1、秦皇島職業技術學院信息工程系TCP/IP結課論文專業： 物聯網 班級： 1140202 題目： TCP/IP協議在現實技術中的應用 姓名： 楊敬 結課設計1. TCP/IP協議并不完全符合OSI的七層參考模型。傳統的開放式系統互連參考模型，是一種通信協議的7層抽象的參考模型,其中每一層執行某一特定任務。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這7層是:物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。而TCP/IP通訊協議采用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的網絡來完成自己的需求。這4層分別為： 應用層：應用程序間溝通的層，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳

2、輸協議（FTP）、網絡遠程訪問協議（Telnet）等。 傳輸層：在此層中，它提供了節點間的數據傳送，應用程序之間的通信服務，主要功能是數據格式化、數據確認和丟失重傳等。如傳輸控制協議（TCP）、用戶數據報協議（UDP）等，TCP和UDP給數據包加入傳輸數據并把它傳輸到下一層中，這一層負責傳送數據，并且確定數據已被送達并接收。 互連網絡層：負責提供基本的數據封包傳送功能，讓每一塊數據包都能夠到達目的主機（但不檢查是否被正確接收），如網際協議（IP）。 網絡接口層（主機-網絡層）：接收IP數據報并進行傳輸，從網絡上接收物理幀，抽取IP數據報轉交給下一層，對實際的網絡媒體的管理，定義如何使用實際網絡

3、（如Ethernet、Serial Line等）來傳送數據。 七層協議TCP/IP協議包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等許多協議，這些協議一起稱為TCP/IP協議。以下我們對協議族中一些常用協議英文名稱和用途作一介紹： TCP傳輸控制協議 IP網間網協議 UDP用戶數據報協議 ICMP互聯網控制信息協議 SMTP簡單郵件傳輸協議 SNMP簡單網絡管理協議 FTP文件傳輸協議 ARP地址解析協議 從協議分層模型方面來講，TCP/IP由四個層次組成：網絡接口層、網間網層、傳輸層、應用層。 其中： 網絡接口層 這是TCP/IP軟件的最低層，負

4、責接收IP數據報并通過網絡發送之，或者從網絡上接收物理幀，抽出IP數據報，交給IP層。 網間網層 負責相鄰計算機之間的通信。其功能包括三方面。一、處理來自傳輸層的分組發送請求，收到請求后，將分組裝入IP數據報，填充報頭，選擇去往信宿機的路徑，然后將數據報發往適當的網絡接口。二、處理輸入數據報：首先檢查其合法性，然后進行尋徑-假如該數據報已到達信宿機，則去掉報頭，將剩下部分交給適當的傳輸協議；假如該數據報尚未到達信宿，則轉發該數據報。三、處理路徑、流控、擁塞等問題。 傳輸層 提供應用程序間的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠傳輸。為實現后者，傳輸層協議規定接收端必須發回確認，并且假

5、如分組丟失，必須重新發送。 應用層 向用戶提供一組常用的應用程序，比如電子郵件、文件傳輸訪問、遠程登錄等。遠程登錄TELNET使用TELNET協議提供在網絡其它主機上注冊的接口。TELNET會話提供了基于字符的虛擬終端。文件傳輸訪問FTP使用FTP協議來提供網絡內機器間的文件拷貝功能。2.（1）結構：IP 數據包也分為"標頭"和"數據"兩個部分。"標頭"部分主要包括版本、長度、IP 地址等信息，"數據"部分則是 IP 數據包的具體內容IP 數據包的"標頭"部分的長度為 20 到 60 字節，整個

6、數據包的總長度最大為 65,535 字節。因此，理論上，一個 IP 數據包的"數據"部分，最長為 65,515 字節。前面說過，以太網數據包的"數據"部分，最長只有 1500 字節。因此，如果 IP 數據包超過了 1500 字節，它就需要分割成幾個以太網數據包，分開發送了。過程：主機A與主機B通信,A Ping B,圖:A-交換機-B,AB同一子網A , ping數據包用的是ICMP協議，IP協議的一個子協議，位于三層，包含A的IP，B的IP,三層進行IP封裝成包,進入二層B , A,B處于相同子網,查看緩存中對與目的對應得B第2層mac地址,如果存在，

