TCP/IP协议详解
黄润贵
目录
■ TCP/IP模型简介 ■数据链路层 ■网络层 ■传输层 ■应用层
网络的演进
Host Network
R
简单的联接 1960-1970 Low peed LinesR R
Host
Local Network
网络化联接 1970-1980
R
R
Interneting Network
线速度： 10M以太网：10M / ( 96+64+8×64 ) ≈ 14881（帧/秒） 100M以太网：100M/（96+64+8*64）≈ 148810（帧/秒）
传统的以太网－双绞线系统（一）
LAN双绞线使用成对绞在一起的四对线组成，成对绞在一起 的目的是减少干扰 10BASE-T、100BASE-TX使用其中的两对线(1-3、2-6) 其中1#：TData+，2#：Tdata- ; 3#:RData+ , 6#:RData 1000BASE-TX使用全部的四对线
ARP协议—ARP Cache
鉴于MAC地址是以太网发送必不可少的信息，如果频繁申请，势必要影响网络的效率，因此在每个 网络设备（主机、交换机、路由器）中都维持着一张ARP Cache表，Cache-高速缓存（将常用的数 据暂存在读写效率较佳的保存区域，以加速存取的过程），ARP Cache可将设备的IP/MAC影射记 录下来。 如：刚才例子中，经过PC1用户PING通PC3用户后 PC1中ARP Cache 10.110.10.3——00.e0.fc.00.00.03
3、标准（Standards）
描述了协议的规定，设定了最简的性能集。
LAN的常用设备
LAN的设计目标
运行在有限的地理区域 允许同时访问高带宽的介质 通过局部管理控制网络的私有权利 提供全时的局部服务 联接物理相临的设备
HUB
Bridge
LAN Switch
Router
ATM Switch
WAN的定义
TCP/IP工作的特点
——层层封装
应用层
应用消息（Message)
传输头
应用数据
数据段（Data Segment）
IP包头
IP净荷
IP报文（IP Packet）
帧头
协议报文（PDU） 实际发送的数据格式
帧头
帧（Frame）
TCP/IP工作的特点
——发送和接收
应用层
应用层
应用数据 传输头
传输头
应用数据
Y
N
N
Y
去掉帧头帧尾
N
帧长〉1518B
Y 丢弃帧
传给上层协议
CSMA/CD接受端
传统的以太网－MAC地址
● MAC地址：又称为物理地址、硬件地址，是出 厂前由生产厂家“烧制”在网卡中的。 ●48 bit二进制的地址，由全球权威机构发布，分 为6个字节，前三个字节为厂商号，后三个字节为 生产流水号。 如：00-e0-fc-00-00-01，其中00-e0-fc是华为公司 的厂商号，00-00-01是该网卡的生产流水号。 ●单播地址、多播地址和广播地址 单播地址：第一字节最低位为0 多播地址：第一字节最低位为1 广播地址：48位全1 ff-ff-ff-ff-ff-ff ● MAC地址在线上是第一字节先发送，并且低位 在前
传统的以太网－双绞线系统（二）
MDI-II 和MDI-X
MDI-II用于主机系统 MDI-X用于集线器和交换机系统
MDI-II：也称作MDI，介质有关接口 MDI-X：交叉介质有关接口 连接关系：MDI与MDI-X直接通过直通网线；MDI与MDI或者 MDI-X与MID-X直接通过交叉网线。
ARP协议—基本概念
PC3中ARP Cache
10.110.10.1—00.e0.fc.00.00.01
可以在PC1计算机上进行如下操作检验
ping前 DOS>arp -a
No ARP Entries ping后 DOS>arp -a IP address 10.110.10.3 aging time、table full的区别。 MAC address 00.e0.fc.00.00.03
网络层
数据链路层 物理层 OSI七层模型
网络层
数据链路层
DOD模型
物理层-定义传输的介质规格、传输信号的表现形式、接头的类型 数据链路层-同步、查错、制定MAC方法 网络层-寻址、路由 传输层-编定序号、控制流量、查错和错误处理 会话层-通讯双方在传输前的沟通，建立传输时所遵循的规则 表示层-压缩和解压缩、加密和解密 应用层-直接提供服务给使用者
目录
■ 以太网简介 ●传统的以太网及ARP协议
● LAN桥接与交换式以太网
● LAN分段与VLAN ●以太网交换机上面的技术 ●以太网标准 ■网络层 ■传输层
WAN 网络间互连 1980-1990
Branch Net Branch Net Branch Net
LAN的定义
1、LAN（Local Area Network）
通常指1000英尺范围内的，可以通过某种介质互连的计算机、打印机、Modem或其他设备的集合
2、协议（Protocol）
网络设备用于交换信息的系列规则和约定。
IP净荷
IP包头
IP包头
IP净荷
帧尾
帧净荷
帧头
帧头
帧净荷
