第1章_TCPIP协议概述.ppt

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1、Training C课程提纲课程提纲TCP/IP协议概述协议概述q数据封装和解封装过程数据封装和解封装过程qIP地址概述地址概述q常用协议概述常用协议概述Training CTCP/IP协议概述协议概述主机主机AInternetTCP/IP主机主机BTransmission Control Protocol/Internet Protocol是互联网上通信的标准是互联网上通信的标准Training CTCP/IP协议栈协议栈ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalApplicationTransportInt

2、ernetNetwork AccessOSI 参考模型参考模型TCP/IP协议栈协议栈TCP/IP协议栈大致对应于协议栈大致对应于OSI参考模型参考模型Training C应用层概述应用层概述ApplicationTransportInternetNetwork AccessTCP/IP协议栈协议栈文件传输文件传输TFTP FTPNFS邮件协议邮件协议SMTPPOP3IMAPWeb浏览浏览HTTP远程登录远程登录Telnet rlogin SSH网络管理网络管理SNMPRMON名称管理名称管理DNSWINS应用层提供了人机交互的接口应用层提供了人机交互的接口Training C传输层概述传输层

3、概述ApplicationTransportInternetNetwork AccessTCP/IP协议栈协议栈传输层提供了可靠和不可靠传输传输层提供了可靠和不可靠传输Transmission Control Protocol(TCP)可靠传输可靠传输面向连接面向连接User Datagram Protocol(UDP)不可靠传输不可靠传输非面向连接非面向连接Training C网络层概述网络层概述ApplicationTransportInternetNetwork AccessTCP/IP协议栈协议栈网络层提供了路由寻址功能网络层提供了路由寻址功能Internet Protocol(IP)

4、路由寻址路由寻址Internet Control Message Protocol(ICMP)用于连通性测试或路由追踪用于连通性测试或路由追踪Address Resolution Protocol(ARP)将将IP地址映射到地址映射到MAC地址地址Reverse Address Resolution Protocol(RARP)将将MAC地址映射到地址映射到IP地址地址Training C链路层概述链路层概述ApplicationTransportInternetNetwork AccessTCP/IP协议栈协议栈链路层定义了硬件地址和数据在物理介质上的传输链路层定义了硬件地址和数据在物理介质

5、上的传输Logical Link Control(LLC)定义了流量控制和错误检查等功能定义了流量控制和错误检查等功能Media Access Control(MAC)定义了硬件地址定义了硬件地址Physical Layer定义了数据在物理介质上的传输定义了数据在物理介质上的传输Training C课程提纲课程提纲qTCP/IP协议概述协议概述数据封装和解封装过程数据封装和解封装过程qIP地址概述地址概述q常用协议概述常用协议概述Training C数据封装过程数据封装过程q数据封装过程是在不同的层次对数据打上相应的标识数据封装过程是在不同的层次对数据打上相应的标识ApplicationPre

6、sentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalDataDataTCP/UDP HeaderDataTCP/UDP HeaderIP HeaderDataTCP/UDP HeaderIP HeaderIP HeaderData Link HeaderCRC100010010011100011001100010发送方发送方数据（数据（DATA）段（段（Segment）包（包（Packet）帧（帧（Frame）比特（比特（Bit）Training C数据解封装过程数据解封装过程q数据解封装过程是在不同的层次对数据去掉相应的标识数据解封装过程是在不同

7、的层次对数据去掉相应的标识ApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalDataDataTCP/UDP HeaderDataTCP/UDP HeaderIP HeaderDataTCP/UDP HeaderIP HeaderIP HeaderData Link HeaderCRC100010010011100011001100010接收方接收方数据（数据（DATA）段（段（Segment）包（包（Packet）帧（帧（Frame）比特（比特（Bit）Training CTCP段格式段格式Source port(16

