Chapter2 Internet Protocols TCP/IP and the DoD Model DoD 模型被认为是 OSI 参考模型的浓缩品,分为 4 层,从上到下是: 1.Process/Application layer 2.Host-to-Host layer 3.Internet layer 4.Network Access layer 其中,如果在功能上和 OSI 参考模型互相对应的话,那么: 1.DoD 模型的 Process/Application 层对应 OSI 参考模型的最高 3 层 2.DoD 模型的 Host-to-Host 层对应 OSI 参考模型的 Transport 层 3.DoD 模型的 Internet 层对应 OSI 参考模型的 Network 层 4.DoD 模型的 Network Access 层对应 OSI 参考模型的最底 2 层 The Process/Application Layer Protocols Process/Application 层包含的协议和应用程序有: Telnet,FTP,X Windows,TFTP,SMTP,SNMP,NFS 和 LPD 等等 Dynamic Host Configuration Protocol(DHCP)/BootP(Bootstrap Protocol) 动态主机配置协议(DHCP)服务器可以提供的信息有: 1.IP 地址 2.子网掩码(subnet mask) 3.域名(domain name) 4.默认网关(default gateway) 5.DNS 6.WINS 信息 The Host-to-Host Layer Protocols Host-to-Host 层描述了 2 种协议: 1.传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP) 2.用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP) Transmission Control Protocol(TCP) 当 1 个主机开始发送数据段(segment)的时候, 发送方的 TCP 协议要与接受方的 TCP 协议进行 协商并连接, 连接后即所谓的虚电路(virtual circuit),这样的通信方式就叫做面向连接 (connection-oriented).面向连接的最大优点是可靠,但是它却增加了额外的网络负担(overhead) User Datagram Protocol(UDP) UDP 协议的最他特点是无连接(connectionless),即不可靠,因为它不与对方进行协商并连接,它 也不会给数据段标号,也不关心数据段是否到达接受方 Key Concepts of Host-to-Host Protocols 现在把 TCP 协议和 UDP 协议的一些特性做个比较: 1.TCP.协议在传送数据段的时候要给段标号;UDP 协议不 2.TCP 协议可靠;UDP 协议不可靠 3.TCP 协议是面向连接;UDP 协议采用无连接 4.TCP 协议负载较高;UDP 协议低负载 5.TCP 协议的发送方要确认接受方是否收到数据段;UDP 反之 6.TCP 协议采用窗口技术和流控制;UDP 协议反之 Port Numbers TCP 和 UDP 协议必须使用端口号(port number)来与上层进行通信,因为不同的端口号代表了 不同的服务或应用程序.1 到 1023 号端口叫做知名端口号(well-known port numbers).源端口一 般是 1024 号以上随机分配 The Internet Layer Protocols 在 DoD 模型中,Internet 层负责:路由,以及给上层提供单独的网络接口 Internet Protocol(IP) IP 协议查找每个数据包(packets)的地址,然后,根据路由表决定该数据包下 1 段路径该如何走, 寻找最佳路径 Internet Control Message Protocol(ICMP) ICMP 协议一样是工作在 DoD 模型的 Internet 层,IP 协议使用 ICMP 协议来提供某些不同的 服务,ICMP 协议是一种管理协议 一些 ICMP 协议相关信息和事件: 1.目标不可达(destination unreachable):假如 1 个 routers 不能把 IP 协议数据报发送到更远的地 方去,于是 router 将发送 ICMP 协议信息给数据报的发送方,告诉它说目标网络不可达 2.缓冲区已满(buffer full):假如 router 的缓冲区已经存满发送方发来的 IP 协议数据报了,它将 发送 ICMP 协议信息给发送方并告诉它缓冲区已满,如果再继续接受的话将导致缓冲区溢出, 造成数据丢失 3.跳(hops):IP 协议数据报经过 1 个 router,称为经过 1 跳 4.Ping(Packet Internet Groper):采用 ICMP 协议信息来检查网络的物理连接和逻辑连接是否完 好 5.Traceroute:根据 ICMP 协议信息来跟踪数据在网络上的路径,经过哪些跳 Address Resolution Protocol(ARP) 地址解析协议(ARP)用于根据 1 个已知的 IP 地址查找硬件地址.