[互联网]第5章 网络互联与因特网基础.ppt

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1、1,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容5.1 网络互联的基本概念5.2 因特网的概念5.3 因特网接入技术5.4 因特网的链路层5.5 因特网的网络层5.6 因特网的传输层协议,2,5.1 网络互联的基本概念,互连(Interconnection):是指网络在物理上的连接,两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路,它为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性.目的：将不同的网络或相同的网络用互连设备连接在一起形成一个范围更大的网络。使一个网络上的用户能访问其他网络上的资源，使不同网络上的用户互相通信和交换信息。,3,网络互连的类型：LAN-LAN LAN-WAN WAN-WAN,4,网络互

2、联层次,从网络体系结构的层次观点来考察，网络互联可在四个层次上实现：物理层 数据链路层 网络层 网络层以上,5,物理层：中继器/集线器 在电缆段之间复制比特流。没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互连。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层 物理层,中继器集线器,电缆段2,电缆段1,6,物理层,数据链路层：网桥/交换机 在网段之间转发数据帧。根据数据帧中的信息（MAC地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网桥交换机,数据链路层,网段1,网段2,7,链路层,物理

3、层,网络层：路由器 在网络之间转发报文分组。根据分组中的逻辑地址（IP地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,路由器,链路层,网络层,网络2,网络1,8,更高层：网关 连接不同体系结构的网络,网络层,数据链路层,物理层,应用层/传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层/传输层,物理层,网关,链路层,网络层,网络1,应用层/传输层,物理层,链路层,网络层,网络2,9,网络互联的归纳,物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复制位信号，无寻址功能；数据链路层：使用网桥或交换机在局域网之间存储转发数据帧，用MAC地址寻址

4、；网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组，用IP地址寻址；传输层及应用层：使用网关提供更高层次的互连，用端口号或其他特定标识寻址。,10,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容5.1 网络互联的基本概念5.2 因特网的概念5.3 因特网接入技术5.4 因特网的链路层5.5 因特网的网络层5.6 因特网的传输层协议,11,5.2 因特网,因特网（Internet）是世界上最大的互联网络，它的前身是美国国防部高级研究计划局主持研制的ARPANET。在研究实现互联的过程中，计算机软件起了主要的作用。1974年，出现了网络的协议，其中就包括了TCP/IP集.由于TCP/IP协议在因特网中的广泛

5、使用，现在人们常常把TCP/IP协议称为因特网协议。,12,因特网协议栈和协议数据单元,应用层,(,FTP,Telnet,SMTP,HTTP,DNS,SNMP,),传输层,(,TCP,UDP,),网络层,(,IP,ICMP,ARP,RARP,IGMP,),链路层,(,PPP,HDLC,以太网,令牌环网,),物理层,TCP,/,IP,协议栈,第,1,层,第,2,层,第,3,层,第,4,层,第,5,层,协议数据单元,PDU,段,(,Segment,),数据报,(,Datagram,),帧,(,Frame,),位流,(,Bits,),报文,(,Message,),13,第5章 网络互联与因特网基础,

6、本章内容5.1 网络互联的基本概念5.2 因特网的概念5.3 因特网接入技术5.4 因特网的链路层5.5 因特网的网络层5.6 因特网的传输层协议,14,5.3 因特网的接入,因特网的接入是指如何把用户的计算机连接到因特网的接入点因特网的边缘路由器从用户类型划分，因特网接入分为：住宅（居民区）接入机构接入移动用户接入,15,居民区因特网接入:拨号和ADSL,目前，住宅接入因特网可使用的物理网络主要是公用电话交换网和闭路电视网络。利用公用电话网接入技术主要包括：电话拨号、ISDN、ADSL,16,（1）模拟调制解调器通过电话网拨号上网用户计算机通过电话拨号与因特网服务提供商建立连接，在用户本地环

7、路上传输的是模拟信号。拨号接入的速率最高不超过56kb/s（2）ISDN 在用户本地环路上传输的是数字信号。一条线路上共享话音服务和数据通信服务。拨号接入的速率可达128kb/s。（3）ADSL 在用户本地环路上传输的是数字信号。一条线路上共享话音服务和数据通信服务。但其下行传输速率可达到8Mb/s，上行传输速率 也能达到将近1Mb/s上下行速率不对称的特点非常适用于上网目的以因特网浏览为主的用户,17,机构接入网络：局域网,公司/大学 局域网(LAN)将端系统连接到端接路由器,18,无线网络接入,利用无线电波把端系统连接到路由器,因特网,19,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容5.1 网