8、)Destination port(16)Sequence number(32)Headerlength(4)Acknowledgement number(32)Reserved(6)Code bits(6)Window(16)Checksum(16)Urgent(16)Options(0 or 32 if any)Data(varies)Bit 0Bit 15Bit 16Bit 3120BytesTraining C端口号端口号TCP端口号端口号FTP传输层传输层TELNETDNSSNMPTFTPSMTPUDP应用层应用层23255369RIP5202021161162端口号提供了应用层到传

9、输层的桥梁端口号提供了应用层到传输层的桥梁Training CTCP端口号端口号源端口源端口目的端口目的端口主机主机 A102823SPDP主机主机 ZTelnet Z目的端口是目的端口是23，把，把数据发送到我的数据发送到我的Telnet程序中程序中.Training CTCP三次握手建立连接三次握手建立连接Send SYN(seq=100 ctl=SYN)SYN receivedSend SYN,ACK(seq=300 ack=101 ctl=syn,ack)Established(seq=101 ack=301 ctl=ack)Host AHost B123SYN receivedTCP

10、三次握手的机制是为了建立可靠的连接三次握手的机制是为了建立可靠的连接Training C确认确认 发送方发送方 接收方接收方Send 1Receive 1Receive ACK 2 Send ACK 2Send 2Receive 2Receive ACK 3Send ACK 3q确认的机制是为了保证可靠的传输确认的机制是为了保证可靠的传输Training CTCP序列和确认号序列和确认号SourcePortDest.PortSequence#Acknowledgement#102823Source Dest.1111Seq.2Ack.102823Source Dest.1010Seq.1Ack

11、.102823Source Dest.1111Seq.1Ack.102823Source Dest.1212Seq.2Ack.AB1234Training CTCP滑动窗口滑动窗口Window size=3Send 2发送方发送方Window size=3Send 1Window size=3Send 3ACK 3Window size=2Packet 3 isDroppedWindow size=2Send 4Window size=2Send 3ACK 5Window size=2接收方接收方1234滑动窗口可以使主机更加有效地利用带宽滑动窗口可以使主机更加有效地利用带宽Training

12、CUDP段格式段格式没有序列和确认字段没有序列和确认字段Source port(16)Destination port(16)Length(16)Data(if any)1Bit 0Bit 15Bit 16Bit 31Checksum(16)8BytesTraining CIP包格式包格式Version(4)Destination IP Address(32)Options(0 or 32 if any)Data(varies if any)1Bit 0Bit 15Bit 16Bit 31HeaderLength(4)Priority&Type of Service(8)Total Lengt

13、h(16)Identification(16)Flags(3)Fragment offset(13)Time to live(8)Protocol(8)Header checksum(16)Source IP Address(32)20BytesTraining C协议号协议号协议号提供了传输层到网际层的桥梁协议号提供了传输层到网际层的桥梁TransportLayerInternetLayerTCPUDPProtocolNumbersIP176Training CEthernet II 帧格式帧格式目的地址目的地址源地址源地址类型类型帧净载荷帧净载荷帧检测序列帧检测序列以太网以太网型数据帧是所

14、有以太网帧中最古老也是应用最广泛的型数据帧是所有以太网帧中最古老也是应用最广泛的Training CMAC地址地址 MAC地址是地址是48 bit二进制的地址二进制的地址 如：如：00-05-3b-00-28-68港湾公司设备的港湾公司设备的MAC地址都是以地址都是以00-05-3b开头的开头的Training C课程提纲课程提纲qTCP/IP协议概述协议概述q数据封装和解封装过程数据封装和解封装过程IP地址概述地址概述q常用协议概述常用协议概述Training CIP地址介绍地址介绍10.110.192.11120.130.188.144q为方便起见，一般将为方便起见，一般将3232比特的比

15、特的IPIP地址中的每地址中的每8 8个比特用它的等个比特用它的等效十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。例如，效十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。例如，有下面这样的有下面这样的IPIP地址：地址：10000000 00001011 00000011 0001111110000000 00001011 00000011 00011111q这是一个这是一个B B类类IPIP地址，可表示为地址，可表示为128.11.3.31128.11.3.31q一个一个IpIp地址本质上由两部分组成地址本质上由两部分组成:网络地址和节点地址网络地址和节点地址v网络地址标识的是一个群体网络地址

