第8章

TCP/IP協議

本章要點： ◆

駕馭網絡層協議IP及IP數據報頭部格式◆

駕馭TCP/IP的地址、子網掩碼和網關等概念◆

駕馭子網劃分技術和劃分方法◆

了解其它常用預處理吩咐的形式◆

駕馭TCP供應的服務、段格式和工作原理◆

了解端口號和套接口的概念◆駕馭UDP數據包格式、供應的服務和傳輸方法1第8章

TCP/IP協議目錄 8.1網際協議（IP）和IP地址 8.2子網的劃分與配置8.3傳輸限制協議（TCP）8.4用戶數據報協議(UDP)28.1網際協議（IP）和IP地址

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TCP/IP體系結構如圖所示：網際協議IP（InternetProtocol）不但為各個互聯的網絡供應統一的數據包格式，而且還供應尋址、路由選擇、數據的分段和重組功能，它能將數據包從一個網絡轉發到另一個網絡。IP協議以包的單位傳輸數據，IP數據包在Internet中稱為IP數據報。IP協議供應的是不行靠的面對無連接的數據報服務，它不管傳送的數據報正確與否，都不進行檢查、不回送確認，也沒有流量限制和差錯限制功能。IP這種特性不是一種缺點，它供應了傳輸功能的主框架，用戶可以依據須要在傳輸層對給定的應用添加必要的功能。38.1網際協議（IP）和IP地址8.1.1IP數據報(a)IP數據報格式

(b)IP頭部格式

IP數據報是一個可變長度的包（最小為20字節，最大65536字節）。它由頭部和數據兩部分組成，數據報格式和頭部的構成如圖所示。48.1網際協議（IP）和IP地址8.1.2TCP/IP協議的地址物理地址指網卡(NIC)地址，它也稱為MAC地址或硬件地址。物理地址是由生產廠家通過編碼燒制在網卡的硬件電路上，不管它位于什么地方，物理地址總是恒定不變的。網卡地址由48位二進制數字組成（用12位十六進制數表示），高24位是由IEEE安排的廠商地址，低24位由生產廠商自己管理的地址（序列號），每一個網卡的物理地址在全球都是惟一的。

1.物理地址

2.IP地址

lIP地址由32位二進制比特組成，每8位為一段，共分為4段，段間用“.”分隔。為了易于閱讀，IP地址的每一段表示為其對應的十進制數字，稱為“點分十進制”表示形式。例如“”。lIP地址由類型、網絡號和主機號三個部分組成，如圖(a)所示。路由尋址時，首先依據地址的網絡號到達網絡，然后利用主機號到達主機。lIP地址分為A類、B類、C類、D類和E類共五類，如圖所示。不同的類適用于不同規模的網絡。58.1網際協議（IP）和IP地址

2.IP地址8.1.2TCP/IP協議的地址68.1網際協議（IP）和IP地址1.物理地址2.IP地址3.特殊的IP地址（保留地址）網絡號主機號地址類型舉例用途全0全0本機地址啟動時使用任意全0網絡號標識一個網絡任意全1直接廣播地址55在特定網上廣播全1全1有限廣播地址55在本網段上廣播第一段為127任意回送地址測試A類私有地址

～54保留的內部地址

B類私有地址

～54保留的內部地址C類私有地址

到54保留的內部地址8.1.2TCP/IP協議的地址78.1網際協議（IP）和IP地址5.IP地址的安排和運用Internet中IP地址是由指定機構安排的。這些地址外部用戶可以訪問它們，將它稱為IP公有地址。局域網內部的計算機假如不作為Internet的主機供其它用戶訪問，那么IP地址可以隨意安排。IPv4的地址只有32位，資源已特別驚惶，在新一代的Internet中，將會運用128位的IPv6地址。路由器或網關常常被安排兩個或更多的IP地址，用于連接兩個或多個網絡，如圖所示。8.1.2TCP/IP協議的地址

4.路由器（網關）的IP編址88.1網際協議（IP）和IP地址8.1.3子網掩碼和默認網關

1.子網掩碼子網掩碼能分出IP地址中哪些位是網絡ID，哪些位是主機ID。通過它和IP地址進行按位“邏輯與（AND）”運算，可以屏蔽掉IP地址中的主機部分，得到IP地址的網絡ID。假如兩臺計算機網絡ID相同，則表示兩臺計算機屬于同一網絡。子網掩碼的另一個作用是將一個網絡ID再劃分為若干個子網，以解決網絡地址不夠的問題。

l子網掩碼的作用

l默認子網掩碼

網絡類別

子網掩碼（二進制）

子網掩碼（十進制）

A11111111.00000000.00000000.00000000

B11111111.11111111.00000000.00000000

C11111111.11111111.11111111.00000000

2.默認網關98.1網際協議（IP）和IP地址8.1.4IP地址的配置管理

1.靜態IP地址靜態IP地址由網絡管理員手工對主機TCP/IP協議的相關選項進行配置。分為IP公有地址和IP私有地址兩類。

2.引導程序協議BOOTP

3.動態IP地址動態IP地址由DHCP服務器動態安排。懇求DHCP服務的主機，每次入網時所得到的IP地址可能不同，這是因為DHCP服務器將地址池中的某個地址臨時安排給主機，主機運用結束后又由DHCP服務器收回，供其它主機運用。

4.自動專用IP地址地址空間為“”～“54”。小型局域網中假如沒有DHCP服務器，可以將全部的計算機都設為“自動獲得IP地址”，這樣每個Windows2000的計算機都運用自動專用IP地址。108.2子網的劃分與配置8.2.1子網劃分的作用

l可以連接不同的網絡

l重新組合網絡的通信量

l減輕網絡地址數不夠的負擔l更有效地運用網絡地址118.2子網的劃分與配置8.2.2子網劃分的方法子網劃分可以從IP地址的主機號前面部分“借”位，并把它們指定為子網號。