8、络互联的基本概念5.2 因特网的概念5.3 因特网接入技术5.4 因特网的链路层5.5 因特网的网络层5.6 因特网的传输层协议,20,5.4 因特网的链路层,因特网的链路层协议主要介绍：PPP、HDLC(对数据帧的封装格式),21,HDLC-面向比特的数据链路层协议,1974年，IBM公司推出了SNA网络体系结构，SNA的数据链路层规程采用了面向比特的规程SDLC（串行数据链路控制）。ISO把SDLC修改后称为HDLC（高级数据链路控制）ITU则将HDLC再修改后称为LAP（链路接入规程），并作为X.25建议书的一部分。,22,HDLC,在HDLC协议中规定了三种站点：主站：控制整个链路工作

9、的站点，主 站发出的帧称为命令。从站：是在主站的控制下才能传输数 据的站点，从站发出的帧叫做 响应。复合站：同时具有主站与从站的功 能，既可以发出命令也可以 发出响应。,23,HDLC,点到点链路,主站,从站,非平衡型,复合站,复合站,平衡型,命令/响应,响应,多点链路,响应,非平衡型,A,C,B,D,24,站点的三种工作模式：正常响应模式（NRM）主站控制通信，从站只有在主站允许时才能发送数据。用于非平衡配置中。异步响应模式（ARM）从站可以不经过主站的允许就发送数据，但不能发送命令。建立、维护和拆除连接仍由主站负责。用于非平衡配置中。异步平衡模式（ABM）每个站都能发送命令或数据。每个站都

10、可以建立、维护和拆除连接。用于平衡配置中。,HDLC,25,HDLC的帧格式,标志,地址,控制,数据,帧校验,标志,8 8 8 可变长 16 8 bit,标志：帧的开始和结束（01111110),地址：次站地址（非平衡方式）或确认站地 址（平衡方式）。全“1”地址为广播地址。,注意：为防止标志之间出现同样的位模式，需要使用“位填充法”，即发送方每碰到5个连续“1”，就要填充一个“0”；接收方需做删“0”操作（5个连续“1”后面的“0”要删除）。,26,HDLC的帧格式,数据：从高层封装的数据。,标志,地址,控制,数据,帧校验,标志,8 8 8 可变长 16 8 bit,控制：用来表示此帧的类型

11、及一些控制 信息。,帧校验：用于差错检测，CRC。,27,HDLC帧的控制字段,0,N(R),P/F,N(S),1 2 3 4 5 6 7 8,信息帧(I帧),1,0,S,P/F,N(R),管理帧(S帧),1,1,M,M,P/F,无编号帧(U帧),N(S)：本帧的序号。N(R)：所期望的下一帧的序号（隐含表示N(R)-1以前的帧已正确接收）。,P/F：主站发送的帧为查询位,主站想了解从站的情况时，就发送P/F=1的帧；次站发送的帧为终止位,次站发出的最后一个信息帧的P/F应为1，表示 数据已发送完。,S：共2位，用于数据传输过程管理。,M：共5位，用于链路控制和管理。,N(S)和N(R)均轮流

12、使用0-7这8个编号,HDLC帧可以分为3种不同类型的帧控制字段中第1、2位决定了帧的类型：,28,HDLC通信过程,HDLC是典型的面向连接的全双工通信，在进行数据交换时首先需要建立数据链路，然后传输数据，最后释放数据链路。,29,PPP协议,PPP协议-（点对点协议）：是最为广泛的因特网拨号访问的链路控制协议。PPP协议主要包括以下内容：帧格式链路控制协议网络控制协议,30,1.PPP 帧格式,标志F：帧的开始和结束（01111110),地址字段：没用使用，固定值为FF,控制字段：没用使用，固定值为03,信息字段：可变长度，不超过1500字节。,协议字段：当值为0021时，表示信息字段是数

13、据报，当值为C021时，表示信息字段是链路控制数据，当值为8021时，表示信息字段是网络控制数据。,31,1.PPP 帧格式,2.链路控制协议（LCP)主要用于建立、测试、拆除 数据线路以及协商链路选项。3.网络控制协议（NCP)主要用于配置所有的网络层协议。,32,PPP的链路操作过程（以拨号过程为例）PPP链路初始状态为链路静止状态。建立链路 当用户利用MODEM进行拨号连接时，ISP检查到用户的载波信号，ISP做出应答。线路进入建立状态协商鉴别链路双方的PPP实体通过发送一系列的LCP帧对链路进行测试和配置，并进行验证。（这时，双方只允许发送/接收LCP帧）。网络配置状态 验证成功后，进

