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1、Chapter 6 TCP/IP,该章主要介绍TCP/IP 协议族的主要内容。包括TCP/IP与OSI 协议关系、TCP/IP各层特点及功能、DNS、SMTP、SNMP、RIP、TCP、UDP、IP、ARP、ICMP等功能及应用方法。目的是希望同学在了解TCP/IP简单工作原理的基础上，能够对网络进行管理。重点难点：TCP/IP与OSI 协议关系；TCP/IP各层特点及功能；DNS、SMTP、SNMP、RIP的功能及应用；TCP、UDP、IP、ARP、ICMP的功能及应用；IP地址与子网掩码；路由表构成与应用；APR缓冲表构成与应用；网络接口层功能及应用。,6.1 TCP/IP Basics,
2、6.1.1 TCP/IP协议基本特点 TCPIP是Internet的基本协议，它是“传输控制协议互联网协议（Transmission Control ProtocolInternet Protocol）”的简称。事实上，TCPIP是个协议族，是由一系列支持网络通信的协议组成的集合。6.1.2 TCP/IP的模型 TCPIP分层模型由4个层次构成，即应用层、传输层、网际层和网络接口层,6.1.3 TCP/IP分层原理,6.1.4 TCP/IP结构模型,6.2 Network Layer Protocol,6.2.1 IP协议 IP是建立TCPIP网络的基本协议，因为它向其它运行在网际层中或网际层
3、之上的协议提供了数据传送服务。TCPIP网络中的IP就如同邮政服务中的“标准信封”，在这个基本的、有效的传送机制中，任何种类的数据都能插入到该“标准信封”中，如 下图所示。,IP的功能 将上层数据（如 TCP，UDP数据）或同层的其它数据（如ICMP数据）封装到IP数据报中。将IP数据报传送到最终目的地。为了使数据能够在链路层上进行传输，对数据进行分段。确定数据报到达其它网络中的目的地的路径。,IP数据报格式,6.2.2 IP地址及子网掩码一、IP地址格式在同一网段中，所有的主机使用相同的网络地址。网段中的每台主机拥有自己惟一的主机地址。IP地址可分为5类：A类、B类、C类、D类和E类。各类的
4、地址分配方案如下图所示。,二、IP地址通用准则在设计网络的IP地址时，应注意遵循以下准则：同一物理网络段的所有主机具有相同的IP地址。同一网络段的所有主机必须拥有惟一的IP地址。网络的ID不能全部为127。它为回环功能保留。网络的ID不能全部为1。全部为1表示广播地址。主机ID也不能全部为1。全部为1也表示广播地址。网络ID也不能全部为0。全部为0表示本地网络。主机ID也不能全部为0。传统上用主机ID全部为0的网络ID表示网络。该主机ID不能分配给个人主机。,三、子网掩码（Subnet Mask）子网掩码用于识别IP地址的哪些部分用于表示网络地址，哪些部分用于表示主机。A类、B类、C类IP地址
5、的缺省子网掩码如下：A类255.0.0.0B类255.255.0.0C类255.255.255.0,A类子网掩码代表IP地址的头8位用来表示其网络部分。其余24位用来表示其主机部分。假设主机的IP地址是11.25.65.32。使用缺省的子网掩码，网络地址将是11.0.0.0，IP地址的主机部分是25.65.32。B类子网掩码代表IP地址的头16位用来表示其网络部分。其余16位用来表示其主机部分。假设主机的IP地址是172.16.33.33。使用缺省的子网掩码，网络地址将是172.16.0.0，IP地址的主机部分是33.33。,C类子网掩码代表IP地址的头24位用来表示其网络部分。其余8位用来表
6、示其主机部分。假设主机的IP地址是192.168.2.3。使用缺省的子网掩码，网络地址将是192.168.2.0，IP地址的主机部分是3。四、子网掩码的作用 当源主机想要和目的主机进行通信时，通过将子网掩码与主机IP地址相与可确定目的主机位于本地网上还是位于远程网上。其“与”操作利用如下特性。,首先把源主机的IP地址的二进制码和目的主机的IP地址的二进制码分别与源子网掩码进行“与”操作后再进行比较。如果它们相同，则两台主机位于同一个网络上。如果不同，目的主机位于远程网上。,6.2.3 ARP协议及RARP协议 地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）及反地址
