第3章_网络体系结构与协议

1§3.3TCP/IP参考模型1、TCP/IP协议的起源美国国防部高级研究计划局(ARPA)从20世纪60年代开始致力于研究不同类型计算机网络之间的相互联接问题,并成功开发出了著名的传输控制协议/网际协议（TCP/IP）协议。2、TCP/IP协议的特点⑴开放的协议标准：可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。⑵独立于特定的网络硬件：可以运行在局域网、广域网,更适用于互联网中。⑶统一的网络地址分配方案：使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的IP地址。⑷标准化的高层协议：可以提供多种可靠的用户服务。3.3.1TCP/IP的基本概念23.3.2TCP/IP的层次结构1、结构模型TCP/IP参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层、网络接口层。TCP/IP的结构与OSI结构的对应关系如图3-5所示。图3-5TCP/IP模型与OSI模型对照网络互连层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。应用层面向不同的网络应用引入不同的应用层协议。主机到网络层网络互连层传输层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层应用层表示层这一层次未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。33.3.2TCP/IP的层次结构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再将数据分成大小一定的数据段，然后加上本层的报文头。数据传输如下图所示。应用层数据TCP11001110001110IPETH应用层数据应用层数据TCP应用层数据TCPIP应用层数据TCP11001110001110IPETH应用层数据应用层数据TCP应用层数据TCPIP数据交换4应用层传输层互联层主要功能是为用户提供网络服务，比如FTP、Telnet、DNS和SNMP等。主要功能是提供可靠的数据流传输服务,确保端到端应用进程间无差错地的通信,常称为端到端（End-to-End）通信。负责异构网或同构网进程间的通信,将传输层分组封装为数据报格式进行传送,每个数据报必须包含目的地址和源地址。网络接口层是网络访问层，其主要功能是负责与物理网络的连接。3.3.3TCP/IP各层的功能53.3.4TCP/IP协议栈应用层FTP、TELNET、HTTPSNMP、TFTP、NTP传输层TCPUDP网络互连层IP主机到网络层以太网令牌环网802.2HDLC、PPP、FRAME-RELAY802.3EIA/TIA-232、499、V.35、V.211969年美国国防部高级研究计划局（ARPA）按照层次结构思想进行计算机网络模块化研究，开发了一组从上到下单向依赖关系的协议栈（ProtocolStack），也叫做协议族。6网络协议结构图PPPFrameRelayHDLCETHERNETARPCableDIRVERICMPIPEIGRPIGMPTCPUDPOSPFPINGTraceBGPTelnetFTPSMTPApplicationLayerTransportLayerNetworkLayerDataLinkLayerPhysicalLayerDNSTFTPSNMPRIP7Internet传输层包含了两个重要协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。TCP是专门为在不可靠的Internet上提供可靠的端到端的字节流通信而设计的一种面向连接的传输协议。UDP是一种面向无连接的传输协议。返回3.2TCP协议8网络进程间的通信需要确定给定主机上的哪个本地进程使用了哪种协议与哪台远程主机上的哪个进程进行了通信。端口和套接字概念提供了一种以统一的方式惟一地标识连接以及参与连接的程序和主机的方法。•端口有公用端口和临时端口两种。•套接字是用于通信协议的几种应用编程接口API之一。套接字是一种特殊的文件句柄，被一个进程用来向操作系统请求网络服务。一．传输层端口3.2TCP协议91．传输层端口DNS：域名服务器FTP：文件传输协议TFTP：简单文件传输协议TELNET：远程登录RPC：远程进程调用SMTP：简单邮件传送协议SNMP：简单网络管理协议HTTP：超文本传输协议3.2TCP协议102．TCP协议TCP协议是TCP/IP协议簇中最重要的协议之一，它向高层应用提供了面向连接的可靠的数据流传输服务。传输层的协议数据单元称为数据段。TCP提供的服务有如下几个特征：（1）面向连接（2）完全可靠性（3）全双工通信（4）数据流接口（5）连接的可靠建立与关闭3.2TCP协议114.TCP连接的建立与关闭为确保连接建立和关闭的可靠性，TCP使用“三次握手”算法实现客户端和服务器端的消息交换。主动参与方（客户端）被动参与方（服务器端）发送SYN=1，初始顺序号=X接收SYN发送ACK=1，SYN=1确认号=X+1，初始顺序号=Y接收SYN和ACK发送ACK=1，确认号=Y+1接收ACK和确认号=Y+13.2TCP协议125.TCP的确认与重传为了保证TCP协议传输的可靠性，TCP采用了“确认”和“重传”技术。为了提高系统确认的效率，TCP采用了“滑动窗口”技术。基本思想是：首先确定发送双方协商一个窗口的大小，并规定只有位于这个窗口中的数据段才可以被发送出去。其次，当收到接收方对窗口中第一个数据段的确认信息后，窗口就向后滑动一个数据段。在规定时间内接收方若没有收到窗口中第一个数据段的确认消息，则重传窗口中第一个数据段。3.2TCP协议13UDP建立在IP协议的基础上，它提供了与IP协议相同的面向无连接的、不可靠传输服务。UDP协议不使用确认信息对数据段的到达进行确认，不能保证数据段到达的顺序，也不能向发送端反馈信息进行流量控制，因而会出现数据段丢失现象。由于UDP的简单性，采用UDP协议的应用程序可以高效地传输数据，例如流式多媒体、因特网电话等，其可靠性可以有应用程序来解决。返回3.3UDP协议14UDP工作原理3.3UDP协议利用UDP协议实现数据传输的过程远比利用TCP协议要简单得多。UDP数据报是通过IP协议发送和接收的。发送端主机分配源端口，并指定目的端口，构造UDP的TPDU，提交给IP协议处理。网间寻址由IP地址完成，进程间寻址则由UDP端口来实现。当发送数据时，UDP实体构造好一个UDP数据报后递交给IP协议，IP协议将整个UDP数据报封装在IP数据报中，即加上IP报头，形成IP数据报发送到网络中。在接收数据时，UDP实体首先判断接收到的数据报的目的端口是否与当前使用的某端口相匹配。如果匹配，则将数据报放入相应的接收队列；否则丢弃该数据报，并向源端发送一个“端口不可达”的ICMP报文。