14、入配置状态（NCP)，即给新用户分配一个IP地址。终止链路用户通信完毕后，NCP释放网络层连接，收回IP地址,LCP释放物理连接，转回终止状态。,33,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容5.1 网络互联的基本概念5.2 因特网的概念5.3 因特网接入技术5.4 因特网的链路层5.5 因特网的网络层5.6 因特网的传输层协议,34,5.5 因特网的网络层,网络层的主要功能就是确定分组从源地址到目的地址的路由。小型网络的路由选择很简单，所以网络层功能很弱。在大型网络中，IP分组需要跨越若干个网络才能到达目标地址，其中的种种问题需要由网络层来解决。,35,网络层的主要协议,IP（网际协议）RIP

15、、OSPF（路由选择协议）ICMP（因特网控制报文协议）ARP（地址解析协议）IGMP（因特网组播管理协议）,36,5.5.1网际协议IPInternet Protocol,IP是因特网的网络层中最重要的协议提供数据报（Datagram）的投递服务（主机到主机）在不同的数据链路层上进行数据转发操作IP的数据报投递服务是非连接的，不可靠的非连接数据报之间没有相互的依赖关系；不能保证报文的有序投递。不可靠数据报的投递没有任何品质保证（QoS），数据报可能被正确投递，可能被丢弃。,37,IP 数据报格式,IP分组由报头和数据两部分组成。报头中前一部分是固定长度的20个字节，后一部分的长度是可变的可选

16、部分。,38,IP地址,在因特网中，每台主机至少有一个名字来标识自己，这个名字就是IP地址。因特网上的主机和每一个接口都必须要有一个IP地址。,IP地址是一个32位的二进制数，通常为了书写方便，每个字节用一个十进制数来表示，中间用.隔开。,例：202.119.2.199对应：11001010 01110111 00000010 11000111,39,练习,01111100.00100010.00000110.00001001,124.34.6.9对应的IP地址二进制形式：,40,IP地址分类,IP地址的一般格式：类别+网络号+主机号类别：主要区分IP地址的类型。网络号：表示入网主机所在的网路

17、。主机号：表示入网主机在本网络中的标识。,通常将IP地址分为5种类型：A类、B类、C类、D类、E类,41,A类地址：网络号占8位(其中1位是类别位），主机号占24位，范围：1.0.0.0 to 127.255.255.255因此允许有128个A类网络，网络中允许有1670多万台主（224-2）,0,NetID,10,110,NetID,HostID,NetID,HostID,HostID,A,B,C,1 2 3 4 5 6 7 8 9.16 1724 25.32,B类地址：网络号占16位(2位是类别位），主机号占16位，范围：128.0.0.0 to 191.255.255.255因此允许有1

18、6000多个B类网络，网络中允许有16383台主机（216-2）,C类地址：网络号占24位(3位是类别位），主机号占8位，范围：192.0.0.0 to 223.255.255.255因此允许有2097152多个B类网络，网络中允许有254台主机（28-2）,42,练习,请指出下列IP地址所属的类别是什么？121.56.3.67193.23.56.23142.23.56.23,A,C,B,A:1-127B:128-191C:192-223D:224-239E:240-255,43,保留的IP地址,1.主机号为全0的IP地址称为网络地址例如：202.119.2.02.主机号为全1的地址，用作直接

19、广播地址例如：202.119.2.2253.32位全1地址，表示受限广播地址，表示本网络上的任何主机。例如：255.255.255.2554.网络号全0地址，表示：这个网络上的这个主机。例如：0.0.0.65.32位全0地址，0.0.0.0表示本网络本主机6.环回地址 用来测试本主机网络。地址：127.0.0.1,44,IP地址的分配 P155,IP地址的分配及其唯一性是由因特网信息中心（InterNIC）负责。,静态分配,用户IP地址通常是从ISP获得，ISP将IP地址固定的分配给用户。,动态分配,随用随申请，用完即归还。,DHCP动态主机配置协议,45,DHCP分配过程：需要申请IP地址的