7、直接進行第2層封裝成幀，經物理層信號編碼，以0101010010這樣的bits流傳輸在網絡介質上。C , 如果不存在B的MAC，則發送ARP廣播請求B的MAC，ARP數據包經物理層進入交換機端口，需要進行源端口號學習，目的端口查找，B響應ARP請求，交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。B通過ARP單播把B的MAC響應給A,此時再返回(2)的處理過程。D , 當再進行A與B之間數據包轉發，將直接用B的MAC地址封裝，數據轉發得以高速交換主機A與主機C通信，A Ping C,圖:A-交換機-路由器M-路由器N-交換機-C，AC不同子網A

8、, 兩個機器不在同一子網內，A要與目的C通信，A要向“缺省網關”發出ARP包，而“缺省網關”的IP地址已經在A系統軟件中設置。這個IP地址實際上對應路由器M的E0的IP地址。所以A對“缺省網關”的IP地址廣播出一個ARP請求時，路由器M的E0口的MAC回復給A，此時A數據包的目的MAC替換為M的E0口MAC。B , MAC替換后，經物理層，傳輸到交換機物理層，再傳到交換機數據鏈路層，再經數據數據鏈路層到物理層。C , 經bit流傳到路由器M的物理層，然后傳到數據鏈路層，二層解封裝，目的IP與路由器M三層IP路由表比較，若匹配正確，交給上層處理，否則會緩存數據包內容，然后根據目標地址查找路由表找

9、到相關表項，得到NEXT HOP及出接口的MAC地址，用這兩個地址作為新的目的及源MAC地址封裝事先緩存的數據包，然后轉發，這個過程稱為幀的重寫（REWRITE）。D , 重復進行MAC替換后， 在路由器N中，找到與目的IP匹配表項，若N中存在C對應的MAC表項，則數據傳輸到C網絡層，否則N發送ARP廣播請求C的MAC。 (5)當C收到A的數據包后，再從A到C進行一次反向MAC替換過程。反向過程中，每一步省略掉ARP請求NEXT HOP的MAC，因為MAC表已經建立起來。 （2）TCP: 將主機A和B作為一組，主機C和D作為一組，主機E和F作為一組。現僅以主機A、B為例，其它組的操作參考主機A

10、、B的操作。a主機B啟動協議分析器捕獲數據，并設置過濾條件（提取TCP協議）。 主機B在命令行下輸入：netstat -a -n命令來查看主機B的TCP端口號。b 主機A啟動TCP工具連接主機B。 主機A啟動實驗平臺工具欄中的“TCP工具”。選中“客戶端”單選框，在“地址”文本框中填入主機B的IP地址，在“端口”文本框中填入主機B的一個TCP端口，點擊連接按鈕進行連接。c 察看主機B捕獲的數據d 主機A斷開與主機B的TCP連接。f 察看主機B捕獲的數據作用：TCP（傳輸控制協議）協議是TCP/IP協議族中的面向連接的、可靠的傳輸層協議。TCP與UDP不同，它允許發送和接收字節流形式的數據。為了

11、使服務器和客戶端以不同的速度發送和接收數據，TCP提供了發送和接收兩個緩沖區。TCP提供全雙工服務，數據同時能雙向流動。通信的每一方都有發送和接收兩個緩沖區，可以雙向發送數據。TCP在報文中加上一個遞增的確認序列號來告訴發送端，接收端期望收到的下一個報文，如果在規定時間內，沒有收到關于這個包的確認響應，則重新發送此包，這保證了TCP是一種可靠的傳輸層協議。UDP: 將主機A和B作為一組，主機C和D作為一組，主機E和F作為一組。現僅以主機A、B所在組為例，其它組的操作參考主機A、B所在組的操作。a 主機A打開協議編輯器，編輯發送給主機B的UDP數據報。 MAC層： 目的MAC地址：接收方MAC地