16、标识的是一个群体v节点地址也可称为主机地址节点地址也可称为主机地址,标识群体中的某个标识群体中的某个具体节点具体节点Training Cv 理解十进制数的本质：理解十进制数的本质：4305=5*100+0*101+3*102+4*103v 二进制数转化成十进制数：二进制数转化成十进制数：1101=1*20+0*21+1*22+1*23=13十进制数与二进制数的转化十进制数与二进制数的转化Training CIP地址分类地址分类Training Cv地址形式地址形式 NetworkNetwork.Node.Node.Node.Node.Node.Nodev第一个字节第一个字节 0 0000000

17、0=00000000=0 0 01111111=1271111111=127v网络地址网络地址 1.0.0.0 1.0.0.0 到到126.0.0.0126.0.0.0有效有效 0.0.0.0 0.0.0.0 和和127.0.0.0127.0.0.0保留保留 v主机地址主机地址 全为全为0 0时为网络地址时为网络地址 全为全为1 1时为广播地址时为广播地址 A A类地址类地址Training Cv地址形式地址形式 Network.NetworkNetwork.Network.Node.Node.Node.Nodev第一个字节第一个字节 1010000000=128000000=128 1010

18、111111=191111111=191v网络地址网络地址 128128.0.0.0.0.0.0 到到191.255.0.0191.255.0.0v主机地址主机地址 如：如：172.16.0.0172.16.0.0网段的主机地址范围为网段的主机地址范围为 172.16.0.1172.16.0.1到到172.16.255.254172.16.255.254B B类地址类地址Training Cv地址形式地址形式 Network.Network.NetworkNetwork.Network.Network.Node.Nodev第一个字节第一个字节 11011000000=192 00000=192

19、 11011011111=22311111=223v网络地址网络地址 192192.0.0.0.0.0.0 到到223.255.255.0223.255.255.0v主机地址主机地址 如：如：192.168.11.0192.168.11.0网段的主机地址范围为网段的主机地址范围为 192.168.11.1192.168.11.1到到192.168.11.192.168.11.254254C C类地址类地址Training C特殊特殊的的IP地址地址网络部分网络部分主机部分主机部分地址类型地址类型用用 途途127any全全“0”全全“1”Any全全“0”Any全全“1”网络地址网络地址代表一个网

20、段代表一个网段广播地址广播地址特定网段的所有节点特定网段的所有节点环回地址环回地址环回测试环回测试广播地址广播地址本网段所有节点本网段所有节点所有网络所有网络港湾路由器用港湾路由器用于指定默认路由于指定默认路由Training C私网私网IP地址范围地址范围以下地址为私网以下地址为私网IP地址范围地址范围qA类地址类地址 10.0.0.010.255.255.255qB类地址类地址 172.16.0.0172.31.255.255qC类地址类地址 192.168.0.0192.168.255.255Training C子网掩码子网掩码q子网掩码的定义子网掩码的定义v3232位二进制代码位二进制

21、代码v前面连续若干位的前面连续若干位的“1”1”v后面连续若干位的后面连续若干位的“0”0”q子网掩码的作用子网掩码的作用v判断判断IPIP地址的网络位长度地址的网络位长度“逻辑与逻辑与”运算运算与与“1”1”位对应的是网络位对应的是网络位位与与“0”0”位对应的是主机位对应的是主机位位v判断源判断源IPIP和目的和目的IPIP是否在同网段是否在同网段源地址和掩码进行与操源地址和掩码进行与操作作目的地址和掩码进行与目的地址和掩码进行与操作操作比较判断结果是否一致比较判断结果是否一致Ethernet 路 由 器 工 作 站 A 工 作 站 BEthernet 工 作 站 C 子子 网网 B 子子