20、主机在网络中广播“DHCP discover”报文网络中的DHCP服务器用“DHCP offer”报文响应主机发送IP地址请求：“DHCP request”报文DHCP服务器从地址池中取出一个未分配的IP地址发送给请求者：“DHCP ack”报文,46,划分子网,A类地址和B类地址可以容纳的主机数很多，事实上人们通常不会在一个网络内安排这么多台主机，这样就造成IP地址的浪费。,除了IP地址之外，主机还需要知道多少位用于网络号和子网号多少位用于主机号？,子网掩码,47,练习,因特网上某个网络的子网掩码为255.255.240.0，那么该网络最多可以有多少台主机？,1.把子网掩码化成二进制表示：,

21、11111111.11111111.11110000.00000000,1的个数代表网络号和子网号所占的位数，0的个数代表主机号所占的位数。,主机数：212-2=4094,48,练习,假设某个主机的IP地址为192.168.5.121，而子网掩码为255.255.255.248，则该IP地址的网络号是多少？,1100 0000.1010 1000.0000 0101.0111 1001 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1000 1100 0000.1010 1000.0000 0101.0111 1000,192.168.5.120,49,回顾：IP协议1

22、.IP数据包格式2.IP地址分类3.划分子网、子网掩码4.Ip地址分配,50,IP协议提供一种不可靠的和无连接的服务，没有差错报告机制。IP协议还缺少一种用于管理人员查询的机制。,5.5.2 ICMP协议-因特网控制报文协议,ICMP协议主要用来报告IP分组在传输中的出错和测试信息，以及报告一些管理员在查询主机或路由器的返回信息。,51,ICMP报文有两种类型：ICMP差错报文、ICMP询问报文ICMP不报告ICMP本身错误，也不报告IP分组本身的错误，只是报告IP分组在传输中产生的错误。,52,最常见的是“目的地无法到达”和“回声”消息。,A,B,广域网,到Z的数据,路由器R用ICMP消息通

23、知目的地“不可达”,R,53,A,B,B可以到达吗？,用PING命令产生的回声请求及回声应答,ping xxx.xxx.xxx.xxx,Ping 是Windows系列自带的一个可执行命令，利用它可以检查网络是否能够连通。,54,5.5.3 ARP协议-地址解析协议,ARP主要解决网络层的IP地址和数据链路层MAC的映射问题。在因特网中，数据分组传输使用的是IP地址；而在局域网中，传输数据时需要使用物理地址（MAC地址）。许多因特网的主机位于局域网中，当数据分组到达局域网时，需要把IP地址转换成MAC地址，然后把分组封装在局域网链路层的帧中，才能发送到该主机。,55,ARP工作原理,1.在每一个

24、主机内部建立一个ARP缓存表，表中存放近期访问的主机IP地址和MAC地址的映射关系。2.已知：IP地址1）检查本地ARP高速缓存表，若找到IP地址对应的表项，则取出表项中的MAC地址；2）若IP地址不包含在表中，就向网上发广播来寻找。具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应。,56,ARP操作的例子：A想知道10.0.0.5的MAC地址,57,例子：主机A要发送数据给主机B,假设主机111.111.111.111要发送一个数据报到主机222.222.222.222。发送主机的链路层协议必需指出该目的主机的MAC地址。那么发送主机会使用哪个MAC地址?,在LAN1中，所有的主机都具有111.

25、111.111.xxx的IP地址形式。,LAN2中的所有主机都具有222.222.222.xxx的IP地址形式。,LAN1,LAN2,是222.222.222.222的MAC地址49-BD-D2-C7-56-2A吗？,目的MAC地址为49-BD-D2-C7-56-2A的帧能穿越路由器吗？,58,实际上，发送主机在发送分组之前，就已经知道目的主机不在本地LAN1上,所以必须将分组发送给路由器，由路由器进行转发。路由器的IP地址（Windows中称为缺省网关）在发送主机中已经预先设置（在本例中为111.111.111.110）。发送主机如何得到路由器接口的MAC地址呢？当然是使用ARP协议！一旦发