1.確定子網的數目依據子網數目確定取子網號位數。如取3位，可以有23＝8種組合。留意：l子網號必需是2位以上，主機號部分不能少于兩位。l子網號不能為全0（但有些路由器支持“0”子網實現）l子網號不能為全“1”子網數的計算公式如下：2n－2（n≥2，n是子網號位數）

2.確定每個子網支持的最大主機數每個子網支持的最大主機數用主機號的剩余部分計算而得。公式為：2n－2其中，n是剩余的主機號位數。減去2的緣由是主機號全“0”和全“1”都不能作為主機號。主機號全“0”代表網絡號加子網號，主機號全“1”代表這個子網的廣播地址。128.2子網的劃分與配置8.2.2子網劃分的方法

4.為每個子網確定地址段劃分子網后的子網掩碼會有變更，它是將對應位子網號的部分全變為“1”后作為新的子網掩碼。例如，對于B類地址，假如取主機號的前三位作為子網號，則相應的子網掩碼變更如下：劃分前：11111111.11111111.00000000.00000000，十進制為劃分后：11111111.11111111.11100000.00000000，十進制為

3.劃分子網后的子網掩碼確定好子網號的位數后，須要計算出每個子網的起始地址、結束地址、子網的網絡ID及子網的廣播地址。【例8.1】設有一個C類IP地址，其網絡號為，現須要將它劃分為5個子網，每個子網的主機數不超過30個，并假設路由協議支持同時發布網絡地址及子網掩碼。請計算出每個子網的網絡地址、起始地址、結束地址和子網的廣播地址，并計算出劃分子網后的子網掩碼。138.2子網的劃分與配置解：依據題意，劃分5個子網，可以從主機號中取前3位（23－2＝6）作為子網號。又因為路由協議支持同時發布網絡地址及子網掩碼，可以劃分“0”子網。因此實際可劃分為7個子網。主機號剩余5位，每個子網可容納的主機數為25－2＝30，滿足題意要求。

l劃分子網后的子網掩碼為：11111111.11111111.11111111.11100000，對應的十進制為24l第一個子網的編址如下：11010011.01000110.11111000.00000000（）,子網網絡號11010011.01000110.11111000.00000001（）,起先地址11010011.01000110.11111000.00000010（）……11010011.01000110.11111000.00011110（0），結束地址11010011.01000110.11111000.00011111（1），子網廣播地址l其次個子網的編址如下：11010011.01000110.11111000.00100000（2）,子網網絡號11010011.01000110.11111000.00100001（3）,起先地址……148.2子網的劃分與配置

依此類推，可以得到全部七個子網的編址，如表所示。

子網值子網網絡ID開始地址結束地址子網廣播地址0000100123230104545011672627100282958591016061909111092932223111Network/AddressN/AN/AN/A8.2.2子網劃分的方法158.3傳輸限制協議（TCP）8.3.1TCP供應的服務IP是一個不行靠的面對無連接的協議，它不能確保數據報的正確傳遞。當須要牢靠的端到端的傳輸服務時，可以運用TCP。而當須要供應較高數據傳輸速率時，可以運用UDP。l面對連接l點對點通信l傳輸牢靠性l全雙工通信l流接口l牢靠的連接建立l完備的連接終止168.3傳輸限制協議（TCP）8.3.1TCP供應的服務8.3.2TCP段格式

1.TCP的分段和重組TCP在進行通信時，發送端的TCP將長的傳輸劃分為更小的數據單元，同時將每個數據單元組裝成幀，它也稱為段。每個段都包括一個用來在接收后重排的序列號、確認ID號及用于滑動窗口ARQ的窗口大小等字段。分段后的每個段都封裝在IP數據報中，在接收端，TCP收集每個到來的數據報，然后依據序列號進行重組。178.3傳輸限制協議（TCP）

2.TCP的段格式8.3.1TCP供應的服務8.3.2TCP段格式188.3傳輸限制協議（TCP）8.3.3端口號和套接口

1.端口號對于TCP或UTP的應用程序，都有標識該應用程序的端口號，即端口號用于區分各種應用。端口號的長度是16位，可供應216＝65536個不同的端口號。端口號1至255作為公共端口，是保留號，并將它公布于眾，這樣常用的進程對應哪個端口號就統一了。例如，HTTP的端口號為80，FTP的端口號為21，Telnet的端口號為23，SMTP的端口號為25，域名服務器的端口號為53等。256至1024用于UNIX服務。端口號的另一種安排方法叫本地安排，運用1024以上的端口號。本地安排方式不受網絡規模的限制，但通信雙方相互之間須要預先知道，如將HTTP的端口號安排為8080。

2.套接口計算機的IP地址加上TCP軟件運用的端口號構成了套接口。端口號是抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口卻是具體的，是指向某一確定的應用程序的地址，通信時可依據套接口使一個進程和另一個過程進行對話。198.3傳輸限制協議（TCP）◆

有關網絡地址的概念

計算機網絡中有各種地址，它們對應于OSI/RM和TCP/IP的關系如下：

l數據鏈路層：MAC地址（物理地址、網卡地址、NIC地址）

對于以太網，就是網卡地址，它由48位二進制值組成。

l網絡層：網絡層地址

Internet中就是IP地址，由32位二進制值組成。IPv6地址由128位二進制值組成。

l高層（應用層）：端口號

例如，HTTP的端口號為80。208.3傳輸限制協議（TCP）8.3.4TCP工作流程

1.建立