22、 网网 ATraining Cq通过上面介绍，我们可以发现通过上面介绍，我们可以发现A类地址中，每个网络中有多达类地址中，每个网络中有多达1600多万个主机地址，在现实的网络中，这种方式是不合理的，多万个主机地址，在现实的网络中，这种方式是不合理的，一个网络不可能这么大，也不可能有这么多台机器，同时一个网络不可能这么大，也不可能有这么多台机器，同时B类地类地址和址和C类地址也存在这种情况，如果能更类地址也存在这种情况，如果能更“精细精细”地划分网络，地划分网络，则则IP地址利用率就会提高，网络地址的管理就会更容易地址利用率就会提高，网络地址的管理就会更容易。q变长子网掩码就是这种想法的具体体现

23、，子网是大网中的小网变长子网掩码就是这种想法的具体体现，子网是大网中的小网。q子网（子网（Subnet）和子网掩码（和子网掩码（Subnet Mask）这两个概念可以帮助这两个概念可以帮助我们规划网络的我们规划网络的IP地址地址。变长子网掩码变长子网掩码Training C变长子网掩码（续）变长子网掩码（续）q变长子网掩码的作用变长子网掩码的作用v子网掩码加长子网掩码加长细分子网：增加可用的网段数，减少每网段中的主机数细分子网：增加可用的网段数，减少每网段中的主机数v子网掩码缩短子网掩码缩短聚合子网：减少路由表的条目聚合子网：减少路由表的条目q变长子网掩码的算法（子网掩码加长）变长子网掩码的算

24、法（子网掩码加长）v新增网段数新增网段数2N-22N-2v网段中的主机数网段中的主机数2M-22M-2v其中：其中：N N：掩码占用的位数掩码占用的位数M M：掩码未用的位数掩码未用的位数N+MN+M：原来的主机位长度原来的主机位长度Training C变长子网掩码（续）变长子网掩码（续）q变长子网掩码的引入，增加了网络的数目，它是通过减少主机的变长子网掩码的引入，增加了网络的数目，它是通过减少主机的数目实现的数目实现的；掩码是一个由连续；掩码是一个由连续1和连续和连续0组成的组成的32比特的数，它比特的数，它和和IP 地址进行逐位地址进行逐位“与与”运算相当于一个筛子，掩码是运算相当于一个筛

25、子，掩码是1的位，的位，则筛不下去，还保持原样，是则筛不下去，还保持原样，是0的位将筛除主机地址的差别，在一的位将筛除主机地址的差别，在一个网络中就可以得到相同的网络地址个网络中就可以得到相同的网络地址。q例如一个例如一个B类地址可以通过下面的方法变成类地址可以通过下面的方法变成C类地址，这些类地址，这些C类地类地址就是子网：址就是子网：IP地址：地址：120.118.100.86 子网掩码：子网掩码：255.255.255.0 或：或：120.118.100.86/24Training C思思 考考 题题 写出下列地址的网络地址，广播地址，以及有效的主机地址范围：写出下列地址的网络地址，广播

26、地址，以及有效的主机地址范围：172.16.10.5 255.255.255.128172.16.10.33 255.255.255.224172.16.10.65 255.255.255.192172.16.10.17 255.255.255.252172.16.10.33 255.255.255.240192.168.100.17 255.255.255.248 把一个把一个B B类地址划成恰好有类地址划成恰好有510510个子网，你需要给他分配什么掩码个子网，你需要给他分配什么掩码？Training C课程提纲课程提纲qTCP/IP协议概述协议概述q数据封装和解封装过程数据封装和解封装过

27、程qIP地址概述地址概述q常用协议概述常用协议概述vARPvDHCPvDHCP RelayTraining C地址解析协议地址解析协议ARP172.16.3.1IP:172.16.3.2 Ethernet:0800.0020.1111 172.16.3.2IP:172.16.3.2=?I heard that broadcast.The message is for me.Here is my Ethernet address.I need the Ethernet address of 176.16.3.2.地址解析协议将地址解析协议将IP地址映射到地址映射到MAC地址地址PC1PC2Tra