26、送主机获得了路由器接口的MAC地址，就可以生成一个数据帧，发送给路由器。,59,接下来，路由器还必须将分组发送到目的地。路由器首先需要选择适当的接口来转发，这项工作路由器可以通过查询路由表来完成。路由表告诉路由器：“需要通过222.222.222.220接口转发该分组”。这时，数据帧的目的MAC地址才是真正的最终目的主机的MAC地址。路由器又是如何知道最终目的主机的MAC地址呢？还是使用ARP协议！路由器通过数据报中的目的IP地址和ARP协议来得到目的主机的MAC地址。,60,提问！ARP与DNS的区别？,61,复习网络互连因特网链路层HDLC（站点、配置、工作模式）PPP（LCP、NCP)因

27、特网网络层IP协议（IP数据报格式、IP地址）ICMP协议ARP协议,62,5.5.4因特网的路由技术,路由功能是指为分组选择一条从源主机到目的主机的最佳路径。可选路径不止一条路径可能要跨越多个网络网络中实现路由选择功能的设备是路由器。对每一个接收到的分组，路由器必须确定从哪条路径将其转发出去。路由器根据其内部保存的一张路由表转发分组。,63,路由算法,路由协议用来建立和维护路由表。大多数的路由协议都是依据一些的基本的路由算法。路由算法的目的是如何在这些可能的路径中选择一条最佳路径。1路由算法的类型 路由算法分为静态路由算法和动态路由算法。,静态路由算法按照网络管理员预先设置好的策略进行路由选

28、择。,动态路由算法则根据网络拓扑结构，通信量等变化，自动调整路由。距离向量路由算法（如RIP）链路状态路由算法（如OSPF）分级路由算法（如BGP）等。,64,路由算法,路由算法的特点每一种路由算法都有衡量“最佳路径”的一套原则。大多数算法使用一个量化的参数来衡量路径的优劣。几个常用的量化参数是：路径包含的路由器节点数、网络传输费用、带宽、延迟、负载、可靠性等。,65,静态路由,静态路由是网络管理员采用手工方法，在路由器中进行配置。当网络拓扑结构或链路状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。静态路由信息在缺省情况下是私有的，不会传送给其他的路由器。,66,静态路由,

29、优点：在稳定的网络环境中使用静态路由，可以减少路由选择问题静态路由的另一个优点是网络安全保密性高。,缺点：不能适应变化的网络。管理开销。如果在现有网络中添加或删除一个网络，必须手动添加或删除与该网络连通的路由。如果在网络中添加新的路由器，则必须对网络的路由进行人工重新配置。,67,动态路由,动态路由算法非常多，得到广泛应用的有两种：距离向量算法和链路状态算法，目前大多数路由协议都是基于这两种路由算法之一。1.距离向量算法（局部路由）距离向量路由算法需要向路由器的所有邻居分发一张记录形式为的列表。,68,动态路由,距离向量算法的具体工作过程如下：（1）所有路由器都建立一个路由表，使网络中的所有目

30、标地址都出现在路由表中。每一个表项内容包括目标地址和下一跳地址。（2）路由器周期性地向邻居发送路由更新信息，内容为路由表中的所有信息。（3）邻居路由器接收到路由更新后，计算到目标地址的开销。然后进行开销比较，取开销最小值的记录，更新本路由器的表。,69,RIP协议-路由信息协议,RIP是一个基于距离向量的分布式路由选择协议，它的最大优点就是简单。RIP定义的“距离”为到达目标网络所经过的路由器数。“距离”也称为“跳数”，每经过一个路由器，跳数就加1。RIP认为，一个好的路由就是它通过的路由器数量少，也就是说“距离短”。,70,RIP协议-路由信息协议,RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个

31、路由器。“距离”的最大值为16时相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。RIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP 选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由）.,71,RIP协议-路由信息协议,仅和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告网络拓扑变化后的路由信息。,书上P146 例,72,动态路由,2.链路状态路由算法（全局路由）链路状态路由算法是一种全局路由算法，具有路由能力的节点必须了解网络中所有节点之间的连通性和所有链路的开销。每个路

32、由器都拥有整个网络的拓扑。,73,因特网路由协议,因特网采用分层次的路由选择协议,原因：因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议（这属于本部门内部的事情），但同时还希望连接到因特网上。,74,自治系统,因特网将整个网络划分为许多较小自治系统 AS(Autonomous System)。一个自治系统是一个互联网，其最重要的特点就是 AS 有权自主地决定在本系统内采用何种路由选择协议。,75,

33、因特网路由协议,因特网有两大类路由选择协议：内部网关协议（IGP,Interior Gateway Pro tocol）即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。外部网关协议（EGP,External Gateway Protocol）即在自治系统之间交换网络可达性信息所用的路由选择协议。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。,76,R1,H1,H2,内部网关协议IGP（例如，RIP）,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,EGP,EGP,EGP,内部网关协议IGP（

