).02 求解子网求解子网ID76主机ID有8位（第4个字节），排除全为0和全为1的2种情况主机ID的范围是1（00000001）254（11111110）因此各子网的IP地址的范围为1：129.200.1.1(00000001)129.200.1.254(11111110)2：129.200.2.1(00000001)129.200.2.254(11111110)3：129.200.3.1(00000001)129.200.3.254(11111110)。252：129.200.252.1(00000001)129.200.252.254(11111110)253：129.200.253.1(00000001)129.200.253.254(11111110)254：129.200.254.1(00000001)129.200.254.254(11111110)3 求解子网有效求解子网有效IP地址地址例题现在要用C类地址202.202.202.0生成3个子网络，试问：子网掩码是什么？列出有效的网络编号。列出各子网的有效IP地址。7778用C类地址202.202.202.0生成3个子网络，但是还要考虑排除子网ID全为0和全为1的2种情况，需要向主机ID借位的位数为3（23=8）,所以子网掩码中的1的位数就是24+3=27即，子网掩码为255.255.255.2241 求解子网掩码求解子网掩码用C类地址202.202.202.0生成3个子网络，但要排除子网ID全为0和全为1的2种情况，需要向主机ID借位的位数为3，所以子网ID的范围是001、010、011、100、101、110网络ID：主机ID全为0（上面的6个子网号任选3个即可）网络ID分别为：202.202.202.32(001 00000)、202.202.202.64(010 00000)202.202.202.96(011 00000)、202.202.202.128(100 00000)202.202.202.160(101 00000)、202.202.202.192(110 00000)2 求解子网求解子网ID80主机ID有5位，排除全为0和全为1的2种情况主机ID的范围是0000111110因此各子网的IP地址的范围为32：202.202.202.33(001 00001)202.202.202.62(001 11110)64：202.202.202.65(010 00001)202.202.202.94(010 11110)96：202.202.202.97(011 00001)202.202.202.126(011 11110)128：202.202.202.129(100 00001)202.202.202.158(100 11110)160：202.202.202.161(101 00001)202.202.202.190(101 11110)192：202.202.202.193(110 00001)202.202.202.222(110 11110)3 求解子网有效求解子网有效IP地址地址假定网络利用率为90%，计算当前网络延迟时间为最小值的多少倍？解：令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系：D=D0/(1-90%)=10 D0网络利用率1-UD081计算网络路由的下一跳计算网络路由的下一跳计算路由下一跳的过程：1 将目的地址与子网掩码转换为二进制2 目的地址与子网掩码逐位与，即计算网络号3 查找路由表中的网络号，找出下一跳4 路由表无此网络号，则下一跳为默认5 路由表无默认路由，则报告出错82目的地址分别如下，试分别计算其下一跳 208.96.40.112 202.4.153.90目的网络子网掩码下一跳208.96.39.0255.255.255.128接口m0208.96.40.0255.255.255.128R2202.4.153.0255.255.255.128R3*（默认）R483（1）208.96.40.112转换为2进制，与子网掩码逐位与运算11010000 01100000 00101000 0111000011111111 11111111 11111111 10000000-And11010000 01100000 00101000 0即目的网络ID为208.96.40.0，查找路由表得，则下一跳为 R284（2）202.4.153.90转换为2进制，与子网掩码逐位与运算11001010 00000100 10011001 0101101011111111 11111111 11111111 10000000-And11001010 01100100 10011001 0即目的网络ID为202.4.153.0，查找路由表得，下一跳为 R385IP技术 例题主机甲主机甲199.124.192.96与主机乙与主机乙199.124.192.132，子网掩码为子网掩码为255.255.255.192这两个这两个IP地址分别属于哪一类地址分别属于哪一类IP地址地址计算其网络号、子网号和主机号计算其网络号、子网号和主机号主机甲主机甲199.124.192.96与主机乙与主机乙199.124.192.132，子网掩码为子网掩码为255.255.255.192这两个IP地址分别属于哪一类IP地址：C类IP地址计算其网络号、子网号和主机号子网掩码255.255.255.192中共有26个1，可知网络号与子网号共有26位网络ID由IP地址与子网掩码的逻辑与运算产生199.124.192.96199.124.192.132255.255.255.192255.255.255.192199.124.192.64 199.124.192.128则这两个IP地址属于两个网络：网络号分别为199.124.192.64、199.124.192.128无线局域网（无线局域网（WLAN）WLAN的主要特点的主要特点当今应用极为广泛的组网方式当今应用极为广泛的组网方式无线局域网，在互联的主机与网络设备之间，不采用光纤或双绞线等有线连接，而是采用无线通信方式，将无线通信与局域网技术结合起来，无需布线即可组成局域网，从而实现了无线局域网的中的资源共享无线局域网的特点是：移动性强：用户可自由移动，而不需利用线缆来实现网络连接，其物理位置在一定范围内随意变化而不会影响网络的运行高可靠性：无线局域网不会出现在有线网络中的网络中断的故障组网简单：无需布线，所以组网速度快，投资少，见效快，维护也很容易扩充性好：只需要增加适当的网络适配卡即可实现网络扩充安装简易而且费用低廉：无线局域网的物理设备成本较高，但是不需要大量的光缆等有线连接，所以无线局域网的总成本第有线局域网更低