1、网络体系结构与网络协议,TCPIP体系结构,主讲：徐光达,1973年9月美国斯坦福大学的文顿瑟夫与卡恩提出了TCP/IP协议ARPA于 1977 年到1979 年研制成功 TCP/IP 协议 到1983 年为止，ARPAnet 全部转换成了 TCP/IP 协议 TCP/IP 与 UNIX 的结合是导致 TCP/IP 广泛流行的主要原因之一 而今， TCP/IP 协议已经变成了互联网的同义词 PC机系统都有相应的 TCP/IP 工业产品 TCP/IP 已经形成了事实上的工业标准,2、 TCPIP的发展正是基于TCPIP协议的支持，Internet发展壮大起来，成为今天全球最大的广域网。Inter
2、net的成功和TCPIP协议是密不可分的。由于Internet的成功和巨大影响，使得各种网络纷纷采用Internet技术并与之互连，所以TCPIP协议已成为建立计算机局域网、广域网的首选协议。TCPIP协议本也随着网身络技术的进步和信息高速公路的发展而在不断完善。,3、TCP/IP的特点,开放式协议标准。可免费使用。 与物理网络硬件无关。允许TCP/IP可以将很多不同类型的网络连接在一起。 统一的网络地址分配方案。每个TCP/IP设备在网中都有唯一的地址。 各种标准化的高级协议。可广泛、持续地提供多种用户服务。,（,一、 TCPIP协议概述,1 TCPIP的起源TCPIP协议，即传输控制协议网
3、际协议(Transmission Control ProtocolInternet Protocol)，是一种用于网际互连的协议。TCPIP的设计思想是首先承认已经存在的各种网络的差异性，然后设法从高层制造一个能够包容它们的大环境，即提供一种不同网络间能够通信的协议，TCPIP协议就是本着这一原则开发的。所以它可应用于各种不同的物理网络，实现各种异构的计算机和网络互连。,二、 TCPIP的重要意义,网络互连是目前网络技术研究的热点之一，在诸多网络互连协议中，TCPIP是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。TCPIP协议受重视的原因主要有以下几点： (1)为Internet采用。 (2)目前最为
4、可行的协议。 (3)各方投资巨大。,Internet是全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的计算机互联网，它的核心是开放，TCPIP协议体现的正是这一思想，且贯穿在整个体系结构中。网络互连的根本目标是隐藏所有底层网络的细节，形成一个使各种各样的计算机和网络都能互连和互操作的共同环境。采用TCPIP协议的Internet已经获得巨大成功。,虽然OSI参考模型是计算机网络协议的标准，其体系结构理论完善，各层协议考虑周到，但由于其开销太大，所以真正采用它的并不多。因此，完全符合OSI各层协议的商用产品进入市场很少，不能满足各种用户的需求。TCPIP协议则不然，它来自于实践，设计的初衷就是用来连接异
5、构环境的。由于它的简洁、实用，从而得到了广泛的应用，使得TCPIP协议的产品大量涌人市场，几乎所有的操作系统都支持TCPIP协议。TCPIP是多年的研究及商业化的结果，是一个经过考验的比较可靠的标准。目前，众多的网络产品厂家都支持TCPIP协议，TCPIP已成为一个事实上网络互连的工业标准和国际标准。,三、 TCPIP网络体系结构,TCPIP协议是一个协议簇(或称为协议栈)，“TCPIP“是这一组协议的代名词。这个协议簇中的传输控制协议TCP和网际协议IP是其中的两个核心协议，TCPIP协议因此而得名。TCPIP协议是先于OSI参考模型开发的(始于60年代)，故不完全符合OSI参考标准。但为了
6、讨论问题方便，人们经常将TCPIP协议与OSI参考模型参照对比。大致说来，TCP协议对应于OSI参考模型的传输层，IP协议对应于网络层。除了TCP和IP这两个协议之外，它还包括多种其他协议，组成了TCP/IP协议簇，其中有工具性协议、管理性协议及应用协议等。TCPIP协议作为一个协议簇，已发展成为一个网络体系结构。,TCP/IP协议的分层模型,对应于OSI模型的七层结构，TCP/IP协议可被大致分为四层。其对应关系如下：,（,TCP/IP体系结构与协议栈之间关系,TCPIP协议体系结构也称DoD(Department of Defense)模型。TCPIP是从实用性而非学术性角度开发的。事实上
7、，TCPIP是先有协议，其模型实际上是对已有协议的一种描述。,TCPIP模型包括4个概念层次 (1)应用层：包含了所有的高层协议，如FTP、TELNET、DNS、SMTP等。 (2)传输层(TCP层)：负责在源主机和目的主机的应用程序之间提供端到端的数据传输服务，主要有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。,(3)网络互连层(IP层)：网络互连层也称网际层，负责将数据报独立地从信息源送到信宿，主要解决路由选择、阻塞控制、网络互联等问题，主要有互联网协议IP。 (4)网络接口层：负责将IP数据报封装成适合在物理网络上传输的帧格式并传输，或将从物理网络接收到的帧解封，取出IP数据报交给上层的网