7、解析协议RARP是驻留在网际层中的另一个重要协议。ARP的作用是将IP地址转换为物理地址，RARP的作用是将物理地址转换为IP地址。一、ARP及RARP包格式,二、IP地址到物理地址转换 下图给出了IP地址是172.16.1.3的主机与IP地址是172.16.1.5的主机进行通信时IP地址与MAC地址的转换实例演示。IP地址与MAC地址转换动画演示 用ARP进行IP地址到物理地址转换的过程如下：当计算机需要与任何其它的计算机进行通信时，首先需要查询ARP高速缓存，以了解缓存中是否存在该本地计算机或路由器的IP地址。如果这个IP地址存在，便使用与它对应的物理地址，直接将数据报发送给所需的物理网卡
8、。,如果ARP高速缓存中没有该IP地址，那么ARP便在局域网上以广播方式发送一个ARP请求包，请求目的主机答复它的物理地址。呼叫主机接收到ARP应答信息包后，把目标主机IP地址与物理地址的组合添加到它的高速缓存中，这时即可开始数据通信。,三、ARP高速缓存及ARP命令 ARP高效运行的关键是由于每个主机上都有一个ARP高速缓存。这个高速缓存存放了最近的IP地址和MAC地址之间的映射记录，如图所示。高速缓存中每一项的生存时间一般为20分钟，起始时间从被创建时开始算起。,TCP/IP协议族提供ARP命令可对ARP缓存的映射表进行查看和修改，在Windows NT下ARP命令可以查看ARP缓存记录，
9、给ARP缓存增加新的静态记录，删除ARP缓存记录等。四、物理地址到IP地址转换 RARP负责物理地址到IP地址的转换。这主要用于无盘工作站上，网络上的无盘工作站在网卡上有自己的物理地址，但无IP地址，因此必须有一个转换过程。为了完成这个转换过程，网络中有一个RARP服务器，网络管理员事先必须把网卡上的IP地址和相应的物理地址存储到IP RARP服务器的数据库中。,用RARP进行物理地址到IP地址转换的过程如下：当网上的计算机启动时，以广播方式发送一个RARP请求包。在这个RARP广播请求中包括了自己的物理地址。局域网上的每一台计算机包括RARP服务器均要查看该RARP广播请求中包含的IP地址。
10、由RARP服务器进行响应，即生成并发送一个RARP应答包。包中包含对应的IP地址。,6.2.4 ICMP协议 Internet控制信息协议ICMP（Internet Control Message Protocol）是网际层的另一个比较重要的，可用于网络管理的协议。它提供了从路由器或其它主机向目标主机发送控制信息的方法。发往远程计算机的IP数据报要经过一个或多个路由器，这些路由器在将数据发送到最终目的地的过程中会遇到一系列的问题，路由器就使用ICMP将这些问题通知源IP进行处理，并通过该协议对数据报的传输过程进行控制,利用ICMP协议检测网络连接故障 在网络中我们会经常遇到两个主机不通的问题，
11、一般情况下是由于TCP/IP协议配置的问题，可借助于ICMP协议提供的Ping命令进行方便的诊断。Ping命令的格式为：PingIP主机名|IP地址利用ICMP协议检测网络连接故障动画演示,6.2.5 数据在TCP/IP中传输的实际过程 TCP/IP工作流程动画演示,6.3 Transport Layer Protocol,6.3.1 TCP协议 一、TCP的特性 面向数据流的处 理方式 完全的可靠性 全双工通信 流量控制 二、TCP数据格式,三、TCP传输过程 TCP协议软件的执行离不开TCP连接的建立、关闭等相关操作。TCP通过TCP端口提供连接服务，最后通过连接服务来接收和发送数据。TC
12、P连接的申请、打开和关闭必须遵守TCP协议的规定。这种三段式握手的连接方式如图所示。,6.4 Application Layer Protocol,6.4.1 DNS协议及应用 DNS属于应用层的协议，DNS提供了将人类易于理解的主机名或域名转换为计算机或网络可识别的数字地址的机制。一、DNS涉及的基本概念（1）域名及顶级域 1）域名 域名（Domain Name）通常是用户所在的主机名。由若干部分组成，每个部分又称子域名，最少由两个字母或数字组成，它们之间用“”分开。,2）域名地址的最后一部分子域名称为高层域名（顶级 域名）分为：组织性顶级域名和地理性顶级域名两类。组织性顶级域名的出发点是为
