TCPIP协议概述

2020/2/171TCP/IP协议概述主讲:张志强课程安排总课时：34学时+30学时学分:2课时类型:理论课+15次实验成绩计算期末总评=平时成绩*10%+实验成绩*20%+期未成绩*70%其中，平时成绩=点到50%+作业50%重点：TCP/IP协议簇的概念、原理、应用难点：TCP/IP协议簇的原理2目标通过本课程的学习，掌握TCP/IP协议的概念、原理、功能，以及在网络、通信和电子中的应用。理解TCP/IP协议的实现原理、实现TCP/IP的应用31、听懂课：抓紧课堂上的四十五分钟，和教师一起讨论，一起学习。2、看懂书：包括教材及相关参考书，至少读三本关于TCP/IP协议编程的书。3、多实践：自己动手分析或编相关的协议程式，实现特定的功能。4、阅读TCP/IP协议相关的论文。地址：中国程序员之TCP/IP论坛。4要求要求5、有创新：有自己的IDEA，敢于挑战权威，挑战旧模式、旧方法，并容许出错或失败。6、完成作业：包括教材上的作业和老师布置的实践作业。本课程的教材参考资料1、教材《TCP/IP网络与编程》2、参考资料（1）教材每一章后面指定的网站。（2）其它相关网站。6TCP/IP概述2020/2/1771958年1月，ARPA成立。旨在研究对国防有重大意义的高新技术。其中研究的重要任务之一是：在战争期间保证不间断、高可靠性通信的通信网络系统。1969年10月，ARPA建立了第一个分组交换网络ARPANET。1973年,ARPA启动互联网研究项目(Internetting)，导致了TCP/IP的出现与发展。1977-1979，推出目前形式的TCP/IP体系结构和协议规范（基本定型）。1980年前后，ARPA上的所有机器开始转向TCP/IP，并以ARPANET为主干逐步建立Internet。1983年初，向TCP/IP的转换全部结束。1975年起ARPANET的网控与管理者将ARPANET一分为二：ARPANET：用于进一步的研究。MILNET：用于军方的非机密通信。1983年，伯克利加州大学推出内含TCP/IP的第一个BSDUNIX(BerkeleySoftwareDistributionUNIX)。此举使ARPANET覆盖了当时美国90%的计算机科学系。1984年，Internet基本形成。1985年，NSF(NationalScientificFoundation)开始资助TCP/IP和互联网研究。1986年，建立NSFNET，使全美主要院校、科研机构联入NSFNET，并与ARPANET相联。此后，NSF不断发展并逐步取代ARPANET成为Internet的新主干，ARPANET逐渐退出历史舞台。1991年起，美国政府决定把主干网交给私人公司。1993年，高级网络和服务公司ANS(AdvancedNetworksandServices)建立了ANSNET，并准备取代NSFNET。1995年，NSF不再对NSFNET提供资助，各种商业网络代替NSFNET提供主干通信服务，Internet进入商业化时代。1995年，VBNS(VeryHighSpeedBackboneNetworkService)建设并取代ANSNET。1996年，美国启动NGI(NextGenerationInternet)，并从1998年开始研究建设NGI的主干网Abilene。目前的TCP/IP是第4版，称作IPv4。1998年，IPv6协议标准于基本制定完成，进入实用化阶段。1995年10月24日，美国联邦网络委员会为Internet作了如下定义：Internet是一个全球性的信息系统，系统中的每台主机都有一个全球唯一的主机地址，地址格式通过IP协议定义。系统中主机与主机间的通信遵守TCP/IP协议标准，或是其它与IP兼容的协议标准来交换信息。在以上描述的信息基础设施上，利用公网或专网的形式，向社会大众提供资源和服务。TCP/IP成功的主要原因1.TCP/IP是最早出现的互联网协议，它的成功得益于顺应了社会的需求。2.DARPA采用开放策略推广TCP/IP，鼓励厂商、大学开发TCP/IP产品。3.TCP/IP与流行的UNIX系统结合是其成功的主要源泉。4.TCP/IP技术来自于实践，并在实践中不断改进。Standford大学的VintCerf因在TCP/IP上作出的突出贡献，而被人们称为“Internet之父”。TimBerners-Lee:“万维网之父”VintCerf(文顿·瑟夫,1943.6.23)互联网之父、TCP/IP共同发明人;是Google的副总裁兼首席互联网顾问,负责确定新的可行技术和应用程序。和RobertKahn合作设计了TCP/IP协议及互联网的基础体系结构。克林顿总统1997年向他们授予美国国家科技奖章。2005年,总统自由勋章。2020/2/1717TimBerners-lee(蒂姆·伯纳斯－李)爵士（1955.6.8生于英国伦敦）是万维网的发明者，不列颠帝国勋章佩戴者，英国皇家学会会员。1990年，他在日内瓦的欧洲粒子物理实验室里开发出了世界上第一个网页浏览器。2020/2/17181976年牛津大学物理系毕业，1984年蒂姆来到瑞士的日内瓦进入著名的由欧洲原子核研究会CERN建立的粒子实验室。为了使欧洲各国的核物理学家能通过计算机网络及时沟通传递信息进行合作研究，他编制了第一个高效局部存取浏览器“Enguire”，使分部在各国各地物理实验室、研究所的最新信息－数据、图像资料可供大家共享。(续)2020/2/1719(续)蒂姆把目标瞄向了建立一个全球范围的信息网上，以彻底打破信息存取的壁垒。1989年3月，蒂姆向CERN递交了一份立项建议书，建议采用超文本技术（Hypertext）把CERN内部的各个实验室连接起来，在系统建成后，将可能扩展到全世界。这个激动人心的建议在CERN引起轩然大波。