第5章 TCPIP协议基础.ppt
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1、本章学习要求本章学习要求:掌掌握握:TCP/IPTCP/IP协协议议簇簇层层次次结结构构及及其其主主要要协协议议间间调调用关系用关系 掌握:互连网络层的主要协议及相关基本技术掌握:互连网络层的主要协议及相关基本技术 掌握:传输层的基本概念、掌握:传输层的基本概念、TCPTCP和和UDPUDP协议协议掌掌握握:应应用用层层的的基基本本服服务务WWWWWW、DNSDNS、e-maile-mail、FTPFTP的基本原理与技术,并了解的基本原理与技术,并了解Telnet Telnet 实实践践:子子网网划划分分、代代理理服服务务器器、DNSDNS服服务务器器配配置置、DHCPDHCP服服务务器器的的
2、基基本本配配置置、WebWeb服服务务器器的的构构建建、FTPFTP服务器的简单构建服务器的简单构建 、TCP/IPTCP/IP测试命令使用测试命令使用 第第5 5章章 TCP/IPTCP/IP协议基础协议基础 5.1 TCP/5.1 TCP/IPIP协议概述协议概述 OSIOSITCP/IPTCP/IP7 7应用层应用层7 7应用层应用层6 6表示层表示层6 65 5会话层会话层5 54 4传输层传输层4 4传输层传输层3 3网络层网络层3 3互连网络层互连网络层2 2数据链路层数据链路层2 2网络接口层网络接口层1 1物理层物理层1 1IPIP、ICMPICMP、ARPARP和和IGMPI
3、GMP 互连网络层的互连网络层的主要功能主要功能是是由由IPIP协议提供协议提供的的互互连连网网络络层层的的主主要要服服务务是是在在不不同同的的网网络络之之间间建建立立互连网络互连网络寻址寻址路由路由5.2 5.2 互连网络层互连网络层 提提供供了了无无连连接接的的不不可可靠靠数数据据报报传传输输和和互互连连网网的的路路由由服务服务 IPIP转发转发IPIP地址地址地址映射地址映射 5.2.1 IP5.2.1 IP协议协议 IPIP地址有地址有二进制格式二进制格式和和十进制格式十进制格式两种表示。两种表示。IPIP地地址址的的两两级级结结构构:网网络络号号(网网络络地地址址)和和主主机机号(主
4、机地址)号(主机地址)1 1IPIP地址的格式与分类地址的格式与分类 IPIP地址分为地址分为5 5类类分类、主机号和网络号位数、地址范围与地址数分类、主机号和网络号位数、地址范围与地址数IPIP地址分类地址分类 (1 1)全全0 0的网络号的网络号(2 2)全全0 0的主机号的主机号(3 3)全全1 1的主机号的主机号(4 4)全全0 0的的IPIP地址地址(5 5)网络号码为网络号码为127.X.X.X.127.X.X.X.(6 6)全全1 1地址地址255.255.255.255255.255.255.255特殊特殊IPIP地址地址(1 1)国际网络信息中心国际网络信息中心NICNIC(
5、Network Information Network Information CenterCenter)(2 2)InterNICInterNIC、APNICAPNIC和和ENICENIC(3 3)国家或地区网络的国家或地区网络的NICNIC例如,例如,CERNETCERNET的的NICNIC设在清华大学,设在清华大学,CERNETCERNET各地区各地区的网管中心需向的网管中心需向CERNET NICCERNET NIC申请分配申请分配C C类地址。类地址。内部网址内部网址 分配分配IPIP地址的组织机构地址的组织机构 IPv4IPv4协议的数据报格式协议的数据报格式一个一个 IP IP
6、数据报由数据报由头部和数据头部和数据两部分组成两部分组成头部头部前一部分是前一部分是固定头部固定头部,共共 20 20 字节字节,是所有,是所有 IP IP 数据报必须具有的数据报必须具有的可选字段可选字段2 2IPIP协议协议固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报首部可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服
7、务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报固定部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报固定部分可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总
8、 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分版本占 4 bit,指IP协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4(即 IPv4IPv4)首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分首部长度占4 bit4 bit,可表示的最大数值是 15 个单位
