網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：第1講-概述.ppt

1、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,課程組：劉悅、孫潤元、荊山,網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程體系,Powered by Sunry,網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)導論,計算機網(wǎng)絡(luò)原理,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜合實踐,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),Web開發(fā)基礎(chǔ),基礎(chǔ),應(yīng)用,原理,工程,JavaEE開發(fā)基礎(chǔ),高級數(shù)據(jù)庫管理與開發(fā),網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成,綜合布線與工程管理,多層交換技術(shù)與應(yīng)用,應(yīng)用密碼學,Java程序設(shè)計,Unix系統(tǒng)管理,網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與路由,網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計,開發(fā),安全,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,技術(shù),通信,拓展,網(wǎng)絡(luò)工程綜合實踐,軟件開發(fā)綜合實踐,網(wǎng)絡(luò)安全綜合實踐,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議課程簡介,課程性質(zhì)： 專業(yè)必修課 教學目的 全面學習大量經(jīng)典TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，理解網(wǎng)

2、絡(luò)協(xié)議的設(shè)計思想，通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析器分析協(xié)議的內(nèi)容、傳輸?shù)倪^程及處理控制等信息，熟練掌握當今網(wǎng)絡(luò)協(xié)議領(lǐng)域的核心技術(shù)。 學時分配 48學時（實際=46學時），授課32學時，上機16學時 課程考核方案 試卷成績0.7平時成績（作業(yè)實驗提問點名）0.3,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議課程簡介,課件下載： 進入 (課件服務(wù)器) 信息科學與工程學院荊山網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，下載課件。 ftp:/ 教材： TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議，蘭少華，清華大學出版社 參考教材： TCP/IP協(xié)議族（第3版），謝希仁等譯，清華大學出版社 TCP/IP指南（卷1 底層核心協(xié)議），人民郵電出版社 TCP/IP指南（卷2 應(yīng)用層協(xié)議），人民郵電出版社 TCP/

3、IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議，清華大學出版社 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析， 機械工業(yè)出版社,內(nèi)容安排,鏈路層（PPP，Ethernet，IEEE802） 網(wǎng)絡(luò)層（ IPv4，IPv6，ICMP，IGMP） IP動態(tài)路由（RIP, OSPF，BGP） 傳輸層（UDP，TCP） 應(yīng)用層基于UDP（DNS，DHCP） 應(yīng)用層基于TCP（FTP，HTTP，SMTP）,學習目標,學習完本課程，應(yīng)該能夠： 掌握TCP/IP四層體系結(jié)構(gòu) 理解TCP/IP各種協(xié)議的設(shè)計思想 掌握TCP/IP各種協(xié)議的格式、內(nèi)容、應(yīng)用 掌握網(wǎng)絡(luò)測試命令的使用 結(jié)合分析軟件簡單的分析基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能與故障,課程特點,原理性強 反復(fù)理解消化 實

4、例分析，學練結(jié)合 掌握原理，感性認識與理性認識相結(jié)合 學習過程 學習本課程是一個累積過程 每節(jié)課都會有新的技術(shù)需要掌握 注重課堂效率 注重課下實踐,第一講 概述,課程組：劉悅、孫潤元、荊山,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標準和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,數(shù)據(jù)通信是兩個計算機程序之間進行信息傳輸?shù)倪^程。協(xié)議就是管理網(wǎng)絡(luò)中計算機之間通信的一組規(guī)則。 舉一個協(xié)議的例子。 協(xié)議規(guī)則：前三個字符表示數(shù)據(jù)長度。,出錯了， 請重發(fā)！,011 HELLO WORLD,010HELLO WORLD,1.1

5、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 是指通信雙方共同遵守的規(guī)則和約定的集合。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括三個要素 語法：規(guī)定了信息的結(jié)構(gòu)和格式； 語義：表明信息要表達的內(nèi)容； 同步規(guī)則：涉及雙方的交互關(guān)系和事件順序。 協(xié)議簇 復(fù)雜的通信系統(tǒng)中，協(xié)議是非常復(fù)雜的，為了保證網(wǎng)絡(luò)的各個功能的獨立性，通常將協(xié)議劃分為多個子協(xié)議，子協(xié)議間保持一種層次結(jié)構(gòu)，子協(xié)議的集合通常稱為協(xié)議簇。 因具有上下層關(guān)系，有時也稱為協(xié)議棧；,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,協(xié)議分層：為減少協(xié)議設(shè)計復(fù)雜性，便于維護，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用分層結(jié)構(gòu)，協(xié)議也是分層執(zhí)行的。每一層是利用相鄰的下層提供的服務(wù)，又向相鄰的上層提供服務(wù)。,N層協(xié)議,接口,接口,N+1層實體,N1層

