互联网技术及应用 课程的目的与任务: 研究TCPP协议栈各子层协议,重点理解应用层协议及部分底层 协议原理,了解 TCP/P的网络配置及维护。 第一章重点: 第1章概述 1.基本网络 1.1因特网概述 术语和概 12TCPP网际互连的体系结构 念 13TCPP协议族 1.3.1TCPP的产生与发展 2.TCP/P分 1.3.2TCPP分层模型 层模型及 1.3.3TCPP协议族中各协议功能 134复用和分解 其工作原 1.3.5深层的TCPP协议和服务 理 14端口号 15应用编程接口 3.TCPP协 议族结构 4.复用和分 引言 解的原理 很多不同的厂家生产各种型号的计算机,它们运行完全不同的操作5.端口号的 系统,但TCP/IP协议族允许它们互相进行通信。它成为被称作“全 概念 球互联网”或“因特网( Internet)”的基础。本章主要对TCP/IP 协议族进行概述,其目的是为本书其余章节提供充分的背景知识 1.1因特网概述(见ppt) 计算机网络的概念 计算机网络的结构
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 1 页 互联网技术及应用 课程的目的与任务： 研究 TCP/IP 协议栈各子层协议，重点理解应用层协议及部分底层 协议原理，了解 TCP/IP 的网络配置及维护。 第1章概述 1.1 因特网概述 1.2 TCP/IP 网际互连的体系结构 1.3 TCP/IP 协议族 1.3.1 TCP/IP 的产生与发展 1.3.2 TCP/IP 分层模型 1.3.3 TCP/IP 协议族中各协议功能 1.3.4 复用和分解 1.3.5 深层的 TCP/IP 协议和服务 1.4 端口号 1.5 应用编程接口 引言 很多不同的厂家生产各种型号的计算机，它们运行完全不同的操作 系统，但T C P / I P协议族允许它们互相进行通信。它成为被称作“全 球互联网”或“因特网( I n t e r n e t )”的基础。本章主要对T C P / I P 协议族进行概述，其目的是为本书其余章节提供充分的背景知识 1.1 因特网概述（见ppt） 计算机网络的概念 计算机网络的结构 第一章重点： 1. 基本网络 术语和概 念 2.. TCP/IP 分 层 模 型 及 其 工 作 原 理 3.. TCP/IP 协 议族结构 4.. 复 用 和 分 解的原理 5. 端 口 号 的 概念
中原工学院教案专用纸 数据交换的方式 Internet的发畏 拓扑结构的演变1,2,3 Internet的组成1,2 因特网部件示例 12 TCP/P网际互连的体结构(见ppt) ICPP网络的特点 网络互连的概念 TCPP的网絡互连 TCPP网络互连的透明性 TCPP常用概念 13TCPP协议族(同肘参照ppt) 1.3.1TcP/P的产生与发畏 1.3.2TCP/P分层模型 协议分层的必要恒 ◆由于数据通信系统的复杂性,仅使用单一的协议来处理所有的传输任 务是不现实的,而是需要一整套相互合作的协议,这些协议又称为协议 族或协议套件 ◆通信系统的复杂性体现在: 1硬件故障。主机或路由器可能因硬件故障或操作系统崩溃而不能工
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 2 页 数据交换的方式 Internet 的发展 —— 拓扑结构的演变 1，2，3 Internet 的组成 1，2 因特网部件示例 1.2 TCP/IP 网际互连的体系结构（见 ppt） TCP/IP 网络的特点 网络互连的概念 TCP/IP 的网络互连 TCP/IP 网络互连的透明性 TCP/IP 常用概念 1.3 TCP/IP 协议族（同时参照 ppt） 1.3.1 TCP/IP 的产生与发展 1.3.2 TCP/IP 分层模型 协议分层的必要性 由于数据通信系统的复杂性，仅使用单一的协议来处理所有的传输任 务是不现实的，而是需要一整套相互合作的协议，这些协议又称为协议 族或协议套件。 通信系统的复杂性体现在： 1.硬件故障。主机或路由器可能因硬件故障或操作系统崩溃而不能工
中原工学院教案专用纸 作。网络传输链路可能偶尔出现断路或者完全失效的情况。协议软件必 须能够检测出这些失效,如果可能,还应进行恢复工作。 2.网络拥塞。即使所有的软硬件都工作正常,网络的承载能力也是有 限的。协议软件必须采取一定的策略,使已经发生拥塞的机器能抑制通 信量的增加。 3分组时延与丢失。有时分组的时延特别长,甚至丢失了分组。协议软 件必须能适应分组的长时延以及丢失的情况 4数据损伤。电磁干扰和硬件的故障会导致传输的差错,因而使所传数 据内容出错。协议软件必须能检测这些差错并从差错中恢复过来。 5数据重复及乱序。提供多路由的网络可能会送出乱序的分组数据或重 复的分组。协议软件必须能将分组重新排序并抛弃重复的分组。 协议分层的原则 不论采用何种具体的层次结构以及各层的功能是什么,分层协议软件 的操作都基于同一基本原则,即目标机的第n层所收到的数据就是源 主机的第n层所发出的数据 ◆分层原则解释了为什么分层思想是解决复杂协议实现问题的十分有效 的方法。它允许协议的设计者能在一段时间内把注意力集中到某一层上 而不必考虑较低层的执行情况。 例如,在编制文件传输应用程序时,设计者仅仅需要考虑把两份应用程序分 别放到两台机器上,然后如何进行报文的交互来完成文件的传输。设计者认为 台主机上的应用程序所收到的数据就应该是另一台主机的应用程序发来的数据