它把 IP 地址翻译成硬件地址 Reverse Address Resolution Protocol(RARP) RARP 协议用于把 MAC 地址翻译成 IP 地址 IP Addressing IP 地址是软件地址,MAC 地址是硬件地址,MAC 地址是烧录在 NIC 里的,MAC 地址用于在本 地网络查找主机地址.IP 地址是唯一的,也叫做网络地址(network address);硬件地址也叫节点 地址(node address) Network Address 网络地址分为 5 类: 1.A 类地址:4 个 8 位位组(octets).第一个 octet 代表网络号,剩下的 3 个代表主机位.范围是 0xxxxxxx,即 0 到 127 2.B 类地址: 前 2 个 octets 代表网络号,剩下的 2 个代表主机位. 范围是 10xxxxxx,即128 到191 3.C 类地址: 前 3 个octets 代表网络号,剩下的1 个代表主机位 . 范围是 110xxxxx,即 192 到 223 4.D 类地址:多播地址,范围是 224 到 239 5.E 类地址:保留,实验用,范围是 240 到 255 Network Address:Special Purpose 一些特殊的 IP 地址: 1.IP 地址 127.0.0.1:本地回环(loopback)测试地址 2.广播地址:255.255.255.255 3.IP 地址 0.0.0.0:代表任何网络 4.网络号全为 0:代表本网络或本网段 5.网络号全为 1:代表所有的网络 6.节点号全为 0:代表某个网段的任何主机地址 7.节点号全为 1:代表该网段的所有主机 广播地址 TCP/IP 协议规定,主机号部分各位全为 1 的 IP 地址用于广播.所谓广播地址指同时 向网上所有的主机发送报文,也就是说,不管物理网络特性如何,Internet 网支持广播传输.如 136.78.255.255 就是 B 类地址中的一个广播地址,你将信息送到此地址,就是将信息送给网络 号为 136.78 的所有主机.有时需要在本网内广播,但又不知道本网的网络号时 ,TCP/IP 协议规 定 32 比特全为 1 的 IP 地址用于本网广播,即 255.255.255.255 Private IP Address 私有 IP 地址(private IP address):节约了 IP 地址是空间,增加了安全性.处于私有 IP 地址的网络 称为内网,与外部进行通信就必须靠网络地址翻(network address translation,NAT) 一些私有地址的范围: 1.A 类地址中:10.0.0.0 到 10.255.255.255.255 2.B 类地址中:172.16.0.0 到 172.31.255.255 3.C 类地址中:192.168.0.0 到 192.168.255.255 Broadcast Address 广播地址: 1.层 2 广播:FF.FF.FF.FF.FF.FF,发送给 LAN 内所有节点 2.层 3 广播:发送给网络上所有节点 3.单播(unicast):发送给单独某个目标主机 4.多播:由 1 台主机发出,发送给不同网络的许多节点 Introduction to Network Address Translation(NAT) NAT 一般都操作在 Cisco router 上,用于连接 2 个网络,同时把私有地址翻译公有地址 一些 NAT 的种类以及特点: 1.静态NAT(static NAT):本地地址和全局地址一一对应.这样的方式需要你拥有真正的Internet 上的 IP 地址 2.动态 NAT(dynamic NAT):把未注册的 IP 地址对应到已注册 IP 地址池中的某个 IP 地址上. 你不必需要静态配置你的 router 使内外地址对应 3.超载(overloading):采用的最广泛的 NAT 配置类型.类似动态 NAT,但是它是把 1 组未注册的 IP 地址根据不同的端口(ports)对应到 1 个已注册的 IP 地址上.因此,它又叫做端口地址翻译 (port address translation,PAT) . 类地址中:10.0.0.0 到 10 .25 5 .25 5 .25 5 .25 5 2. B 类地址中:1 72. 16.0.0 到 1 72. 31 .25 5 .25 5 3.C 类地址中:1 92. 168.0.0 到 1 92. 168 .25 5 .25 5 Broadcast Address 广播地址: 1.层 2 广播:FF.FF.FF.FF.FF.FF,发送给. 类地址:多播地址,范围是 22 4 到 23 9 5.E 类地址:保留,实验用,范围是 24 0 到 25 5 Network Address:Special Purpose 一些特殊的 IP 地址: 1.IP 地址 127 .0.0.1:本地回环(loopback)测试地址 2. 广播地址 :25 5 .25 5 .25 5 .25 5 3.IP