第七章 TCP/IP协议及应用

主要内容：

1. 协议栈
2. IP地址
3. TCP/IP协议
4. IPv6

一、TCP/IP协议栈

二、IP地址

IPv4

1、特殊地址

• 网络地址，不可以用作主机地址
• 广播地址，不可以用作主机地址
• 回环地址
• 公共地址
• 内部地址

网络地址

指定网络广播地址（路由器可转发）

受限广播地址（路由器不转发）

回环地址

公共地址

IETF分别从A、B、C三类地址中取出一段地址范围保留用作内部网络地址，他们分别是：

  10.0.0.0 ～ 10.255.255.255

  172.16.0.0～ 172.31.255.255

  192.168.0.0～ 192.168.255.255

  这些地址范围是专门用来标识内部网络的，不能用来访问Internet，因为Internet上路由器不会转发目标地址在上述三个范围内的数据包。

2、 网络掩码：用于标志网络地址和主机地址的代码。

• 不同类型的网络（A、B、C）具有不同的网络掩码
• 255.0.0.0  255.255.0.0 255.255.255.0
• 网络地址的获取：逻辑“与”
• 划分网络号和主机边界
• 对子网进行精确的划分，减小子网络空间
• 子网掩码就是将Hostid的一部分作为网络Netid的延伸

掩码地址的格式：前N位1+后M位0=32

掩码地址“与”IP地址= 对应子网的“实际网络地址”

路由特点：子网划分对外部的路由器是透明的、对子网内部的路由器是不透明的

三、TCP/IP协议

• 网络层协议: ICMP IGMP ARP RARP
• 传输层协议: UDP TCP 
• 应用层协议: SMTP/POP HTTP DNS FTP…

不同层次的协议

数据帧的分用过程

1、网络层协议

• 网络层协议格式头格式
• ARP/RARP
• ICMP
• IGMP

地址解析协议(ARP/RARP)

ICMP

用于网络设备和结点之间的控制和差错报文的传输（主机之间，而不是应用之间）

• Error message—一些网络错误信息
• Ping—测试工具
• Traceroute—路由跟踪

windows tracert
封装于IP数据包内部

ICMP差错报文

ICMP查询报文

IGMP

Multicast

Internet Group Management Protocol

RFC1112

类型1：多播路由器查询报文，组地址为0
类型2：主机组播报告报文，组地址为该主机加入的组播组。

2、传输层协议

TCP协议概述：

• 面向连接
• 连接定义：四元组（客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址和服务器端口号）；
• 应用程序利用TCP协议进行数据传输之前，首先建立基于TCP的四元组连接；
• 进行数据传输之前进行“握手”，双工通信。

可靠传输服务

• TCP协议利用网络层的IP协议进行数据传输，而IP协议是一种不可靠协议。（丢包，失序），如何获得可靠性？ 
• 数据分割使之适于网络传输
• 定时重传机制
• 校验和
• 重复丢弃和失序纠正
• 流量控制

面向字节流的传送服务
 TCP协议将应用程序需要传输的数据理解为按顺序排列的二进制位，并按八位字节为基本单位，形成有序的八位字节流。发送方将数据以字节流的顺序递交给下层的TCP协议进行传输， TCP协议在组织传输时并不关心数据的结构，接收方的TCP协议将数据以相同的字节流顺序交给接收方的程序。

Connect：（socket) 
1) 请求端（通常称为客户）发送一个syn段指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号；
2) 服务器发回包含服务器的初始序号的syn报文段作为应答。同时，将确认序号设置为客户的ISN+1；
3) 客户将确认序号设置为服务器的ISN+1。

关闭连接
1、建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过4次握手；
2、T C P连接是全双工（即数据在两个方向上能同时传递），因此每个方向必须单独地进行关闭；
3、收到一个F I N只意味着在这一方向上没有数据流动，一个T C P连接在收到一个F I N后仍能发送数据。

TCP/UDP协议对比

首先，TCP是一种面向连接的协议，而UDP是无连接的协议。这其中的区别在于：

第一，TCP协议是以连接作为协议数据的最终目标的。UDP协议则是以目标端口作为协议数据的最终目标。因此，TCP的协议端口是可以复用的，UDP协议的端口在同一时间则只能为一个应用程序所用。

第二，一个连接是由两个端点构成的，并为该连接分配一定的资源（缓冲区）。UDP协议则不需要这个过程，可以直接发送和接收数据。

其次，TCP提供的是可靠的传输服务，而UDP协议提供的是不可靠的服务。使用不可靠的服务进行数据传输时，数据可能会丢失，失序，重复等。而可靠的服务能保证发送方发送的数据能原样到达接收方。

最后，TCP提供的是面向字节流的服务。应用程序只需将要传输的数据以字节流的形式提交给TCP协议，在连接的另一端，数据以同样的字节流顺序出现在接收程序中。而UDP协议的传输单位是数据块，一个数据块只能封装在一个UDP数据包中。

可靠应用需要TCP协议

TCP协议的连接建立需要一定时间，不适于实时性要求的应用

而用UDP协议具有一定丢失不敏感的应用使用UDP协议

3、应用层协议

电子邮件原理与协议
http
DNS
FTP

HTTP－Hypertext Transfer Protocol

• 无状态协议
• WWW的核心协议
• 应用层
• 1990－Rfc2616－http1.1

HTML三个主要缺点:

  1、不能适应现在越多的网络设备和应用的需要， 比如手机、PDA、信息家电都不能直接显示HTML;

  2、由于HTML代码不规范、臃肿，浏览器需要足够智能和庞大才能够正确显示HTML;

  3、数据与表现混杂， 你的页面要改变显示，就必须重新制作HTML。

XML

  XML 是一种简单、与平台无关并被广泛采用的标准。

  XML 标记用于定义数据本身的结构和数据类型，XML 相对于 HTML 的优点是它将用户界面与结构化数据分隔开来。

XML是web发展的趋势，XHTML是一个基于XML的置标语言， XHTML就是一个扮演着类似HTML的角色的XML，所以，本质上说，XHTML是一个过渡技术，结合了XML(有几分)的强大功能及HTML(大多 数)的简单特性。 XHTML是当前替代HTML4标记语言的标准，使用XHTML 1.0。

DNS

域名系统（ D N S）是一种用于T C P / I P应用程序的分布式数据库，它提供主机名字和I P地址之间的转换及有关电子邮件的选路信息。
每个站点（如大学中的系、校园、公司或公司中的部门）保留它自己的信息数据库，并运行一个服务器程序供I n t e r n e t上的其他系统（客户程序）查询。D N S提供了允许服务器和客户程序相互通信的协议。
从应用的角度上看，对D N S的访问是通过一个地址解析器（ r e s o l v e r）来完成的。在U n i x主机中，该解析器主要是通过两个库函数g e t h o s t b y n a m e（）和g e t h o s t b y a d d r（）来访问。