28、ining C地址解析协议地址解析协议ARPqARPARP请求过程请求过程v发送发送ARPARP广播包，请求目的主机的广播包，请求目的主机的MACMAC地址。地址。v目的主机收到广播包以后，向源主机发送目的主机收到广播包以后，向源主机发送ARPARP应答包，通知源应答包，通知源主机自己的主机自己的MACMAC地址；同时将源主机的地址；同时将源主机的MACMAC地址记入地址记入ARPARP缓存。缓存。v源主机收到目的主机的源主机收到目的主机的MACMAC地址后，以此为依据封装发送到目地址后，以此为依据封装发送到目的主机的以太网帧头；同时将目的主机的的主机的以太网帧头；同时将目的主机的MACMAC

29、地址记入地址记入ARPARP缓存。缓存。32位IP地址48位MAC地址ARP地址解析RARP逆向地址解析Training CARP报文示例报文示例requestqARP请求报文广播包请求报文广播包Training CARP报文示例报文示例replyqARP应答报文单播包应答报文单播包Training C网际控制消息协议网际控制消息协议ICMP172.16.3.1ICMP echo Reply 172.16.3.2ICMP echo Request我我在，可达！在，可达！176.16.3.2 可达么可达么?PC1PC2Training CDHCP协议协议产生背景产生背景qDHCP的全称是动态主机

30、配置协议的全称是动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），由），由rfc2131和和rfc1541定义定义qDHCP向网络主机提供配置参数，网络地址，不需要手工配置向网络主机提供配置参数，网络地址，不需要手工配置q减轻减轻TCP/IP网络的规划、管理和维护的负担网络的规划、管理和维护的负担q增强了移动性增强了移动性q节省节省IP地址，解决地址，解决IP地址快速增长，地址短缺问题地址快速增长，地址短缺问题 DHCP服务器服务器同一广播域同一广播域DHCP客户端客户端DHCP客户端客户端DHCP客户端客户端DHCP客户端客户端DHCP客户端客户端T

31、raining CDHCP协议协议交互过程交互过程DHCP DISCOVERY（广播）广播）DHCP OFFER（广播）（广播）DHCP REQUEST（广播）广播）DHCP ACK（广广播）播）DHCP RELEASE（单播）单播）clientserver得到得到IP参数参数12345Training CDHCP报文示例报文示例DHCP DiscoverTraining CDHCP的配置信息的配置信息q基本信息基本信息vIP地址及掩码地址及掩码常用选项常用选项003 路由器路由器(默认网关默认网关)006 DNS服务器服务器(地址地址)044 WINS/NBNS服务器服务器Training

32、CqDHCP广播报文无法跨三层设备广播报文无法跨三层设备q每个广播域配置一台每个广播域配置一台DHCP服务器服务器v不便于集中管理不便于集中管理v加大了硬件投资加大了硬件投资DHCP serverDHCP Relay产生背景产生背景internetDHCP serverDHCP serverTraining Cclientserver广播广播单播单播DHCP Relay的交互过程的交互过程DHCP DISCOVERY（广播）广播）DHCP OFFER（单播）（单播）DHCP REQUEST（广播）广播）DHCP ACK（单播）（单播）1234DHCP RelayDHCP DISCOVERY（单播）单播）DHCP OFFER（单播）单播）DHCP REQUEST（单播）单播）DHCP ACK（单播）单播）qDHCP relay设备修改设备修改DHCP消息中的相应字段，把消息中的相应字段，把DHCP的广播包改成的广播包改成单播包，并负责在服务器与客户机之间转换单播包，并负责在服务器与客户机之间转换q港湾三层交换机和路由器可以作为港湾三层交换机和路由器可以作为DHCP relay 代理代理