13、了说明拥有并对那些Internet主机负有责任的组织的类型。随着Internet的日益国际化，组织性顶级域名已难以满足需求了，于是便产生一种新的地理性顶级域名。地理性项级域名用两个字母的缩写形式来完全地表示某个国家和地区。,（2）域名系统的构成 域名系统采用的是客户机/服务器模式，由三部分构成：域名数据库、域名服务器和地址解析器。地址解析器是客户方，负责查询域名服务器、解释从服务器返回来的应答、将信息返回给请求方等工作。域名服务器（Domain Name Server）是服务器方，存储并管理着所管辖区域的域名数据库，负责接收来自于地址解析器的请求，按照请求类型，进行递归与非递归查询。同时将查询
14、结果返回给地址解析器。域名数据库是一个大型的分布在整个网络上的分布式数据库，存储了按层次管理的相关的数据。,二、DNS的工作过程及示例 域名系统是一个分布式系统，其管理和控制也是分布式的。一个用户A在查找另一用户B的域名时，域名系统的工作过程如图所示。,6.4.2 电子邮件及SMTP协议 一、电子邮件及电子邮件系统（1）关于电子邮件 电子邮件是一种现代化通信手段。要想使用E-mail，必须首先拥有一个电子邮箱，它是由E-mail服务提供者为其用户建立在E-mail服务器磁盘上的专用于存放电子邮件的存储区域，并由E-mail服务器进行管理。用户将使用E-mail客户软件在自己的电子邮箱里收发电子
15、邮件。,一个互联网电子邮件地址的格式是“邮件箱域”。其中邮件箱通常是接收者的账户名，而域是公司的名字或者是互联网服务提供商在互联网的域名，如“”（2）电子邮件系统E-mail系统基于客户机/服务器模式，整个系统由E-mail客户软件、E-mail服务器和通信协议等3部分组成,二、SMTP体系结构 电子邮件系统主要采用了SMTP协议，SMTP协议描述了电子邮件的信息格式及其传递处理方法，保证被传送的电子邮件能够正确地寻址和可靠地传输。,三、邮件发送的实现过程 一个典型的SMTP进程步骤动画演示6.4.3 SNMP协议及应用,6.5 Routing Protocol,6.5.1 路由协议基本知识
16、一、中继计数（Hop Count）中继计数（也称为路段计数或距离）用于记录数据包从源主机到目标主机传送过程中所经过的路由器数目。二、路由选择度量值 中继计数；延时（Delay）；吞吐量（Throughout）；可靠性（Reliability）；通信费用（Communication Costs）,三、路由配置方式 在网络内配置路由有两个主要方式，即静态路由和动态路由。四、路由协议采用的路由算法 距离向量协议算法和链路状态协议算法。五、自治系统、内部网关、外部网关及其协议,六、直接路由与非直接路由,习 题 1.TCP/IP协议由哪几层构成？它与OSI有何区别？2.TCP/IP协议有哪些主要特点？3
17、.TCP与IP协议分别处在OSI的哪层？TCP与UDP有何区别？4.IP地址与物理地址有何关系？简述ARP与RARP的功能。5.DNS 协议在哪一层？6.简述在应用层的数据包从原主机发送到目标主机的过程。7.了解你所在的局域网或园区网的IP地址划分情况，看看这种划分是否合理？为什么？如果不合理，设计一种更合理的IP地址分配方案。,8.Internet上的一个 B类网的子网屏蔽码为 255.255.248.0，则该网络可以划分为多少个子网？每个子网最多能有多少台主机？9.给出如下IP地址，请识别各属于哪类地址？131.107.2.8、127.0.0.1、255.34.56.7、129.33.55
18、.6、10.2.4.5、223.223.223.22310.有三个主机A、B、C，其IP地址分别为172.16.16.75、172.17.16.76和172.16.5.16，子网掩码均为255.255.0.0，请问上述三个主机是否同属于一个网段中？为什么？,11.IP、ARP、RARP、ICMP各自完成何种功能？分别有什么特点？12.当地的ISP已为你所在公司分配了一个C类网络ID，在运行Windows NT 的TCP/IP网络上，如果你将其规划为多个子网，而每个子网最多可含15个主机，在希望公司的网络具有最大子网数的情况下，你选择哪一个子网掩码？A.255.255.255.192 B.255.255.255.224C.255.255.255.240 D.255.255.255.24813.TCP和UDP分别提供什么样的传输服务？为什么说它们提供进程之间的通信服务？它们如何区分建立在其上的应用进程？,
