计算机网络基础(第3版)[李志球][电子教案]第9章

[e-mail]1第9章TCP/IP网际层和传输层本章要点：◆掌握网络层协议IP及IP数据报头部格式◆掌握TCP/IP的地址、子网掩码和网关等概念◆掌握子网划分技术和划分方法◆了解其它常用预处理命令的形式◆掌握TCP提供的服务、段格式和工作原理◆了解端口号和套接口的概念◆掌握UDP数据包格式、提供的服务和传输方法[e-mail]2目录9.1网际协议（IP）和IP地址9.2子网的划分与配置9.3TCP/IP网际层其它协议9.4传输控制协议（TCP）9.5用户数据报协议(UDP)第9章TCP/IP网际层和传输层[e-mail]3TCP/IP协议最初为ARPAnet设计，主要考虑不同厂家生产的异种网络的互联问题，后来发展成为Internet所使用的协议，UNIX操作系统也将它作为它的核心组成部分。TCP/IP协议已成为目前事实上的工业标准。第9章TCP/IP网际层和传输层[e-mail]4TCP/IP协议事实上只定义了网际层、传输层和应用层三级，没有对网络接口层（数据链路层和物理层）明确定义。这也是TCP/IP的重要特点，正因为如此，它可以连接由不同的低两层协议构成的世界上各种各样的物理网络。网际层包含网际协议（IP）、网际控制报文协议（ICMP）、地址解析协议（ARP）、逆向地址解析协议（RARP）和网际组报文协议（IGMP）；传输层有传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）两个端到端的协议；应用层协议更多，主要有HTTP、FTP、SMTP、SNMP、Telnet、TFTP、DNS和Ping等，以及路由协议如RIP、OSPF等第9章TCP/IP网际层和传输层[e-mail]5网际协议IP（InternetProtocol）不但为各个互联的网络提供统一的数据包格式，而且还提供寻址、路由选择、数据的分段和重组功能，它能将数据包从一个网络转发到另一个网络。IP协议以包的单位传输数据，Internet中称为IP数据报。IP协议提供的是不可靠的面向无连接的数据报服务，它不管传送的数据报正确与否，都不进行检查、不回送确认，也没有流量控制和差错控制功能。IP这种特性不是一种缺点，它提供了传输功能的主框架，用户可以根据需要在传输层对给定的应用添加必要的功能。第9章TCP/IP网际层和传输层就像将国语、日语、阿拉伯语等翻译成统一的世界语。或理解为是将各国邮寄的信件外面包上一个用世界语翻译的统一信封，便于在世界范围内传递。如视频聊天等多媒体信息，如果每包都检查保证正确，出错重传，则不能保证实时。[e-mail]69.1网际协议（IP）和IP地址9.1.1IP数据报IP数据报是一个可变长度的包（最小为20字节，最大65536字节）。由头部和数据两部分组成。[e-mail]79.1网际协议（IP）和IP地址9.1.1IP数据报1）版本号：表示IP的版本，占4位。IPv4的版本号二进制表示为“0100”（十进制的4）；IPv6为“110”。2）头部长度：定义报文头部的长度，占4位，表示范围为十进制0～15，它的值是行数（4字节（32位）为一行）。例如，如果HLEN的值为5，则表示头部有5行，头部长度为54=20个字节；如果值为15，则表示头部长度为154=60个字节。3）总长度：占16位，表示IP数据报的总长度，216=65536个字节。[e-mail]89.1网际协议（IP）和IP地址9.1.1IP数据报4）生存周期TTL占8位，定义了数据报被丢弃前可以传输的跳数。源节点创建数据报时设置初值，传输中每经过一个路由器将这个值减1，当值变为0（超时）还没到目标节点，路由器则丢弃该数据报，同时给源节点发送一个报文。5）源、目标IP地址，占32位，分别指明数据报的源节点和目标节点的IP地址。6）选项字段占32位。每行4个字节，可以为0～15行（40字节）。它为IP数据报提供了更多的功能，用来控制路由、时序、管理和定位等。[e-mail]99.1网际协议（IP）和IP地址9.1.2IP地址物理地址指网卡(NIC)地址，它也称为MAC地址或硬件地址。物理地址是由生产厂家通过编码烧制在网卡的硬件电路上，不管它位于什么地方，物理地址总是恒定不变的。网卡地址由48位二进制数字组成（用12位十六进制数表示），例如：00-AA-00-3F-89-4A。高24位是由IEEE分配的厂商地址，低24位由生产厂商自己管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址在全球都是惟一的。1.物理地址[e-mail]109.1网际协议（IP）和IP地址9.1.2IP地址1）IP地址由32位二进制比特组成，每8位为一段，共分为4段，段间用“.”分隔。为了易于阅读，IP地址的每一段表示为其对应的十进制数字，称为“点分十进制”表示形式。例如“211.70.248.3”。2）IP地址由类型、网络号和主机号三个部分组成。路由寻址时，首先根据地址的网络号到达网络，然后利用主机号到达主机。3）IP地址分为A类、B类、C类、D类和E类共五类，如图所示。不同的类适用于不同规模的网络。[e-mail]119.1网际协议（IP）和IP地址9.1.2IP地址[e-mail]129.1网际协议（IP）和IP地址9.1.2IP地址IP地址与电话号码类似，可以将类比作国家或地区代码；把网络号比作国内区号；把主机号理解为电话号码。IP地址与电话号码区别的是，电话系统中，总长度可变；但IP地址的总长度是固定的，为32位。[e-mail]139.1网际协议（IP）和IP地址9.1.2IP地址A类地址以“0”开头，它只用一个字节（8位）表示网络号，后三个字节代表主机号，适合于大型网络。