1、TCP/IP网络基础网络基础1第第3章章 TCP/IP网络网络本章要点：本章要点：掌握TCP/IP参考模型的体系结构。掌握TCP/IP的地址、子网掩码和网关等概念掌握子网划分技术和划分方法掌握网络层协议IP及IP数据报头部格式掌握TCP提供的服务、段格式和工作原理了解端口号和套接口的概念掌握UDP数据包格式、提供的服务和传输方法理解TCP/IP网络的信息传送过程TCP/IP网络基础网络基础2第第3章章 TCP/IP网络网络 目录目录3.1 TCP/IP体系结构 3.2 和IP地址3.3 子网的划分与配置3.4 TCP/IP网际层协议 3.5 传输控制协议（TCP）3.6 用户数据报协议(UDP
2、) 3.7 TCP/IP网络的信息传送TCP/IP网络基础网络基础33.1 TCP/IP体系结构体系结构3.1.1 TCP/IP参考模型 1. 1. TCP/IPTCP/IP概述概述3.1.2 TCP/IPTCP/IP体系结构体系结构 1. 1. TCP/IPTCP/IP的层次的层次 网络接口层Ethernet、ATM、FDDI、X.25、PPP、Token-Ring 网际层IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP 传输层TCP、UDP 应用层 HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、Telnet、RPC、DNS、Ping TCP/IP网络基础网络基础43.1 TCP/IP体系结构体
3、系结构2. TCP/IP的层次结构与的层次结构与OSI层次结构的对照关层次结构的对照关系如下图所示：系如下图所示： 物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层网络接口层网际层传输层应用层OSI的参考模型TCP/IP的参考模型TCP/IP网络基础网络基础53.1 TCP/IP体系结构体系结构 3. 3. TCP/IPTCP/IP体系结构及各层协议体系结构及各层协议 TCP/IP网络基础网络基础63.1 TCP/IP体系结构体系结构TCP/IP协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也在各层进行。发送方在发送数据时，应用程序将要发送的数据加上应用层头部交给传输层，TCP或UDP再将数据分成大
4、小一定的数据段，然后加上本层的报文头。TCP/IP的数据封装过程如图所示。 3.1.2 TCP/IP体系结构 4. 4. TCP/IPTCP/IP的数据封装的数据封装TCP/IP网络基础网络基础73.2 IP地址地址数字转换数字转换1.二进制：认识二进制数、基数、幂、权的概念。2. 2的次幂与十进制数值的对应关系 22 23 24 25 26 27 28 29 210 4 8 16 32 64 128 256 512 10243.二进制数到十进制数的转换 采用按权展开的方法4. 十进制数到二进制数的转换 采用除2取余法5. 与IP寻址有关的十进制到二进制的转换 (1)采用除2取余法 (2)凭经
5、验直接写出3.2 IP地址地址TCP/IP网络基础网络基础83.2 IP地址地址 物理地址指网卡(NIC)地址，它也称为MAC地址或硬件地址。物理地址是由生产厂家通过编码烧制在网卡的硬件电路上，不管它位于什么地方，物理地址总是恒定不变的。网卡地址由48位二进制数字组成（用12位十六进制数表示），高24位是由IEEE分配的厂商地址，低24位由生产厂商自己管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址在全球都是惟一的。 1.1. 物理地址物理地址 2. 2. IPIP地址地址 lIPIP地址由地址由3232位二进制比特组成，每位二进制比特组成，每8 8位为一段，共分为位为一段，共分为4 4段，段，段间
6、用段间用“.”“.”分隔。为了易于阅读，分隔。为了易于阅读，IPIP地址的每一段表示为其对应的十地址的每一段表示为其对应的十进制数字，称为进制数字，称为“点分十进制点分十进制”表示形式。例如表示形式。例如“211.70.248.3” “211.70.248.3” 。 lIPIP地址由类型、网络号和主机号三个部分组成，如图地址由类型、网络号和主机号三个部分组成，如图( (a)a)所示。所示。路由寻址时，首先根据地址的网络号到达网络，然后利用主机号到达主机。路由寻址时，首先根据地址的网络号到达网络，然后利用主机号到达主机。 lIPIP地址分为地址分为A A类、类、B B类、类、C C类、类、D D
7、类和类和E E类共五类，如图所示。不同类共五类，如图所示。不同的类适用于不同规模的网络。的类适用于不同规模的网络。 TCP/IP网络基础网络基础93.2 IP地址地址 2. 2. IPIP地址地址TCP/IP网络基础网络基础103.2 IP地址地址 1. 1. 物理地址物理地址2. 2. IPIP地址地址 3. 3. 特殊的特殊的IPIP地址（保留地址）地址（保留地址） 网络号网络号主机主机号号地址类型地址类型举例举例用途用途全全0 0全全0 0本机地址本机地址0.0.0.00.0.0.0启动时使用启动时使用任意任意全全0 0网络号网络号61.0.0.061.0.0.0标识一个网络标识一个网络
