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1、TCP/IP原理与应用原理与应用第第1章章 TCP/IP协议概述协议概述（1）主讲：孙飞显主讲：孙飞显 1/17/20231中原工学院计算机学院网际层的网际层的 IP 协议及配套协议协议及配套协议各种应用层协议各种应用层协议 网络接口层网络接口层(HTTP,FTP,SMTP 等等)物理硬件物理硬件运输层运输层TCP,UDP应用层应用层ICMPIPARP RARP与各种网络接口与各种网络接口网络层网络层（网际层）（网际层）IGMP1/17/20232中原工学院计算机学院IP 数据报的格式数据报的格式 一个一个 IP 数据报由数据报由首部首部和和数据数据两部分组成。两部分组成。数 据 部 分首 部
2、IP 数据报1/17/20233中原工学院计算机学院固定部分可变部分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1/17/20234中原工学院计算机学院可变部分首部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
3、发送在前1/17/20235中原工学院计算机学院首部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1/17/20236中原工学院计算机学院首部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
4、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数据报首部的固定部分中的各字段 1/17/20237中原工学院计算机学院首部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首部长度占占 4 位，可表示的最大数值位，可表示的最大数值是是 15(单位单位:4 字节字节)，IP首部长最大首部长最大 60 字节字节区 分 服 务1/17/20238中原工学院计算机学院首部04816192431版 本标志生 存
5、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区分服务（区分服务（1998年前叫年前叫服务类型）服务类型）一般的情况下都不使用这个字段一般的情况下都不使用这个字段 区 分 服 务1/17/20239中原工学院计算机学院首部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总长度：首部和数据总长度：首部和数据长度长度之和，最大长度：之和
6、，最大长度：65535 B总长度必须不超过总长度必须不超过MTU。区 分 服 务1/17/202310中原工学院计算机学院首部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标识标识(identification)，占，占 16 位，用于位，用于标识标识数据报数据报 区 分 服 务1/17/202311中原工学院计算机学院首部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
7、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标志标志(flag)：3 位，后两位有意义：位，后两位有意义：最低位最低位 MF(More Fragment)1表示后面表示后面“还有分片还有分片”中间位是中间位是 DF(Dont Fragment)0 时允许分片时允许分片 1/17/202312中原工学院计算机学院首部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片偏移：片偏移：12 位，用于标识
8、分片在原分组位，用于标识分片在原分组中的相对位置，片偏移单位：中的相对位置，片偏移单位：8 B区 分 服 务1/17/202313中原工学院计算机学院偏移偏移=0/8=0偏移偏移=0/8=0偏移偏移=1400/8=175偏移偏移=2800/8=350140028003799279913993799需分片的需分片的数据报数据报数据报片数据报片 1首部首部数据部分共数据部分共 3800 字节字节首部首部 1首部首部 2首部首部 3字节字节 0数据报片数据报片 2数据报片数据报片 314002800字节字节 0IP 数据报分片举例数据报分片举例1/17/202314中原工学院计算机学院首部04816
9、192431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生存时间生存时间(8 位位)记为记为 TTL(Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务1/17/202315中原工学院计算机学院首部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
10、分协议协议(8 位位)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议字段指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程层将数据部分上交给哪个处理过程区 分 服 务1/17/202316中原工学院计算机学院运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程1/17/202317中原工学院计算机学院首部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