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 3 页 作。网络传输链路可能偶尔出现断路或者完全失效的情况。协议软件必 须能够检测出这些失效，如果可能，还应进行恢复工作。 2. 网络拥塞。即使所有的软硬件都工作正常，网络的承载能力也是有 限的。协议软件必须采取一定的策略，使已经发生拥塞的机器能抑制通 信量的增加。 3.分组时延与丢失。有时分组的时延特别长，甚至丢失了分组。协议软 件必须能适应分组的长时延以及丢失的情况。 4.数据损伤。电磁干扰和硬件的故障会导致传输的差错，因而使所传数 据内容出错。协议软件必须能检测这些差错并从差错中恢复过来。 5.数据重复及乱序。提供多路由的网络可能会送出乱序的分组数据或重 复的分组。协议软件必须能将分组重新排序并抛弃重复的分组。 协议分层的原则 不论采用何种具体的层次结构以及各层的功能是什么，分层协议软件 的操作都基于同一基本原则，即目标机的第 n 层所收到的数据就是源 主机的第 n 层所发出的数据。 分层原则解释了为什么分层思想是解决复杂协议实现问题的十分有效 的方法。它允许协议的设计者能在一段时间内把注意力集中到某一层上 而不必考虑较低层的执行情况。 例如，在编制文件传输应用程序时，设计者仅仅需要考虑把两份应用程序分 别放到两台机器上，然后如何进行报文的交互来完成文件的传输。设计者认为一 台主机上的应用程序所收到的数据就应该是另一台主机的应用程序发来的数据
中原工学院教案专用纸 这样就把复杂的问题进行了分解,使之模块化、简单化,有利于协议的开发与调 对协议分层的理解 1.每个协议属于分层的协议体系的层次之一。 2.某一层的某个协议分布于具体的网络实体(包括端系统和分组交 换机)之中,由网络实体实现。 3.对于第n层上运行的协议数据单元(PDU),常表示为n-PDU 个n-PDU的内容和格式以及这些n-PDU在网络元素之间交换的方 式,由第n层协议定义。 4.各层的所有协议统称为协议族。 5.第n-1层向第n层提供服务。为了实现两个层次之间的相互操 作,层次间的接口必须精确定义。标准化組织精确的定义了相邻层次间 的接口(例如,经这些层次传输的PDU格式),但允许网络软件和硬 件的研制者根据他们的意愿实现这些层次的内部。 6.协议层能够以软件、硬件或两者结合的方式实现。 条一层的功能或任务 1差错控制:使两个对等网络元素中层次间的逻辑通信更可靠 2.流控制:避免用PDU过载一个较慢的对等方 3分段和重组:发端将大的数据块分割成小块,收端将小块重组 4复用:允许一个较高层会话共享一个较低层连接
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 4 页 这样就把复杂的问题进行了分解，使之模块化、简单化，有利于协议的开发与调 试。 对协议分层的理解 1. 每个协议属于分层的协议体系的层次之一。 2. 某一层的某个协议分布于具体的网络实体（包括端系统和分组交 换机）之中，由网络实体实现。 3. 对于第 n 层上运行的协议数据单元（PDU），常表示为 n-PDU。 一个 n-PDU 的内容和格式以及这些 n-PDU 在网络元素之间交换的方 式，由第 n 层协议定义。 4. 各层的所有协议统称为协议族。 5. 第 n-1 层向第 n 层提供服务。 为了实现两个层次之间的相互操 作，层次间的接口必须精确定义。标准化组织精确的定义了相邻层次间 的接口（例如，经这些层次传输的 PDU 格式），但允许网络软件和硬 件的研制者根据他们的意愿实现这些层次的内部。 6. 协议层能够以软件、硬件或两者结合的方式实现。 每一层的功能或任务 1.差错控制：使两个对等网络元素中层次间的逻辑通信更可靠 2.流控制：避免用 PDU 过载一个较慢的对等方 3.分段和重组：发端将大的数据块分割成小块，收端将小块重组 4.复用：允许一个较高层会话共享一个较低层连接
中原工学院教案专用纸 5连接建立:提供对等方的握手 TCP/P分属的工作原理 TCP/IP协议体系和OSI模型的分层结构虽然不完全相同,但它 们的分层原则是一致的,即都遵循这样一个思想:分层的协议要被设计 成达到这样的效果,即目标机的第n层所收到的数据就是源主机的第n 层所发出的数据。 主机 应用层 B层 相同的报文 传输层」相同的分组L输层 IP层 相同的数据报 网络接口层,网络接口层 相同的帧 物理网络 命至甲发,( 个图1-3TCP/TP分层工作原理