(续)2020/2/1720(续)80年代后期超文本技术已经出现，但没有人能想到把超文本技术应用到计算机网络上来：超文本只是一种新型的文本而已。一次蒂姆端着一杯咖啡，经过实验室走廊上怒放的紫丁香花丛，盛夏幽雅的花香伴随着醇香的咖啡味飘入实验室，霎那间里蒂姆脑中灵感迸发：人脑可以透过互相联贯的神经传递信息（咖啡香和紫丁香），为什么不可以经由电脑文件互相连接形成超文本呢？(续)2020/2/17211989年仲夏之夜，蒂姆成功开发出世界上第一个Web服务器和第一个Web客户机。虽然这个Web服务器简陋得只能说是CERN的电话号码簿，但它实实在在是一个所见即所得的超文本浏览/编辑器。1989年12月，蒂姆为他的发明正式定名为WorldWideWeb，即我们熟悉的；1991年5月上首次露面，立即引起轰动，获得极大成功被广泛推广应用。2020/2/1722Internet在60年代就诞生了，为什么没有迅速流传开来呢？很重要原因是因为联接到Internet需要经过一系列复杂的操作，网络的权限也很分明，而且网上内容的表现形式极端单调枯燥。著名信息专家《数字化生存》的作者尼葛洛庞帝教授认为：1989年是Internet历史上划时代的分水岭。赋予了强大的生命力，Web浏览的方式给了互联网靓丽的青春。2020/2/1723TCP/IP标准1.标准的历程(RFC:Requestforcomment,STD:Standard)草案建议标准RFC草案标准RFC标准RFCSTDTCP/IP标准ProposedStandardsDraftStardandsStandardOthersRFCRFCSUB-SERIESExperimentalInformationalHistoricEarlyRFCsStandardBestCurrentPractice(BCP)ForYourInformation(FYI)2RFC分类2020/2/17261.2TCP/IP协议族的体系结构各种应用层协议网络接口层(HTTP,FTP,SMTP等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPARPRARP与各种网络接口网络层（网际层）IGMP五层协议的体系结构应用层(applicationlayer)传输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4传输层3网络层2数据链路层1物理层应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)传输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构无连接分组交付服务传输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP的三个服务层次TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了高效的四层体系结构，即网络接口层、IP层、传输层和应用层。沙漏计时器形状的TCP/IP协议族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层………网络接口1网络接口2IPoverEverythingIP屏蔽各种底程物理网络技术差异EverythingoverIPIP可为各式各样的应用程序提供服务网络接口31、网络接口层(帧)有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。312、网络层IP（IP数据报）有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。323、运输层：主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。334、应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序：•Telnet远程登录。•FTP文件传输协议。•SMTP简单邮件传送协议。•SNMP简单网络管理协议。342020/2/1735IP数据报的格式一个IP数据报由首部和数据两部分组成。数据部分首部IP数据报2020/2/1736固定部分可变部分04816192431版本标志生存时间协议标识区分服务总长度片偏移填充首部检验和源地址目的地址可选字段（长度可变）位首部长度数据部分数据部分首部IP数据报首部发送在前2020/2/1737可变部分首部04816192431版本标志生存时间协议标识区分服务总长度片偏移填充首部检验和源地址目的地址可选字段（长度可变）位首部长度数据部分数据部分首部IP数据报固定部分发送在前2020/2/1738首部04816192431版本标志生存时间协议标识总长度片偏移填充首部检验和源地址目的地址可选字段（长度可变）位首部长度数据部分数据部分首部IP数据报固定部分可变部分区分服务发送在前2020/2/1739首部04816192431版本标志生存时间协议标识总长度片偏移填充首部检验和源地址目的地址可选字段（长度可变）位首部长度数据部分固定部分可变部分版本——占4位，指IP协议的版本目前的IP协议版本号为4(即IPv4)区分服务IP数据报首部的固定部分中的各字段2020/2/1740首部04816192431版本标志生存时间协议标识总长度片偏移填充首部检验和源地址目的地址可选字段（长度可变）位首部长度数据部分固定部分可变部分首部长度——占4位，可表示的最大数值是15(单位:4字节)，IP首部长最大60字节区分服务2020/2/1741首部04816192431版本标志生存时间协议标识总长度片偏移填充首部检验和