34、例如，OSPF）,外部网关协议EGP（例如，BGP-4）,IGP,R3,R2,自治系统和内部网关协议、外部网关协议,77,OSPF协议,OSPF（开放式最短路径优先）和RIP同属于内部网关协议.RIP-距离矢量算法 OSPF-链路状态的最短路径优先算法,78,OSPF协议的特点,1.OSPF支持区域划分，OSPF将网络分为主干区域和非主干区域2个层次。在一个OSPF自治系统中只能有一个主干区域，可以有多个非主干区域。,79,OSPF协议的特点,2.OSPF根据端口的吞吐率、拥塞状况、往返时间、可靠性等指标，制定出路由“代价”，然后选择路径最短、“代价”最优的路由。3.如果到同一个目标网络有多条

35、代价相同的路径，那么可以将通信量分配给这几条路径，从而平衡网络负载。,80,总 结,路由功能路由协议-路由算法 静态路由 动态路由 距离向量路由算法 链路状态路由算法自治系统 IGP.EGP,81,复 习,因特网的网络层：IP协议 ICMP协议 ARP协议 因特网的路由技术,静态路由,动态路由,距离向量算法RIP,链路状态算法OSPF,82,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容5.1 网络互联的基本概念5.2 因特网的概念5.3 因特网接入技术5.4 因特网的链路层5.5 因特网的网络层5.6 因特网的运输层协议,83,内容纲要,5.6.1 运输层提供的服务 5.6.2 UDP协议 5.6.

36、3 TCP协议,84,5.6.1运输层,运输层是TCP/IP结构的核心，它以网络层为基础，向应用层提供从源主机到目的主机的可靠传输服务。,运输层,面向通信,85,运输层为相互通信的应用进程提供端到端的逻辑通信,86,5.6.1运输层,两个主机进行通信实际上是两个主机中的应用进程进行通信。应用进程间的通信称为端到端的通信。运输层提供应用层间逻辑通信。运输层提供差错检测功能。,87,运输层协议和网络层协议的主要区别,88,运输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道,应用层,运输层,发送进程,接收进程,接收进程,数据,数据,全双工可靠信道,数据,数据,使用 TCP 协议,使用 UDP 协议,不可靠信

37、道,发送进程,可靠交付：无差错、无丢失、无重复、无错序.,89,运输层端口,应用进程通过端口与UDP或TCP协议数据单元进行交互。,多个应用层协议,1个传输层协议,端口可以用来唯一标识主机中的每一个进程。,90,运输层端口号,端口号可以用来标识某一个端口端口号是一个16比特的二进制数，其取值范围从065535。网络上的计算机中运行的任何网络应用程序都有一个端口号与之对应。,91,端口号分为两类：从01023的端口号被称为众所周知的端口号（well-known numbers）并被限制使用这些端口号已分配给标准的网络应用：如HTTP、FTP、SMTP等。一般端口用来随机的分配给请求通信的客户进程

38、。,92,一些常见的“众所周知的”端口号,应用层,传输层,网络层,93,内容纲要,5.6.1 运输层提供的服务 5.6.2 UDP协议 5.6.3 TCP协议,94,5.6.2 UDP协议,UDP是无连接的。在传输数据前不需要与对方建立连接。UDP提供不可靠的服务。数据可能不按发送顺序到达接收方，也可能会重复或者丢失数据。UDP在IP服务上增加了很少的功能，只有端口和差错检测服务。设计UDP的目的就是希望以最小的开销达到网络通信的目的！,UDP概述,95,使用运输层协议的应用层协议,96,UDP报文段首部格式,97,UDP协议工作原理,1UDP工作原理UDP从应用进程得到数据后，附加上源端口号

39、和目的端口号字段，以及其他两个字段，然后将形成的报文段交给网络层。网络层将该报文段封装到一个IP分组中，然后尽力而为地将此分组发送给接收主机。分组到达接收主机后，UDP使用目的端口号将报文段中的数据交付给相应的应用程序进程。,DNS服务,98,内容纲要,5.6.1 运输层提供的服务 5.6.2 UDP协议 5.6.3 TCP协议,99,5.6.3 TCP协议,TCP协议利用IP协议提供的不可靠的通信服务，解决分组的重传和排序问题，为应用进程提供可靠的、端到端的、面向连接的基于字节流的服务。TCP采用全双工通信方式TCP只能进行点到点的通信TCP报文段的首部传输开销比UDP大 TCP是面向字节流