帧尾
以太网
发送端
接收端
目录
■TCP/IP模型简介 ■ 数据链路层
●传统的以太网及ARP协议
● LAN桥接与交换式以太网 ● LAN分段与VLAN ●以太网交换机上面的技术 ●以太网标准 ■网络层
■传输层
■应用层
传统的以太网_共享介质 ●LAN：以太网、Token Bus、Token Ring、FDDI等 ●以太网得到了广泛的应用
ARP协议—举例
PC1用户pingPC3的用户
R
PC1
R
PC2
R
PC3
10.110.10.1
00.e0.fc.00.00.01
10.110.10.2
00.e0.fc.00.00.02
10.110.10.3
00.e0.fc.00.00.03
ARP协议—ARP Request
DA
SA
以太网首部
T
HT PT HL PL OP
1、WAN（Wide Area Network）
为分布在不同的地域用户提供数据联接
2、设备（Devices）
通常采用服务商提供的设备（ISP）。
3、交换类型（Switch Type）
电路交换
包交换
WAN及其常用设备
WAN的设计目标
运行在广阔的地理区域 通过低速串行链路进行访问
网络控制服从公共服务的规则
P C P C P C P C P C P C
传统的以太网_CSMA/CD CSMA/CD：载波侦听多路访问与冲突检测 载波侦听： 发送之前的检测，96bit-time
冲突检测： 发送过程中的检测，边发边听
回退： 检测到冲突后的处理，基于各种 回退算法，同时发送JAM信号
工作原理
1、先抢先赢：以太网上的计算机地位相同，一律平等，动作快的是赢家 2、一山不容二虎：在任何时刻只能有一台计算机接受或发送数据，且 独享带宽 3、同归于尽：发生碰撞后，网络上的每台计算机都要休息一下，再抢使用权 4、先斩不奏：当接受端发现任何错误时，便自行丢弃帧，根本不通知源端
SA
PDU
SIP
DA
DIP PADDINGCRC
DA-目的以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：0xffffff，广播报文； SA- 源以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：请求端MAC=00.e0.fc.00.00.01 T - 类型字段，2B。ARP：0x0806 HT- 硬件地址类型，2B。以太网：0x0001。PT-协议地址类型，IP：0x0800 HL- 硬件地址长度，1B：以太网：0x06。PL-协议地址长度，IP：0x04 OP- 操作类型，2B。用于区分请求报文和应答报文，请求报文：0x0001 SA- 源MAC地址，6B。发送端MAC地址=00.e0.fc.00.00.01 SIP- 源IP地址，4B。发送端IP地址=10.110.10.1 DA- 目的MAC地址，请求报文中该地址=0x000000 DIP-目的IP地址：4B，被请求端IP地址=10.110.10.3
提供全时的或部分时间的联接性 联接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备
Modem
Bridge
WAN Switch
Access Server
ATM Switch
TCP/IP模型
应用层 表示层 会话层 传输层 应用层 传输层 FTP、TELNET、SMTP TCP、UDP IP 以太网、Token Ring、FDDI
传统的以太网_CSMA/CD
发送帧
链路空闲 N Y 空闲96bitN time Y 发送帧
BACK OFF N
通知大家 发生阻塞
是否碰撞 N 传送完毕
Y
碰了16次 Y
CSMA/CD发送端
放弃传送通知上层
传统的以太网_CSMA/CD
收到帧
帧长〈64B？ N 目的MAC= 自己的MAC Y CRC校验正确
ARP协议—基本过程
ARP协议—帧格式
DA
SA
以太网首部
T
HT PT HL PL OP
SA
PDU
SIP
DA
DIP PADDINGCRC
DA-目的以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：0xffffff，广播报文；ARP应答报文中为单播报文 SA- 源以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：请求端MAC；ARP应答报文中为应答端MAC T - 类型字段，2B。比较常用的IP：0X0800，ARP：0x0806（请求报文和应答报文一样） HT- 硬件地址类型，2B。以太网：0x0001。PT-协议地址类型，IP：0x0800 HL- 硬件地址长度，1B：以太网：0x06。PL-协议地址长度，IP：0x04 OP- 操作类型，2B。用于区分请求报文和应答报文，请求报文：0x0001；应答报文：0x0002 SIP- 源IP地址，4B。发送端IP地址 DIP-目的IP地址：4B，应答端IP地址