8、任意任意全全1 1直接广播地址直接广播地址129.21.255.255129.21.255.255在特定网上广播在特定网上广播全全1 1全全1 1有限广播地址有限广播地址255.255.255.255255.255.255.255在本网段上广播在本网段上广播第一段为第一段为127127任意任意回送地址回送地址127.0.0.1127.0.0.1测试测试A A类私有地址类私有地址 10.0.0.110.0.0.1 10.255.255.254 10.255.255.254保留的内部地址保留的内部地址 B B类私有地址类私有地址 172.16.0.1 172.16.0.1 172.31.255.2
9、54172.31.255.254保留的内部地址保留的内部地址 C C类私有地址类私有地址 192.168.0.1 192.168.0.1 到到 192.168.255.254 192.168.255.254保留的内部地址保留的内部地址 TCP/IP网络基础网络基础113.2 IP地址地址5. 5. IPIP地址的分配地址的分配 和使用和使用 Internet中IP地址是由指定机构分配的。这些地址外部用户可以访问它们，将它称为IP公有地址。局域网内部的计算机如果不作为Internet的主机供其它用户访问，那么IP地址可以任意分配。 IPv4的地址只有32位，资源已十分紧张，在新一代的Intern
10、et中，将会使用128位的IPv6地址。 路由器或网关常常被分配两个或更多的IP地址，用于连接两个或多个网络，如图所示。 4. 4. 路由器（网关）的路由器（网关）的IPIP编址编址 TCP/IP网络基础网络基础123.2 IP地址地址 1.1. 子网掩码子网掩码 子网掩码能分出IP地址中哪些位是网络ID，哪些位是主机ID。通过它和IP地址进行按位“逻辑与（AND）”运算，可以屏蔽掉IP地址中的主机部分，得到IP地址的网络ID。如果两台计算机网络ID相同，则表示两台计算机属于同一网络。 子网掩码的另一个作用是将一个网络ID再划分为若干个子网，以解决网络地址不够的问题。 l子网掩码的作用子网掩码
11、的作用 l默认子网掩码默认子网掩码 网络类别网络类别 子网掩码（二进制）子网掩码（二进制） 子网掩码（十进制）子网掩码（十进制） A A11111111.00000000.00000000.00000000 11111111.00000000.00000000.00000000 255.0.0.0255.0.0.0 B B11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000 255.255.0.0255.255.0.0 C C11111111.11111111.11111111.00000000111111
12、11.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0255.255.255.0 2 2. . 默认网关默认网关 TCP/IP网络基础网络基础133.2 IP地址地址 1.1. 静态静态IPIP地址地址 静态IP地址由网络管理员手工对主机TCP/IP协议的相关选项进行配置。分为IP公有地址和IP私有地址两类。 2 2. . 引导程序协议引导程序协议BOOTPBOOTP 3. 3. 动态动态IPIP地址地址动态IP地址由DHCP服务器动态分配。请求DHCP服务的主机，每次入网时所得到的IP地址可能不同，这是因为DHCP服务器将地址池中的某个地址临时分配给主机，主机
13、使用结束后又由DHCP服务器收回，供其它主机使用。 4. 4. 自动专用自动专用IPIP地址地址 地址空间为“169.254.0.1” “169.254.255.254”。小型局域网中如果没有DHCP服务器，可以将所有的计算机都设为“自动获得IP地址”，这样每个Windows 2000的计算机都使用自动专用IP地址。TCP/IP网络基础网络基础143.3 子网的划分与配置子网的划分与配置 l可以连接不同的网络可以连接不同的网络 l重新组合网络的通信量重新组合网络的通信量 l减轻网络地址数不够的负担减轻网络地址数不够的负担 l更有效地使用网络地址更有效地使用网络地址TCP/IP网络基础网络基础1
14、53.3 子网的划分与配置子网的划分与配置 子网划分可以从IP地址的主机号前面部分“借”位，并把它们指定为子网号。 1. 1. 确定子网的数目确定子网的数目 根据子网数目确定取子网号位数。如取根据子网数目确定取子网号位数。如取3 3位，可以有位，可以有2 2 3 3 8 8种组合。注意：种组合。注意： l子网号必须是2位以上，主机号部分不能少于两位。 l子网号不能为全0 （但有些路由器支持“0”子网实现） l子网号不能为全“1” 子网数的计算公式如下：2 n 2 （n2，n是子网号位数） 2. 2. 确定每个子网支持的最大主机数确定每个子网支持的最大主机数 每个子网支持的最大主机数用主机号的剩
