大学网络课件Tcp-ip原理.doc

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TCPIP 原理 第 1 页 共 17 页1 TCPTCPIPIP 原理原理 一九九九年五月一九九九年五月 TCPIP 原理 第 2 页 共 17 页2 第一章第一章 TCP/IP 概述概述 3 TCP/IP 的特点 3 数据通信模型 3 TCP/IP 协议结构 4 网络访问层（NETWORK ACCESS LAYER） 5 网间层（INTERNET LAYER） 5 传输层（TRANSPORT LAYER） 7 应用层（APPLICATION LAYER） 10 第二章第二章 数据传输数据传输 10 寻址、路由选择和多路复用 11 INTERNET的路由结构 13 路由器 14 路由表（ROUTING TABLE） 14 地址转换 15 协议、端口和软插口 15 TCPIP 原理 第 3 页 共 17 页3 第一章第一章 TCP/IP 概述概述 TCP/IP 是指一整套数据通信协议。

1、 其名字是由这些协议中的两个协议组成的,即传输控 制协议（Transmission Control Protocol TCP）和网间协议（Internet ProtocolIP）。 虽然还有很多其他协议，但是 TCP 和 IP 显然是两个最重要的协议。 TCP/IPTCP/IP 的特点的特点 TCP/IP 协议有一些重要的特点，以确保在特定的时刻能满足一种重要的需求，即世界 范围的数据通信。其特点包括： 开放式协议标准。可免费使用，且与具体的计算机硬件或操作系统无关。由于它受 到如此广泛的支持，因而即使不通过 Internet 通信，利用 TCP/IP 来统一不同的硬件 和软件也是很理想的。 与物理网络硬件无关。这就允许 TCP/IP 可以将很多不同类型的网络集成在一起。

2、它 可以适用于以太网、令牌环网、拨号线、X.25 网络以及任何其它类型的物理传输介 质。 通用的寻址方案。该方案允许任何 TCP/IP 设备唯一的寻址整个网络中的任何其他设 备，该网络甚至可以象全球 Internet 那样大。 各种标准化的高级协议。可广泛而持续地提供多种用户服务。 数据通信模型数据通信模型 虽然 OSI 模型非常有用，但 TCP/IP 协议并不完全与它的结构相匹配。因此，在讨论 TCP/IP 时，我们按下列方法使用该模型中的各层： 应用层 应用层是网络中与用户访问有关的协议层。本教材中所说的 TCP/IP 应 用程序是在传输层以上发生的任何网络进程。 表示层 在 OSI 中。

3、这一层可提供标准的数据表示例程，而在 TCP/IP 中，这种 功能是在应用层内处理的。 会话层 OSI 的会话层管理协作应用程序间的会话（连接），在 TCP/IP 中，这 一功能基本上是在传输层中实现的，是使用软插口（socket）和端口 （port）来说明协作应用程序间通信的路径。 传输层 在 OSI 参考模型中，传输层可以确保接收方正确的接收到所发出的数 据。在 TCP/IP 中，这一功能是由传输控制协议（TCP）完成的。然而， TCP/IP 还提供了第二种传输层服务，即用户的数据报协议（UDP）， 它并不执行端对端的可靠性检查。 网络层 网间协议（IP）通常可看作是 TCP/IP 的网络层。

4、它可以将上层与基本 网络隔离开，并处理寻址和数据传输功能。 TCPIP 原理 第 4 页 共 17 页4 数据链路层 在基本的物理网络上可靠的传输数据是由数据链路层完成的。TCP/IP 很少创建数据链路层中的协议，与数据链路层有关的大多数 RFC 只讨 论 IP 如何使用现有的数据链路协议。 物理层 TCP/IP 不定义各种物理标准，它只使用现有的标准。 TCP/IPTCP/IP 协议结构协议结构 在描述 TCP/IP 时，一般只定义如图所示的 4 层模型：应用层、主机对主机传输层、网 络层和网络访问层。 TCP/IP 协议结构中的各层 在 TCP 的应用层中，将数据称为“数据流（stream）”。