A类网络号的二进制取值范围为“0000000～01111111”，对应的十进制数值范围为“0～127”。IP地址中规定，除了网络号的第一位指定的是“0”以外，其余7位全0（00000000）和全1（01111111）的有特殊用途。因此用于A类地址的网络号取值为“0000001～01111110”，即十进制的“1～126”。所以，真正可以分配给用户的A类IP地址的范围为“1.0.0.1～126.255.255.254”。[e-mail]149.1网际协议（IP）和IP地址9.1.2IP地址B类地址“10”开头，前两个字节代表网络号，后两个字节代表主机号。，可分配给用户的B类地址范围为“128.0.0.1～191.255.255.254”。C类地址“110”开头，前3个字节代表网络号，最后一个字节代表主机号。用于规模较小的局域网。第一个字节的十进制取值范围为“192～223”。D类地址“1110”开头，是留给组播地址用的。组组播只允许发送给一个选定的子集。D类地址第一个字节的十进制取值范围为“223～239”。E类地址“1111”开头，是保留地址，其第一个字节的十进制取值范围为“240～255”。[e-mail]159.1网际协议（IP）和IP地址A类、B类和C类为基本类，用于分配给用户的主机地址。类别网络地址的取值范围网络数每个网络可容纳的主机数A1.X.Y.Z～126.X.Y.Z126小于1700万个B128.0.Y.Z～191.255.Y.Z1634865000C192.0.0.Z～223.255.255.Z约200万个2549.1.2IP地址[e-mail]169.1网际协议（IP）和IP地址3.特殊的IP地址（保留地址）网络号主机号地址类型举例用途全0全0本机地址0.0.0.0启动时使用任意全0网络号61.0.0.0标识一个网络任意全1直接广播地址129.21.255.255在特定网上广播全1全1有限广播地址255.255.255.255在本网段上广播第一段为127任意回送地址127.0.0.1测试A类私有地址10.0.0.1～10.255.255.254保留的内部地址B类私有地址172.16.0.1～172.31.255.254保留的内部地址C类私有地址192.168.0.1到192.168.255.254保留的内部地址9.1.2IP地址[e-mail]179.1网际协议（IP）和IP地址4．路由器（网关）的IP编址Internet中，除了给每个主机分配IP地址外，网络设备（如路由器或网关）也必须拥有IP地址，一个路由器或网关常常被分配两个或更多的IP地址，用于连接两个或多个网络。9.1.2IP地址[e-mail]189.1网际协议（IP）和IP地址5．IP地址的分配和使用Internet中IP地址是由指定机构分配的。这些地址外部用户可以访问它们，将它称为IP公有地址。局域网内部的计算机如果不作为Internet的主机供其他用户访问，那么IP地址可以任意分配。习惯上家庭网络、网吧和办公室等小型局域网使用保留的C类内部地址。Pv4的地址只有32位，资源已十分紧张，在新一代的Internet中，将会使用128位的IPv6地址。9.1.2IP地址[e-mail]199.1网际协议（IP）和IP地址9.1.3子网掩码和默认网关1.子网掩码1）子网掩码的作用通信时必须首先判断通信双方的网络ID是否相同，就像电话系统中根据区号是否一致而判断是本地市内电话还是长途电话一样。子网掩码的长度也是32位，它和IP地址进行按位逻辑与运算后，可以得到主机的网络ID（类似于电话系统中的区号）。如果两台计算机网络ID相同，则表示它们属于同一网络。子网掩码的另一个作用是将一个网络ID再划分为若干个子网，以解决网络地址不够的问题。[e-mail]209.1网际协议（IP）和IP地址网络类别子网掩码（二进制）子网掩码（十进制）A11111111.00000000.00000000.00000000255.0.0.0B11111111.11111111.00000000.00000000255.255.0.0C11111111.11111111.11111111.00000000255.255.255.09.1.3子网掩码和默认网关1.子网掩码2）默认子网掩码[e-mail]219.1网际协议（IP）和IP地址两个远程网络通信时，主机可以通过默认网关（DefaultGateway）将数据发送到不同网络号的目标主机，它是远程网络通信的接口。因此在计算机的“Internet协议（TCP/IP）”的配置中，如果没有指定默认网关，则通信仅局限于本地网络。默认网关可以由本地网络中的某台计算机兼任，也可以使用路由器，但路由器是一种专用的、智能性的网络硬件设备。一般内部网关用于单位内部局域网之间的通信，而外部网络之间的通信则选用外部网关。9.1.3子网掩码和默认网关2.默认网关[e-mail]229.1网际协议（IP）和IP地址9.1.4IP地址的配置管理1.静态IP地址静态IP地址由网络用户或管理员手工对每一台主机TCP/IP协议的相关选项（IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器等）进行配置。静态IP地址有公有地址和私有地址两类，公有地址网络外用户在任何地方都能访问，但需要到指定的机构去申请；而私有地址只在局域网内部使用，外部网络不能访问它们。[e-mail]239.1网际协议（IP）和IP地址9.1.4IP地址的配置管理动态IP地址由DHCP服务器动态分配。请求DHCP服务的主机，每次入网时所得到的IP地址可能不同，这是因为DHCP服务器将地址池中的某个地址临时分配给主机，主机使用结束后又由DHCP服务器收回，供其它主机使用。3.动态IP地址Lizq98@xzc