8、络互连层。,TCIIP协议与低层的数据链路层和物理层无关，因此在TCPIP的标准中并没有对最低的两层做出规定，这也是TCIIP的重要特点。正因为如此，它能广泛地支持由低两层协议构成的各种物理网络，将它们互连在一起。,应用层（Application Layer）：包含各种网络应用协议。如HTTP、FTP、telnet、SMTP、DNS、SNMP等。,1、Telnet： 它允许一个用户在一个远程的客户机上，访问另一台机器上的资源。,2 、FTP： 文件传输协议实际上就是传输文件的协议，它可以应用在任意两个主机之间。,3、TFTP：简单文件传输协议是FTP的简化版本，只有在你确切地知道想到得到的文件
9、名及他的准确位置时，才可有选择的使用TFTP。,传输层（Transport Layer）：,1、传输控制协议 TCP： TCP是面向连接的协议。所谓连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。 面向连接服务具有：连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。在传送数据时是按序传送的。,TCP协议工作机制,发送SYN信息(序号=x),接收SYN信息(序号=x),发送ACK 信息(确认号=y+1),主机A,主机B,接收SYN信息 (序号=y, 确认号=x+1),发送SYN信息(序号=y, 确认号=x+1),接收A
10、CK 信息(确认号=y+1),TCP/IP协议栈,应用层,网络接口层,网络层,传输层,IP ICMP ARP RARP, ICMP（Internet Control MessageProtocol)： 提供控制和传递消息的功能（但通信时需用IP封装）； ARP（Address Resolution Protocol)：为已知的IP地址确定网络接口层的MAC地址； RARP（Reverse Address ResolutionProtocol) ：为已知的网络接口层MAC地址确定对应的IP地址。,4个协议中仅IP具有全网的寻址能力，而ICMP、ARP和RARP均无全网的寻址能力，ICMP需要在不
11、同网络之间传递，因此必须用IP封装，ARP和RARP只在一个网络的内部进行通信，不需要在网络之间寻址，所以无须用IP封装。,网络层协议,1、网际协议（IP）：主要负责在主机之间寻址和选择数据包的路由。IP协议不含错误恢复的编码,属于不可靠的协议。,2、地址解析协议ARP:ARP (Address Resolution Protocol )把基于TCP/IP软件使用的IP地址解析成局域网硬件使用的媒体访问控制(MAC)地址。 ARP是一个广播协议网络上的每一台机器都能收到请求。每一台机器都检查请求的IP和自己的地址，符合要求的主机回答请求。,3、反向地址解析协议RARP： RARP （Rever
12、se Address Resolution Protocol) 一般仅适用于无盘工作站在启动时获取自身IP地址。通常主机将自己的IP地址存放在硬盘中，无盘工作站因为没有盘无法记忆自己的IP地址。所有无盘工作站的IP地址由RARP服务器集中保存，无盘工作站启动时通过发送RARP请求，从RARP服务器获得自己的IP地址。,4、ICMP协议 ICMP(Internet Control Message Protocol )传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP报文通常被网络层或更高层协议（TCP或UDP）使用。一些ICMP报文把差错报文返回给用户进程。 ICMP用来传送一些关于网络和主机的控制信
13、息。如目标主机不可到达、路由重定向等。常用的ping命令就是使用了ICMP协议。 ICMP不为数据提供错误控制服务，只是报告数据出错并不再传送错误的数据，并在IP数据报的生存期过后将其抛弃。,ICMP应用实例,B可到达吗？,可以，我在这里。,Ping B,ICMP 回声请求,ICMP 回声应答,B可到达吗？,我不知道B在哪里。,Ping B,ICMP 回声请求,目的端无法到达,一般而言，ping 目的端不可达可能有3个原因： （1）线路或网络设备故障，或目的主机不存在 （2）网络拥塞 （3）ICMP分组在传输过程中超时（TTL减为0）,主机A,主机A,主机B,主机B,网络接口层（Network
14、 Access Layer）：负责将IP分组封装成适合在物理网络上传输的帧格式并传输；或将从物理网络接收到的帧解封，取出IP分组交给网络互联层。当前几乎所有的物理网络上都可运行TCP/IP协议。数据链路层协议 端口,各端口的意义,端口,端口,TCP/UDP通信和端口号,主机A,主机B,Telnet B,目标端口号 =23，将报文 发送到Telnet 应用程序中,源端口 目的端口,1028 23, TCP/UDP中对等通信实体之间的通信相互用端口号标识； TCP报文目的端口号必须根据Telnet 协议的端口号确定； 源端口号由源主机动态地分配起始源端口号，通常是一些高于1023的端口号。,TCP
15、/IP层间传送机制,应用层,t f s t,e t m f,l p t t,n p p,e,t,23,21,25,69,UDP,TCP,6,17,IP,传输层,网络层,链路层,物理层,MAC地址,TYPE或DSAP,协议号,端口号, 物理层通过MAC地址向链路层传送数据帧； 链路层使用TYPE或DASP（Destination Service Access Point）识别IP协议 网络层根据协议号识别TCP或UDP 传输层经端口号访问各种应用服务,归纳总结,TCP/IP分层及各层主要协议： 数据链路层：SLIP、PPP 网络层：IP、ARP、RARP、ICMP 传输层：TCP、UDP 应用层：FTP、TELNET、SMTP、HTTP、TFTP,