12、址 源MAC地址：發送方MAC地址 協議類型或數據長度：0800，即IP協議 IP層： 總長度：包括IP層、UDP層和數據長度 高層協議類型：17，即UDP協議 首部校驗和：其它所有字段填充完畢后填充此字段 源IP地址：發送方IP地址 目的IP地址：接收方IP地址 UDP層： 源端口：1030 目的端口：大于1024的端口號 有效負載長度：UDP層及其上層協議長度 其它字段默認，計算校驗和。 b 在主機B上啟動協議分析器捕獲數據，并設置過濾條件（提取UDP協議）。c 主機A發送已編輯好的數據報。d 主機B停止捕獲數據，在捕獲到的數據中查找主機A所發送的數據報。作用：UDP協議負責把報文交付到正

13、確的進程ICMP:實驗開始前主機B首先執行命令“staticroute_config”啟動靜態路由。 a 主機B、E、F啟動協議分析器，打開捕獲窗口進行數據捕獲并設置過濾條件（提取ICMP協議）。b 主機A ping 主機E（）。 主機C ping 主機F（）。c 主機B、E、F停止捕獲數據，察看捕獲到的數據  協議分析器停止捕獲，觀察現象。 IP協議是一種不可靠無連接的協議，當數據包經過多個網絡傳輸后，可能出現錯誤、目的主機不響應、包擁塞和包丟失等問題。為了處理這些問題，在IP層引入了另一個協議ICMP（Internet控制信息協議）。ICM

14、P報文有兩種類型：差錯報文和查詢報文。ICMP報文封裝在IP報文里傳輸。ICMP報文可以被IP協議、傳輸層協議（TCP或UDP）和用戶進程使用。ICMP與IP一樣，都是不可靠傳輸，ICMP的信息也可能丟失。為了防止ICMP報文無限制的連續發送，對于ICMP報文在傳輸中發生的問題，將不再發送ICMP差錯報文DHCP: 每臺主機為一組。現僅以主機A所在組為例，其它組的操作參考主機A所在組的操作。a 記下本機的IP地址，在命令行方式下，輸入下面的命令：“netsh interface ip set address name=“本機可用網卡的接口名” source=dhcp”。b 啟動協議分析器捕獲數

15、據，并設置過濾條件（提取DHCP協議）。c 在命令行方式下，輸入命令“ipconfig -release”。d 在命令行方式下，輸入命令“ipconfig -renew”。e 察看DHCP會話分析f 等待時間超過租用時間（上表中的“租借時間”的值）的50%后，察看捕獲的數據包。 DHCP(動態主機配置協議）提供了一種動態指定IP地址的機制。DHCP主要用于大型網絡環境和配置IP比較困難的地方。DHCP服務器自動為客戶端指定IP地址，使得網絡上的計算機通信變得方便而容易實現。DHCP使IP地址可以租用，租期從1分鐘到100年不定，當租期到了的時候，服務器可以把這個IP地址分配給別的主機使用。（3）.局域網中出現沖突與廣播風暴的原因和處理方法、過程以及結果原因：有很多原因，如蠕蟲病毒，交換機端口故障，網卡故障，鏈路冗余沒有啟用生成樹協議，網線線序錯誤或受到干擾等。主要原因：網卡或網絡設備損壞，網絡環路，網絡病毒處理方法：減少廣播風暴，設置廣播風暴閥值，分割廣播域過程：廣播幾乎占用了子網內網絡的所有帶寬。網絡中不能長時間出現大量的廣播幀，否則就會出現所謂的“廣播風暴”（每秒的廣播幀數在1000以上）。拿開會打一個比方，在會場上只能有一個人發言，如果所有人都同時發言的話，會場上就會亂成一鍋粥。廣播風暴就是網絡長時間被大量的廣播數據包所占用，使正常的點對點通信無法正常進行，其外在