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 5 页 5.连接建立：提供对等方的握手 TCP/IP 分层的工作原理 TCP／IP 协议体系和 OSI 模型的分层结构虽然不完全相同，但它 们的分层原则是一致的，即都遵循这样一个思想：分层的协议要被设计 成达到这样的效果，即目标机的第 n 层所收到的数据就是源主机的第 n 层所发出的数据
中原工学院教案专用纸 图1-3描述了TCP/IP分层工作原理,它表示了两台主机上的应 用程序之间传输报文的路径。主机B上的第n层所收到的正是主机A 上的第n层所发出的对象 在图1—3中忽略了一个重要的内容,即没有描述发送方主机上的 应用程序与接收主机的应用程序之间通过路由器进行报文传输的情况 主机A 主机B 应用层 相同的报文 应用层 相同的分组 传输 路由器R 相同的 数据报 数据报 回个长 网络接口层相同的帧、网络接口层相同的帧、网络接口层 物理网络)想(物理网络2 图14使用路由器的TCP/P分层工作原理
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 6 页 图 1-3 描述了 TCP／IP 分层工作原理，它表示了两台主机上的应 用程序之间传输报文的路径。主机 B 上的第 n 层所收到的正是主机 A 上的第 n 层所发出的对象. 在图 1—3 中忽略了一个重要的内容，即没有描述发送方主机上的 应用程序与接收主机的应用程序之间通过路由器进行报文传输的情况
中原工学院教案专用纸 图1—4中描述使用路由器的TCP/IP分层工作,图中报文经历 了两种结构不同的网络,也使用了两种不同的网络帧,即一个是从主机 A到路由器R,另一个是从路由器R到主机B。主机A发出的帧和路由 器R接收到的帧相同,但不同于路由器R和主机B之间传送的帧。与 此形成对照的是应用程序层和传输层处理端到端的事务,因此发送方的 软件能和最终的接收方的对等层软件进行通信。也就是说,分层原则保 证了最终的接收方的传输层所收到的分组与发送方的传输层送出的分 组是一样的 OSl与TCP/P棋型 应用层 Telnet、FTP和e-mal等 网络协议通常分不同层次 运输层 TCP和UDP 进行开发,每一层分别负责不 网络层 IP、ICMP和IGMP 同的通信功能。TCP/IP通常 链路层 设备驱动程序及接口卡 被认为是一个四层协议系统, 图1-1TCPP协议族的四个层次 如图1-1所示。每一层负责不 同的功能
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 7 页 图 1—4 中描述使用路由器的 TCP／ IP 分层工作，图中报文经历 了两种结构不同的网络，也使用了两种不同的网络帧，即一个是从主机 A 到路由器 R，另一个是从路由器 R 到主机 B。主机 A 发出的帧和路由 器 R 接收到的帧相同，但不同于路由器 R 和主机 B 之间传送的帧。与 此形成对照的是应用程序层和传输层处理端到端的事务，因此发送方的 软件能和最终的接收方的对等层软件进行通信。也就是说，分层原则保 证了最终的接收，方的传输层所收到的分组与发送方的传输层送出的分 组是一样的。 OSI 与 TCP/IP 模型 网络协议通常分不同层次 进行开发，每一层分别负责不 同的通信功能。T C P / I P通常 被认为是一个四层协议系统， 如图1 - 1所示。每一层负责不 同的功能：
中原工学院教案专用纸 )链路层: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。 2)网络层:处理分组在网络中的活动。 3)运输层:为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。 4)应用层:负责处理特定的应用程序细节。例 处理应用 FTP协议 应用层 服务器用户进程 内核处理通信细节 P协议 网络层 链路层以太网驱 以太网协议 动程序 动限序 以太网 图1-2局域网上运行FP的两台主机 2中列举了四种不同层次上的协议。FTP是一种应用层协议,T CP是一种运输层协议,IP是一种网络层协议,而以太网协议则应用于 链路层上。TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议 族。尽管通常称该协议族为TCP/IP,但TCP和IP只是其中的两种协 议而已(该协议族的另一个名字是 Internet议族( Internet Protocol Suite))。网络接口层和应用层的目的是很显然的一前者处理有关通信 媒介的细节(以太网、令牌环网等),而后者处理某个特定的用户应用 程序(FTP、 Te lne t等)。但是,从表面上看,网络层和运输层之