5、而在用户数据报协议（UDP） 的应用层中，则将数据称为 “报文（message）”。TCP 将它的数据结构称作“段 （segment）”,而 UDP 将它的数据结构称作“分组（packet）”;网间层则将所有数据看作是 一个块，称为“数据报（datagram）”。TCP/IP 使用很多种不同类型的底层网络，每一种都 用不同的术语定义它传输的数据，大多数网络将传输的数据称为“分组”或“帧（frame）” . 4应用层 由使用网络的应用程序和 进程组成 3主机对主机传输层 提供端对端数据传输服务 2网间层 定义数据报和处理数据路由 选择 1 网络访问层 由访问物理网络的例程组成 TCPIP 原理 第 5 页 共 17 页5 数据结构 网络访问层（网络访问层（NetworkNetwork AccessAccess LayerLayer）） 网络访问层（Network Access Layer）是 TCP/IP 协议结构的最低层。

6、该层中的协议提 供了一种数据传送的方法，使得系统可以通过直接连接的网络将数据传送到其它设备，并 定义了如何利用网络来传送数据报。网络访问层协议与较高层协议不一样，它必须知道底 层网络的各种细节（如它的分组结构、寻址方式等），以便准确的格式化传输的数据，使 其遵守网络规定。TCP/IP 网络访问层可以包括 OSI 参考模型中下三层（网络层、数据链路 层和物理层）的全部功能。 网络访问协议种类繁多，每一个协议都对应一种物理网络标准。 该层执行的功能包括将 IP 报文封装成被网络传输的帧，并将 IP 地址映射为网络使用 的物理地址。 在 UNIX 中实施时，这一层的协议通常以设备驱动程序和有关程序的组合形式出现。

7、 这种用网络设备名称标识的模块，通常用来封装数据并传送给网络，而其它程序则执行相 关功能，如地址映射。 网间层（网间层（InternetInternet LayerLayer）） 网间协议 IP 是 TCP/IP 的核心，也是网间层中最重要的协议。IP 可提供基本的分组传 输服务，这是构建 TCP/IP 网络的基础。所有的 TCP/IP 数据都流经 IP，（不管是出去的还 是进来的）与它的最终目的地无关。 网间协议（网间协议（Internet ProtocolIP）） 网间协议的功能包括： 1定义数据报，它是在 Internet 上的基本传输单元。 2定义网间寻址方案。 3在网络访问层和主机对主机传输层之间传输数据。

8、 4为数据报选择至远程主机的路由。 TCPUDP TCPIP 原理 第 6 页 共 17 页6 5执行数据报的分解和重组。 IP 是一个“无连接协议”，是要依靠其它层的协议提供错误检测和错误恢复。有时将 该网间协议称为“不可行协议”，因为它并不包含错误检测和恢复的程序代码。这并不是说 IP 协议是不能信赖的，恰恰相反，它可以正确地将数据传送到已连接的网络，不过它并不 检验数据是否被正确地接收。必要是，TCPIP 结构中其它层的协议可以提供这一检验功 能。 数据报（数据报（Datagram）） 数据报（datagram）是网间协议定义的一种分组格式。如图表示一个 IP 数据报，数据 报中前 5 个或 6 个 32 位字为控制信息。

9、称为报头。在缺省形式下，报头的长度是 5 个字， 第 6 个字是可选的。由于报头的长度是可变的，因而它包含一个称为“Internet 报头长度 （IHL ）”的字段，以字为单位指出报头的长度。报头包含着传输该分组所需的全部信息。 31 1615 报 头 IP 数据报的格式 网间协议通过检查报头第 5 个字中的目的地址（Destinaation Address）传送数据报， 该目的地址是一个标准的 32 位 IP 地址，它可以标识目的网络和在该网络上的特定主机。 如果目的地址是本地网络中一个主机的地址，该分组就直接伟送给目的地；如果目的地址 不在本地网络中，该分组就被传送到网关（gateway）再进行传送。