11、部分可变部分首部检验和：首部检验和：16，只检验数据报的首部，只检验数据报的首部不用不用 CRC而用而用二进制反码求和运算二进制反码求和运算 区 分 服 务1/17/202318中原工学院计算机学院发送端发送端接收端接收端16 位位字字 116 位位字字 2置为全置为全 0检验和检验和16 位位字字 n16 位位反码算术反码算术运算求和运算求和取反码取反码数数据据报报首首部部IP 数据报数据报16 位位检验和检验和16 位位字字 116 位位字字 216 位位检验和检验和16 位位字字 n16 位位反码算术反码算术运算求和运算求和16 位位结果结果取反码取反码数据部分数据部分若结果为若结果为
12、0,则保留；则保留；否则，丢弃该数据报否则，丢弃该数据报数据部分数据部分不参与检验和的计算不参与检验和的计算1/17/202319中原工学院计算机学院首部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源地址和目的地址都各占 4 字节区 分 服 务1/17/202320中原工学院计算机学院1/17/202321中原工学院计算机学院偏移=0/8=0偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=3501400280037992799
13、13993799需分片的数据报数据报片 1首部数据部分共 3800 字节首部 1首部 2首部 3字节 0数据报片 2数据报片 314002800字节 0IP 数据报分片的举例数据报分片的举例首部被复制为首部首部被复制为首部1，首部，首部2，首部，首部3，需修改总长度、，需修改总长度、MF、DF、片偏移、片偏移1/17/202322中原工学院计算机学院1/17/202323中原工学院计算机学院片重组都在目的主机上进行ABMTU=620R1R2MTU=1500MTU=1500以太网以太网分片重组1/17/202324中原工学院计算机学院IP首部的可变部分 选项字段：用来支持排错、测量以及安全等选项
14、字段：用来支持排错、测量以及安全等选项字段长度可变：选项字段长度可变：1 40B意图：增加意图：增加IP数据报的功能数据报的功能很少用很少用 1/17/202325中原工学院计算机学院ARP和和RARP IP 地址地址物理地址物理地址ARP物理地址物理地址IP 地址地址RARP1/17/202326中原工学院计算机学院ARP的工作过程的工作过程主机建立一个主机建立一个ARP表表，表中存放，表中存放（IP地址，地址，MAC地址）对地址）对；若目的主机在若目的主机在同一子网同一子网内，用目的内，用目的IP地址在地址在ARP表中查找，表中查找，若若未找到未找到，则发送广播包，目的主机收到后给出应答，
15、则发送广播包，目的主机收到后给出应答，ARP表增加一项；表增加一项；每个每个主机启动主机启动时，时，广播广播它的（它的（IP地址，地址，MAC地址）映射；地址）映射；ARP表中的表项有表中的表项有生存期生存期，超时则删除。，超时则删除。1/17/202327中原工学院计算机学院1/17/202328中原工学院计算机学院当主机当主机 A 欲向本局域网上的某个主机欲向本局域网上的某个主机 B 发送发送 IP 数据报时，就先在其数据报时，就先在其 ARP 高速缓高速缓存（存（ARP Cache）中查看有无主机中查看有无主机 B 的的 IP 地址地址如有，就可查出其对应的硬件地址如有，就可查出其对应的
16、硬件地址再将此硬件地址写入再将此硬件地址写入 MAC 帧帧通过局域网将该通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址帧发往此硬件地址映射存在的情况映射存在的情况1/17/202329中原工学院计算机学院ARP 响应AYXBZ主机 B 向 A 发送ARP 响应分组 主机 A 广播发送ARP 请求分组 ARP 请求ARP 请求ARP 请求ARP 请求209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址我是 209.0.0.6硬件地址是
17、08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-181/17/202330中原工学院计算机学院ARP 高速缓存的作用高速缓存的作用为为了了减减少少网网络络上上的的通通信信量量，主主机机 A 在在发发送送其其 ARP 请请求求分分组组时时，就就将将自自己己的的 IP 地地址址到硬件地址的映射写入到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。请求分组。当当主主机机 B 收收到到 A 的的 ARP 请请求求分分组组时时，就就将将主主机机 A 的的这这一一地地址址映映射射写写入入主主机机 B 自自己己的的 ARP 高高速速缓缓存存中中。这这对对主
18、主机机 B 以以后向后向 A 发送数据报时就更方便了。发送数据报时就更方便了。1/17/202331中原工学院计算机学院使用使用 ARP 的四种典型情况的四种典型情况 发送方是主机，要把发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。找到目的主机的硬件地址。发送方是主机，要把发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。器的硬件地址。剩下的工作由这