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 8 页 1) 链路层：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。 2) 网络层：处理分组在网络中的活动。 3) 运输层：为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。 4 ) 应用层：负责处理特定的应用程序细节。例： 1 - 2中列举了四种不同层次上的协议。F T P是一种应用层协议， T C P是一种运输层协议，I P是一种网络层协议，而以太网协议则应用于 链路层上。T C P / I P协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议 族。尽管通常称该协议族为T C P / I P，但T C P和I P只是其中的两种协 议而已（该协议族的另一个名字是I n t e r n e t协议族(Internet Protocol Suite)）。网络接口层和应用层的目的是很显然的—前者处理有关通信 媒介的细节（以太网、令牌环网等），而后者处理某个特定的用户应用 程序（ F T P、Te l n e t等）。但是，从表面上看，网络层和运输层之
间的区别不那么明显。为什么要把它们划分成两个不同的层次呢?为了 理解这一点,我们必须把视野从单个网络扩展到组网络 在图1-3中,我们可以划分出端系统( End system)(两边的两 台主机)和中间系统( Intermediate system)(中间的路由器)。应用层 和输层使用端到端(End-to-end)协议。在图中,只有端系统需要 这两层协议。但是,网络层提供的却是逐跳(Hop-by-hop)协议 两个端系统和每个中间系统都要使用它 FTP FTP协议 客户 服务器 TCP协议 P协议F「 P协议 以太网驱L以太网协议以太网驱令牌环驱L令牌环势议令牌环驱 动程序 动程序 动程序 以太网 令牌环 图1-3通过路由器连接的两个网络 在TCP/IP协议族中,网络层IP提供的是一种不可靠的服务。 也就是说,它只是尽可能快地把分组从源结点送到目的结点,但是并不 提供任何可靠性保证。而另一方面,TCP在不可靠的IP层上提供了· 个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务,TCP采用了超时重传 发送和接收端到端的确认分组等机制。由此可见,运输层和网络层分别
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 9 页 间的区别不那么明显。为什么要把它们划分成两个不同的层次呢？为了 理解这一点，我们必须把视野从单个网络扩展到一组网络。 在图1 - 3中，我们可以划分出端系统（ End system ）（两边的两 台主机）和中间系统（Intermediate system）（中间的路由器）。应用层 和输层使用端到端（ En d - t o - e n d）协议。在图中，只有端系统需要 这两层协议。但是，网络层提供的却是逐跳（ Ho p - b y - h o p）协议， 两个端系统和每个中间系统都要使用它。 在T C P / I P协议族中，网络层I P提供的是一种不可靠的服务。 也就是说，它只是尽可能快地把分组从源结点送到目的结点，但是并不 提供任何可靠性保证。而另一方面， T C P在不可靠的I P层上提供了一 个可靠的运输层。为了提供这种可靠的服务， T C P采用了超时重传、 发送和接收端到端的确认分组等机制。由此可见，运输层和网络层分别
中原工学院教案专用纸 第10页 负责不同的功能。 TCP/P棋型的分界處 分界线1:协议地址分界线,区分高层和底层寻址。高层寻址使用IP地 址,底层寻址使用物理地址 分界线2:操作系统分界线,区分系统程序和应用程序。当协议软件集 成到操作系统中后,提高了数据传输的效率。 1.3.3TcP/P协议族中各协议功能(同肘参照ppt TCP/P协议的体泉结构 TCPP协议族中不同层次的协议 在ICP/IP协议族中,有很多种协议。图1-4给出了本书将要讨论 的其他协议
中 原 工 学 院 教 案 专 用 纸 第 10 页 负责不同的功能。 TCP/IP 模型的分界线 分界线 1：协议地址分界线，区分高层和底层寻址。高层寻址使用 IP 地 址，底层寻址使用物理地址。 分界线 2：操作系统分界线，区分系统程序和应用程序。当协议软件集 成到操作系统中后，提高了数据传输的效率。 1.3.3 TCP/IP 协议族中各协议功能（同时参照 ppt） TCP/IP 协议的体系结构 TCP/IP 协议族中不同层次的协议 在T C P / I P协议族中，有很多种协议。图1 - 4给出了本书将要讨论 的其他协议