15、余部分计算而得。公式为：2 n 2 其中，n是剩余的主机号位数。减去2的原因是主机号全“0”和全“1”都不能作为主机号。主机号全“0”代表网络号加子网号，主机号全“1”代表这个子网的广播地址。 TCP/IP网络基础网络基础163.3 子网的划分与配置子网的划分与配置 4. 4. 为每个子网确定地址段为每个子网确定地址段 划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位子网号的部分全变为划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位子网号的部分全变为“1”“1”后作为新的子网掩码。例如，对于后作为新的子网掩码。例如，对于B B类地址，如果取主机号的前三位类地址，如果取主机号的前三位作为子网号，则相应的子网
16、掩码变化如下：作为子网号，则相应的子网掩码变化如下： 划分前：划分前：11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000，十进制为，十进制为255.255.0.0255.255.0.0 划分后：划分后：11111111.11111111.11100000.0000000011111111.11111111.11100000.00000000，十进制为，十进制为255.255.224.0255.255.224.0 3. 3. 划分子网后的子网掩码划分子网后的子网掩码 确定好子网号的位数后，需要计算出每个子网
17、的起始地址、结束地址、子网的网络ID及子网的广播地址。 【 例【 例 8 . 18 . 1 】 设有一个C类 IP 地址，其网络号为211.70.248.0，现需要将它划分为5个子网，每个子网的主机数不超过30个，并假设路由协议支持同时发布网络地址及子网掩码。请计算出每个子网的网络地址、起始地址、结束地址和子网的广播地址，并计算出划分子网后的子网掩码。 TCP/IP网络基础网络基础173.3 子网的划分与配置子网的划分与配置 解：根据题意，划分解：根据题意，划分5 5个子网，可以从主机号中取前个子网，可以从主机号中取前3 3位（位（2 2 3 32 26 6）作为子网号。又因为路由协议支持同时
18、发布网络地址及子网掩码，可以划作为子网号。又因为路由协议支持同时发布网络地址及子网掩码，可以划分分“0”“0”子网。因此实际可划分为子网。因此实际可划分为7 7个子网。主机号剩余个子网。主机号剩余5 5位，每个子网可位，每个子网可容纳的主机数为容纳的主机数为2 2 5 52 23030，满足题意要求。，满足题意要求。 l划分子网后的子网掩码为：划分子网后的子网掩码为： 11111111.11111111.11111111.11111100000，对应的十进制为255.255.255.224 l第一个子网的编址如下：第一个子网的编址如下： 11010011.01000110.11111000.
19、11010011.01000110.11111000.0000000000000000（211.70.248.0211.70.248.0）, ,子网网络号子网网络号 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000000000100001（211.70.248.1211.70.248.1）, ,开始地址开始地址 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000000001000010（211.70.248.2211.70.248.2） 11010011.0
20、1000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000001111011110（211.70.248.30211.70.248.30），结束地址），结束地址 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000001111111111（211.70.248.31211.70.248.31），子网广播地址），子网广播地址 l第二个子网的编址如下：第二个子网的编址如下： 11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.001001
21、0000000000（211.70.248.32211.70.248.32）, ,子网网络号子网网络号 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0010010000100001（211.70.248.33211.70.248.33）, ,开始地址开始地址 TCP/IP网络基础网络基础183.3 子网的划分与配置子网的划分与配置 依此类推，可以得到全部七个子网的编址，如表所示。 子网值子网值子网网络子网网络IDID开始地址开始地址结束地址结束地址子网广播地址子网广播地址000000211.70.248.0211.70.248.