9、(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是60字节。首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分服务类型(服务与使用规则)服务类型(服务与使用规则)占 8 bit,用来获得更好的服务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部
10、长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分总长度占 16 bit,指首部和数据之和的长度,单位为字节,因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTUMTU。首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分标识标识(identification)占 16 bit,它是一个计数器,用来产生数据报的标识。首部04816192
11、431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分标志标志(identification)占 3 bit,目前只有前两个比特(DF位、MF位)有意义。首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变
12、部分片偏移(12 bit)指出:较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。偏移=0/8=0偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=350140028003799279913993799需分片的数据报数据报片 1首部数据部分共 3800 字节首部 1首部 2首部 3字节 0数据报片 2数据报片 314002800字节 0IP IP IP IP 数据报分片数据报分片的举例的举例的举例的举例首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字
13、段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分生存时间(8 bit)记为 TTL(Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分协议(8 bit)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程运输层网络层首部TCP
14、UDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分首部检验和(16 bit)字段只检验数据报的首部不包括数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。发送端接收端16 bit字 116 bit字 2置为全 0检验和16 bit字 n16 bit反码算术运算求和取反码数据报首部IP
15、数据报16 bit检验和16 bit字 116 bit字 216 bit检验和16 bit字 n16 bit反码算术运算求和16 bit结果取反码数据部分若结果为 0,则保留;否则,丢弃该数据报数据部分不参与检验和的计算首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分源地址和目的地址都各占 4 字节IP IP 数据报首部的可变部分数据报首部的可变部分 选项字段选项字段用用来来支支持持
16、排排错错、测测量量以以及及安安全全等等措措施施,内内容容很很丰富,丰富,实际上这些选项实际上这些选项很少被使用很少被使用长度可变长度可变增加增加 IP IP 数据报的功能数据报的功能增加了每一个路由器处理数据报的开销增加了每一个路由器处理数据报的开销填充字段填充字段 IPIP协议的两个主要操作协议的两个主要操作 (1 1)数据报生存期数据报生存期 (2 2)分段和重装配分段和重装配 对数据块的分段必须对数据块的分段必须在在6464位的边界上划分位的边界上划分头设置头设置长度字段设长度字段设置置偏置值设偏置值设置置M M标志设标志设置置项目项目长度长度偏置值偏置值M M标志标志原来的数据部分原来
17、的数据部分4754750 00 0第一个分段第一个分段2402400 01 1第二个分段第二个分段23523530300 05.2.2 ARP5.2.2 ARP协议协议 访问某个子网中的某个主机的寻址问题访问某个子网中的某个主机的寻址问题 物理地址和逻辑地址的区别物理地址和逻辑地址的区别:网络互连的角度网络互连的角度 分层的角度分层的角度 地址映射表地址映射表 ARPARPIPIP地址地址以太网地址以太网地址130.130.87.1130.130.87.108 00 39 00 29 08 00 39 00 29 D4D4129.129.52.3129.129.52.308 00 5A 21
18、17 08 00 5A 21 17 2222192.192.30.5192.192.30.508 00 10 99 A1 08 00 10 99 A1 4444ARPARP分组分组的的格式格式 在在把把IPIP分分组组向向下下传传给给本本地地数数据据链链路路实实体体之之前前可可以以用两种方法得到目的物理地址用两种方法得到目的物理地址:(1 1)查查本地内存的本地内存的ARPARP地址映射表地址映射表 (2 2)如如果果地地址址映映射射表表查查不不到到,就就广广播播一一个个ARPARP请请求求分组分组 路由器路由器“假装假装”目的主机来回答目的主机来回答ARPARP请求请求实现实现子网之间子网之