19、个路由器来完成。发送方是路由器，要把发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的数据报转发到本网络上的一个主机。这时用一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。找到目的主机的硬件地址。发送方是路由器，要把发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。1/17/202332中原工学院计算机学院逆地址解析协议逆地址解析协议 RARP 逆地址解析协议逆地址解析协议 RARP 使只知
20、道自己硬件使只知道自己硬件地址的主机能够知道其地址的主机能够知道其 IP 地址。地址。这种主机往往是无盘工作站。这种主机往往是无盘工作站。因此因此 RARP协议目前已很少使用。协议目前已很少使用。1/17/202333中原工学院计算机学院ICMP协议协议引入引入ICMP协议的原因协议的原因ICMP 报文的封装与拆封报文的封装与拆封ICMP 差错报文差错报文ICMP 控制报文控制报文ICMP 请求与应答报文请求与应答报文1/17/202334中原工学院计算机学院引入引入ICMP协议的原因协议的原因发送发送IP数据报的源主机送出数据报的源主机送出IP数据报即完成任务数据报即完成任务IP数据报的传输
21、由路由器负责数据报的传输由路由器负责遇到目标主机关机、线路出错、传输延时等问题时，遇到目标主机关机、线路出错、传输延时等问题时，IP数据报在传输途中可能出错数据报在传输途中可能出错IP 数据报本身没有获得差错报文，更不能对差错报数据报本身没有获得差错报文，更不能对差错报文进行控制文进行控制1/17/202335中原工学院计算机学院ICMP 报文的封装与拆封报文的封装与拆封首 部ICMP 报文报文0数 据 部 分检验和检验和类型类型代码代码81631IP 数据报前 4 个字节都是一样的ICMP 数据区数据区头部头部1/17/202336中原工学院计算机学院ICMP 报文类型及代码报文类型及代码0
22、：回送应答回送应答03：目标不可达：目标不可达0154：源站抑制：源站抑制05：重定向：重定向038：回应请求回应请求09：路由通告：路由通告010：路由请求：路由请求011：超时：超时0112：参数出错：参数出错0113：时间戳请求：时间戳请求 014：时间戳应答：时间戳应答 017：地址掩码请求：地址掩码请求 018：地址掩码应答：地址掩码应答 01/17/202337中原工学院计算机学院ICMP差错报文差错报文目标不可达报文目标不可达报文（类型：（类型：3；代码：；代码：015）超时报文超时报文（类型：（类型：11；代码：；代码：01）参数错误报文参数错误报文（类型：（类型：12；代码：
23、；代码：01）1/17/202338中原工学院计算机学院ICMP报文的形成报文的形成当路由器发现某当路由器发现某IP数据报因某种原因数据报因某种原因无法继续转发和投递无法继续转发和投递时，则形成时，则形成ICMP报文，并从该报文，并从该IP数据报中截取源发主机数据报中截取源发主机的的IP地址，形成新的地址，形成新的IP数据报，转发给源发主机，以报告数据报，转发给源发主机，以报告差错的发生及其原因，如下图所示：差错的发生及其原因，如下图所示：1/17/202339中原工学院计算机学院ICMP 差错报文的形成差错报文的形成 首部IP 数据报ICMP 的前 8 字节装入 ICMP 报文的 IP 数据
24、报首部ICMP 差错报告报文8字节收到的 IP 数据报IP 数据报首部8字节ICMP 差错报告报文IP 数据报的数据字段1/17/202340中原工学院计算机学院目标不可达目标不可达ICMP报文报文1/17/202341中原工学院计算机学院ICMP报文的返回报文的返回携带携带ICMP报文的报文的IP数据报在反馈传输过程中不具有任何数据报在反馈传输过程中不具有任何优先级，与正常的优先级，与正常的IP数据报一样进行转发。若携带数据报一样进行转发。若携带ICMP报文的报文的IP数据报在传输过程中出现故障，转发该数据报在传输过程中出现故障，转发该IP数据报数据报的路由器将不再产生任何新的差错报文，如下
25、图所示：的路由器将不再产生任何新的差错报文，如下图所示：1/17/202342中原工学院计算机学院ICMP差错报文的特点差错报文的特点都是由路由器发送都是由路由器发送只提供差错报告，不提供处理措施只提供差错报告，不提供处理措施没有优先权，可能被丢弃没有优先权，可能被丢弃数据区包含产生差错报文数据区包含产生差错报文IP数据报的头部数据报的头部和数据区的前和数据区的前8个字节个字节1/17/202343中原工学院计算机学院ICMP 控制报文控制报文源站抑制报文源站抑制报文路由请求报文路由请求报文路由通告报文路由通告报文重定向报文重定向报文 1/17/202344中原工学院计算机学院ICMP请求和应答报文请求和应答报文ICMPICMP回送请求回送请求：类型：类型：8，代码：，代码：0ICMPICMP应答报文应答报文：类型：类型：0，代码：，代码：01/17/202345中原工学院计算机学院时间戳请求和响应消息时间戳请求和响应消息1/17/202346中原工学院计算机学院