40、的,100,TCP报文段格式,101,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,源端口和目的端口字段各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。,102,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,AC

41、K,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,序号字段占4字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。,103,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,确认号字段占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。,104,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选

42、 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,头部长度占4bit，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。,105,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,106,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选

43、 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,紧急比特URG 当URG=1时，表明紧急指针有效。URG位必须和紧急指针配合使用，紧急指针指出本报文段中紧急数据的最后一个字节。,107,确认比特ACK 只有当ACK=1时，确认号字段才有效，当ACK=0时，确认字段是无效的。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK

44、,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,108,PSH推送比特，当数据段PSH=1时，接收端就要把此数据尽快交付给应用程序而不是要等待缓存区满时才递交。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,109,复位比特RST,当RST=1时，表示当前TCP连接出现严重错误，必须释放连接，然后再重新建立连接,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度

45、可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,110,同步比特SYN 当连接建立时用来同步信号。当SYN=1，ACK=0时，表示一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，应发送SYN=1，ACK=1响应报文。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,111,终止比特FIN 用来释

46、放一个连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送端已经发送完毕，并要求释放运输层连接。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,112,窗口字段 占 2 字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字节。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,头部长度,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH

47、,ACK,URG,比特 0 8 16 24 31,填 充,113,检验和 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。,114,TCP的数据编号与确认,TCP的协议是面向字节的，TCP将所要传送的报文看成是字节组成的数据流，并使每一个字节对应于一个序号。在建立连接的时候，双方需商定初始序号。首部中序号字段-该报文段中第一个字节的序号。TCP的确认是对接收到的数据的最高序号进行确认。接收端返回的确认号是已收到的最高序号加1.确认号就表示接收端希望收到的下一个数据的字节编号。,115,TCP通信连接的管理,TCP连接的管理就要使运输连接的建立和释放都能够正常的运行。TCP的连接和建立

48、都是采用C/S模式。主动发起连接建立的应用进程称为客户.被动等待连接建立的应用进程称为服务器.,116,TCP通过三次握手来建立连接,A,B,发送SYN消息(SEQ=x),发送SYN消息(SEQ=y,ACK=x+1),收到SYN消息(SEQ=y,ACK=x+1),发送确认(ACK=y+1),收到确认(ACK=y+1)双方连接建立,Seq：该数据段第一个字节在（整个报文）字节流中“顺序编号”,ACK:期望对方发来的“下一个”字节的编号,收到SYN消息(SEQ=x),1,2,3,117,TCP连接的建立：三次握手,例如：A、B两个主机要建立连接（由A发起）,序号用于跟踪通信顺序，确保多个包传输时无

49、数据丢失通信双方建立连接时必须互相交换各自的初始序号。,118,TCP连接的终止,由于TCP连接是一个全双工的数据通道，一个连接的终止必须由通信双方共同完成。当通信的一方没有数据要发送给对方时，可以使用FIN字段向对方发送关闭连接请求。这时，它虽然不再发送数据，但并不排斥在这个连接上继续接收数据。只有当通信的对方也递交了终止连接的请求后，这个TCP连接才会完全终止。收到终止连接请求的一方必须使用ACK字段给予确认。,119,A,B,发送FIN消息(SEQ=x),接收FIN消息(SEQ=x),TCP发送确认(ACK=x+1),接收ACK消息(ACK=x+1)AB的连接断开(半关闭)但A仍可接收数

50、据,TCP发送确认(ACK=y+1),接收确认(ACK=y+1)BA的连接断开,TCP通过四次握手来释放连接,应用进程释放连接,通知应用进程,应用进程释放连接,发送FIN消息(SEQ=y,ACK=x+1),接收FIN消息(SEQ=y),120,TCP数据的可靠性传输,TCP是一个可靠的传输层协议，但是TCP建立在无连接、不可靠的IP协议基础之上。IP分组在传输过程中可能出错、丢失、乱序或重复。为了保证数据的可靠传输，TCP必须通过差错控制来提供可靠性。TCP的可靠性问题包括：数据丢失后的恢复，以及可靠连接的建立问题。TCP的差错控制通过三种功能来完成：校验和、确认和超时重传。,121,TCP