10、网关是在不同的物理网 络之间交换分组报文的设备。确定使用哪个网关称为路由选择（routing），IP 为每个单独 的分组作出路由选择决定。 数据报的路由选择数据报的路由选择 Internet 网关通常（或许更精确地说）是指 IP 路由器（router），因为它使用网间协议 在网络之间选择分组的路由。在传统的 TCP/IP 术语中，只有两种类型的网络设备，即网关 （gatway）和主机（host）。网关可以在网络之间转发分组报文，主机却不能。然而，如 版本号 服务类型 总长度 识别码 标志 片偏置量 寿命 协议 报头校验和 源地址 目的地址 选项 填空 数据区 TCPIP 原理 第 7 页 共 17 页7 果一台主机连接多个网络（称为多地址主机）。

11、则就可以在网络间转发分组报文。当一个 多地址主机转发分组报文时，它的作用与其它任何网关一样，可以看成是一个网关。目前 的数据通信术语有时将网关与路由器区别开，术语“网关”和“IP 路由器”是可以互换的。 数据报的拆分数据报的拆分 每一种类型的网络都有一个“最大传输单元（MTU）”，即网络上可以传输的最大分 组。如果从一个网络上接收到的数据报大于另一个网络的最大传输单元，就必须将它分成 较小的“块”才能传输，这一过程称为“拆分（fragmentation）”。如以太网与 X.25 网络 在物理上也是不同的。当一个较大的以太网分组在 X.25 网络上传输之前，IP 必须将它分 割成较小的分组。 传送数据报到传输层传送数据报到传输层 当 IP 接收到一个寻址本地主机的数据报时。

12、它必须将该数据报中的数据部分传送给合 适的传输层协议，这是利用数据报报头中第 3 个字内的“协议号（Protocol Number）” 完成的。每个传输层协议都有一个唯一的协议号，用来在 IP 中标识它自己。 网间控制报文协议网间控制报文协议 网间控制报文协议（Internet Control Message Protocol TCMP）是 IP 的一个不可 分割的部分。该协议是网间层的一部分，它使用 IP 数据报传输设施去发送报文。它发送的 报文可以为 TCP/IP 执行下列控制、错误报告、信息等功能： 流控制 当数据报到达的速度太快而无法处理时，目的主机或中间网关 就会发送一个“ICMP 源站抑制报文（ICMP Source Quench Message）”块给发送者。

13、以通知源站暂时停止发送报评议文。 检测不可达的目地 当目的地不可到达时，检测到该问题的系统就发送一个“目的 地不可达报文（Destination Unreachable Message）”给数 据报的源站。如果不可达的目的地是一个网络或主机，就由中 间网关发送该报文；如果是一个不可达的端口，则由目的地主 机发送该报文。 重定向路由 网关发送“ICMP 重定向报文（ICMP Redirect Message）” 通知主机使用另一个网关，这大概是因为另一个网关更合适。 只有当源主机与这二个网关都在同一个网络上时才能使用这一 报文。 检查远程主机 一台主机可以发送“ICMP 回送报文（ICMP Echo Message）” 以了解远程系统的网间协议是否正在工作。

14、当系统接收到该回 送报文时，便将同样的分组报文发送回源主机。UNIX 的 ping 命令就使用这一报文。 TCPIP 原理 第 8 页 共 17 页8 传输层（传输层（TransportTransport LayerLayer）） 传输层中两个最重要的协议是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。 TCP 利用端对端错误检测与纠正功能提供可靠的数据传输服务；而 UDP 提供低开销的无 连接数据报传输服务，二者都可以在应用层和网间层之间传输数据。对于特定的应用程序， 程序设计者可以选择最适合的服务。 用户数据报协议用户数据报协议 用户数据报协议（User Datagram ProtocolUDP）是一个不可靠的无链接数据报协 议。