22、0211.70.248.1211.70.248.1211.70.248.30211.70.248.30211.70.248.31211.70.248.31001001211.70.248.32211.70.248.32211.70.248.33211.70.248.33211.70.248.62211.70.248.62211.70.248.63211.70.248.63010010211.70.248.64211.70.248.64211.70.248.65211.70.248.65211.70.248.94211.70.248.94211.70.248.95211.70.248.95011
23、011211.70.248.96211.70.248.96211.70.248.97211.70.248.97211.70.248.126211.70.248.126211.70.248.127211.70.248.127100100211.70.248.128211.70.248.128211.70.248.129211.70.248.129211.70.248.158211.70.248.158211.70.248.159211.70.248.159101101211.70.248.160211.70.248.160211.70.248.161211.70.248.161211.70.24
24、8.190211.70.248.190211.70.248.191211.70.248.191110110211.70.248.192211.70.248.192211.70.248.193211.70.248.193211.70.248.222211.70.248.222211.70.248.223211.70.248.223111111Network Network /Address/AddressN/AN/AN/AN/AN/AN/ATCP/IP网络基础网络基础193.4 网际层协议网际层协议网际协议网际协议IPIP 网际协议IP（Internet Protocol）不但为各个互联的网络提
25、供统一的数据包格式，而且还提供寻址、路由选择、数据的分段和重组功能，它能将数据包从一个网络转发到另一个网络。 IP协议以包的单位传输数据，IP数据包在Internet中称为IP数据报。IP协议提供的是不可靠的面向无连接的数据报服务，它不管传送的数据报正确与否，都不进行检查、不回送确认，也没有流量控制和差错控制功能。IP这种特性不是一种缺点，它提供了传输功能的主框架，用户可以根据需要在传输层对给定的应用添加必要的功能。TCP/IP网络基础网络基础203.4 网际层协议网际层协议 IP数据报是一个可变长度的包（最小为20字节，最大65536字节）。它由头部和数据两部分组成，数据报格式和头部的构成如
26、图所示。TCP/IP网络基础网络基础213.4 网际层协议网际层协议3.4.3 地址解析协议（地址解析协议（ARP） 计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道彼此的物理地址（OSI模型中数据链路层的地址）。因此，在TCP/IP的网际层有ARP协议,用于将网络中的协议地址（当前网络中大多是IP地址）解析为本地的硬件物理地址（MAC地址）。 IP数据包常通过以太网发送。以太网设备并不识别32位IP地址：它们是以48位以太网地址传输以太网数据包的。因此，必须把IP目的地址转换成以太网网目的地址。在这两种地址之间存在着某种静态的或算法的映射，常常需要查看一张表。地址解析协议就是用来确定这些映象的
27、协议。TCP/IP网络基础网络基础223.4 网际层协议网际层协议3.4.4 逆向地址解析协议（逆向地址解析协议（RARP） 用于将网络中的硬件物理地址（MAC地址）解析为网络中的协议地址（当前大多是IP地址）。工作时可以通过RARP协议发出征求IP地址的广播请求，然后由RARP服务器负责回答。3.4.5 网际组报文协议（网际组报文协议（IGMP）IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议IGMP完成。它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的设备（路由器）支持多播发送。TCP/IP网络基础网络基础233.5 传输控制协议（传输控制协议（TCP）
28、 IP是一个不可靠的面向无连接的协议，它不能确保数据报的正确传递。当需要可靠的端到端的传输服务时，可以使用TCP。而当需要提供较高数据传输速率时，可以使用UDP。l面向连接l点对点通信l传输可靠性 l全双工通信 l流接口 l可靠的连接建立 l完美的连接终止 TCP/IP网络基础网络基础243.5 传输控制协议（传输控制协议（TCP） 1. 1. TCPTCP的分段和重组的分段和重组 TCP在进行通信时，发送端的TCP将长的传输划分为更小的数据单元，同时将每个数据单元组装成帧，它也称为段。每个段都包括一个用来在接收后重排的序列号、确认ID号及用于滑动窗口ARQ的窗口大小等字段。分段后的每个段都封