19、间的通信的通信代理代理ARPARP(Proxy ARPProxy ARP)1.1.子网子网 早期的两级早期的两级IPIP地址的设计不够合理地址的设计不够合理第一,第一,IPIP地址空间的利用率有时很低地址空间的利用率有时很低 第二,第二,给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大而导致网络性能变坏变得太大而导致网络性能变坏第三,第三,两级两级IPIP地址不够灵活地址不够灵活划分子网划分子网子网号字段子网号字段5.2.3 5.2.3 子网划分子网划分 划分子网划分子网的方法是的方法是从网络的主机号借用从网络的主机号借用若干个比特作若干个比特作为子网号
20、为子网号(子网地址)(子网地址)三级三级IPIP地址地址:网络地址、子网地址和主机地址网络地址、子网地址和主机地址 关键:如何确定从主机号借几位关键:如何确定从主机号借几位 子网掩码子网掩码:由由前前面面连连续续若若干干个个1 1和和后后面面连连续续若若干干个个0 0组组成成的的3232位位二二进进制序列制序列规定:规定:用用IPIP地址和子网掩码相地址和子网掩码相“与与”得到子网的网络地址得到子网的网络地址子子网网号号的的位位数数从从主主机机号号的的借借位位子子网网掩掩码码1 1的的位位数数原原网网络的网络号位数络的网络号位数假如子网号的位数为假如子网号的位数为n n,则,则子网的个数子网的
21、个数2 2n n-2-2 现在因特网的标准规定:现在因特网的标准规定:所所有有的的网网络络都都必必须须有有一一个个子子网网掩掩码码,同同时时在在路路由由器器的路由表中也必须有子网掩码这一栏的路由表中也必须有子网掩码这一栏默认子网掩码默认子网掩码 子网分组交付子网分组交付2.2.子网掩码子网掩码 子网划分的步骤:子网划分的步骤:(1 1)确定划分子网的个数确定划分子网的个数(2 2)确定子网号的位数确定子网号的位数:2 2n n-2m-2m(3 3)根据网络号和子网号确定子网掩码根据网络号和子网号确定子网掩码(4 4)为每个子网确定主机数为每个子网确定主机数:2 2n n-2-2 例子例子:假如
22、某公司拥有一个假如某公司拥有一个C C类网络号类网络号220.10.248.0220.10.248.0,现,现需要将它划分为需要将它划分为4 4个子网,每个子网的主机数不超个子网,每个子网的主机数不超过过3030个,确定子网掩码并计算出每个子网的网络个,确定子网掩码并计算出每个子网的网络地址地址 3 3子网掩码划分实例子网掩码划分实例超网超网 更加有效地分配更加有效地分配IPv4IPv4的地址空间的地址空间 解解决决因因特特网网主主干干网网上上的的路路由由表表中中的的项项目目数数过过多多的问题的问题无无分分类类域域间间路路由由选选择择CIDRCIDR(Classless Classless I
23、nter-Inter-Domain RoutingDomain Routing)5.2.4 5.2.4 超网的基本概念超网的基本概念 (1 1)CIDRCIDR消消除除了了传传统统的的A A类类、B B类类和和C C类类地地址址以以及及划划分子网的概念分子网的概念网络前缀、斜线记法网络前缀、斜线记法 (2 2)CIDRCIDR将将网网络络前前缀缀都都相相同同的的连连续续的的IPIP地地址址组组成成“CIDRCIDR地址块地址块”路由聚合路由聚合212.56.132.0/24 11010110.00111000.10000100.00000000212.56.132.0/24 11010110.
24、00111000.10000100.00000000212.56.133.0/24 11010110.00111000.10000101.00000000212.56.133.0/24 11010110.00111000.10000101.00000000212.56.134.0/24 11010110.00111000.10000110.00000000212.56.134.0/24 11010110.00111000.10000110.00000000212.56.135.0/24 11010110.00111000.10000111.00000000 212.56.135.0/24 11
25、010110.00111000.10000111.00000000 无分类域间路由选择无分类域间路由选择无分类域间路由选择无分类域间路由选择CIDRCIDRCIDRCIDR最主要的特点最主要的特点最主要的特点最主要的特点 5.2.5 5.2.5 网络控制信息协议网络控制信息协议ICMPICMP ICMPICMP报文种类报文种类类型的值类型的值ICMPICMP报文的类型报文的类型差错报告报文差错报告报文3 3终点不可达终点不可达4 4源站抑制源站抑制(Source quenchSource quench)1111时间超过时间超过1212参数问题参数问题5 5改变路由改变路由(RedirectRe
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