29、装在IP数据报中，在接收端，TCP收集每个到来的数据报，然后根据序列号进行重组。 TCP/IP网络基础网络基础253.5 传输控制协议（传输控制协议（TCP） 2. 2. TCPTCP的段格式的段格式 TCP/IP网络基础网络基础263.5 传输控制协议（传输控制协议（TCP） 1. 1. 端口号端口号 对于对于TCPTCP或或UTPUTP的应用程序，都有标识该应用程序的端口号，即端口号的应用程序，都有标识该应用程序的端口号，即端口号用于区分各种应用。端口号的长度是用于区分各种应用。端口号的长度是1616位，可提供位，可提供2 2 1616 6553665536个不同的个不同的端口号。端口号。
30、 端口号端口号1 1至至255255作为公共端口，是保留号，并将它公布于众，这样常用作为公共端口，是保留号，并将它公布于众，这样常用的进程对应哪个端口号就统一了。例如，的进程对应哪个端口号就统一了。例如，HTTPHTTP的端口号为的端口号为8080，FTPFTP的端口的端口号为号为2121，TelnetTelnet的端口号为的端口号为2323，SMTPSMTP的端口号为的端口号为2525，域名服务器的端口号，域名服务器的端口号为为5353等。等。256256至至10241024用于用于UNIXUNIX服务。服务。 端口号端口号的的另一种另一种分配分配方法叫本地分配，使用方法叫本地分配，使用10
31、241024以上的端口号。本地以上的端口号。本地分配方式不受网络规模的限制，但通信双方互相之间需要预先知道，如将分配方式不受网络规模的限制，但通信双方互相之间需要预先知道，如将HTTPHTTP的端口号分配为的端口号分配为80808080。 2. 2. 套接口套接口 计算机的计算机的IPIP地址加上地址加上TCPTCP软件使用的端口号构成了套接口。端口号是软件使用的端口号构成了套接口。端口号是抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口却是具体的，是指向某一确抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口却是具体的，是指向某一确定的应用程序的地址，通信时可根据套接口使一个定的应用程序的地址，通信时可根据套
32、接口使一个进进程和另一个过程进行程和另一个过程进行对话。对话。 TCP/IP网络基础网络基础273.5 传输控制协议（传输控制协议（TCP） 计算机网络中有各种地址，它们对应于计算机网络中有各种地址，它们对应于OSI/RMOSI/RM和和TCP/IPTCP/IP的的关系如下：关系如下：l数据链路层：数据链路层：MACMAC地址（物理地址、网卡地址、地址（物理地址、网卡地址、NICNIC地地址）址）对于以太网，就是网卡地址，它由48位二进制值组成。 l网络层：网络层地址网络层：网络层地址Internet中就是IP地址，由32位二进制值组成。IPv6地址由128位二进制值组成。 l高层（应用层）：
33、端口号高层（应用层）：端口号例如，HTTP的端口号为80 。TCP/IP网络基础网络基础283.5 传输控制协议（传输控制协议（TCP） 1. 1. 建立连接建立连接 2. 2. 数据传输数据传输 3. 3. 连接释放连接释放 TCP连接释放过程和建立连接过程类似，同样使用三次握手方式进行释放。一方发出释放请求后并不立即断开连接，而是等待对方确认，对方收到请求后，发回确认报文，并释放连接，发起方收到确认后才拆除连接。 建立连接过程使用三次握手方式，如图所示。 数据传输时，A进程的从上层协议接收数据后，以递增序号的方式将数据分段封装并发送到B进程。B进程通过将序号加1的确认数据报来确认该报文。
34、TCP/IP网络基础网络基础293.6 用户数据报协议（用户数据报协议（UDP） UDP协议没有连接建立、释放连接过程和确认机制，因此数据传输速率较高，具有更高的优越性。它被广泛应用于如IP电话、网络会议、可视电话、现场直播、视频点播VOD等传输语音或影像等多媒体信息的场合。 TCP/IP网络基础网络基础303.6 用户数据报协议（用户数据报协议（UDP） 在源端，UDP先构造一个用户数据报，然后将它交给IP，UDP便完成了工作。它没有建立连接等三次握手过程。在目标端，UDP先判断所收到的数据报的目标端口号是否与当前使用的某个端口匹配，如果是，则将数据报放入相应接收队列，否则抛弃该数据报，并向
35、源端发送“端口不可到达”的报文。但有时虽然端口号匹配，但如果相应端口的缓冲区已满，UDP也是抛弃该数据报的。 TCP/IP网络基础网络基础313.7 TCP/IP网络的信息传送网络的信息传送 一、信息传送过程：一、信息传送过程：（1 1）获取逻辑地址）获取逻辑地址（2 2）获取物理地址）获取物理地址（3 3）在应用程序之间建立连接）在应用程序之间建立连接（4 4）传送信息）传送信息（5 5）终止连接）终止连接二、计算机网络寻址二、计算机网络寻址计算机网络中的三类地址寻址计算机网络中的三类地址寻址三、获取逻辑地址三、获取逻辑地址获取结点的网络地址和网络中的主机地址获取结点的网络地址和网络中的主机地址四、获取物理地址四、获取物理地址通过地址解析协议获取结点的物理地址通过地址解析协议获取结点的物理地址五、在应用程序间建立连接五、在应用程序间建立连接 在需要通信的计算机的在需要通信的计算机的TCPTCP进程之间建立一个连接进程之间建立一个连接六、传送信息六、传送信息利用相关协议通过物理链路传送数据包利用相关协议通过物理链路传送数据包七、终止连接七、终止连接发送发送TCP断开与接收断开与接收TCP的连接的连接 TCP/IP网络基础网络基础32