6、 服務(wù)訪問點,N層服務(wù)訪問點,N層實體,N層實體,N-1層實體,N-1層實體,N-1層實體,N+1層實體,N+1層實體,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介,協(xié)議分層：為減少協(xié)議設(shè)計復(fù)雜性，便于維護，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用分層結(jié)構(gòu)，協(xié)議也是分層執(zhí)行的。每一層是利用相鄰的下層提供的服務(wù)，又向相鄰的上層提供服務(wù)。,TCP/IP模型,ISO/OSI（開放系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標準和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP協(xié)議 傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議(Transfer Control Pr

7、otocol / Internet Protocol) ，又稱作網(wǎng)際協(xié)議簇，是Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。 雖然從名字上看TCP/IP包括兩個協(xié)議，傳輸控制協(xié)議(TCP)和網(wǎng)際協(xié)議(IP)，但TCP/IP實際上是一組協(xié)議，是Internet協(xié)議簇，包括：遠程登錄、文件傳輸和電子郵件等，每種協(xié)議采用不同的格式和方式傳送數(shù)據(jù)，它們相互補充、相互配合，形成多個協(xié)議的集合。TCP和IP協(xié)議是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€最基本協(xié)議。 設(shè)計目標： 不同種類計算機系統(tǒng)方便進行相互通信；跨長距離互聯(lián)系統(tǒng)；強壯和可靠傳輸。,1.2 TCP/IP基本原理,Telnet 例子,1.2 TCP/IP基本原理,SMT

8、P例子,17,1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP體系結(jié)構(gòu),Application Layer,Transport Layer,Internet Layer,Network Interface Layer,TCP/IP是四層協(xié)議系統(tǒng)，從下到上依次為： 網(wǎng)絡(luò)訪問層或網(wǎng)絡(luò)接口層（ Network interface layer ） 網(wǎng)絡(luò)層（Internet層， Internet layer ） 傳輸層（TCP層， Host to host or transport layer ） 應(yīng)用層（ Application layer ）,1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP 四層功能 應(yīng)用層：

9、提供以人為本的服務(wù)，是協(xié)議棧與主機上的應(yīng)用或者處理程序交接的層。 傳輸層：為上層應(yīng)用程序提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸層同時支持多個應(yīng)用。常用的傳輸層協(xié)議有TCP和UDP。 網(wǎng)絡(luò)層：處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動（包括路由選擇、流量控制、擁塞控制等）。IP是這一層最重要的協(xié)議，是一種無連接協(xié)議，不負責下層的傳輸可靠性。IP不提供可靠性、流控制或者錯誤恢復(fù)。 網(wǎng)絡(luò)接口層：實際網(wǎng)絡(luò)硬件的接口。涉及操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)接口卡。,1.2 TCP/IP基本原理,邏輯上通信是在同級完成的 垂直方向的結(jié)構(gòu)層次是當今普遍認可的數(shù)據(jù)處理的功能流程。 每一層都有與其相鄰層的接口。 為了通信，兩個系統(tǒng)必須在各層之間傳

10、遞數(shù)據(jù)、指令、地址等信息，但是通信的邏輯流程與真正的數(shù)據(jù)流不同，每一層都在邏輯上能夠直接與遠程計算機系統(tǒng)的相應(yīng)層直接通信。 回想一下各層對應(yīng)的PDU ？,網(wǎng)絡(luò)接口層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,應(yīng)用層,1.2 TCP/IP基本原理,邏輯上通信是在同級完成的,虛線表示邏輯通信. 實線表示真正數(shù)據(jù)流。,1.2 TCP/IP基本原理,TCP/IP分層模型中的兩個邊界,網(wǎng)絡(luò)接口層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,應(yīng)用層,操作系統(tǒng)外部的軟件,使用IP地址,操作系統(tǒng)內(nèi)部的軟件,使用物理地址,主機A,分界線,分界線,1.2 TCP/IP基本原理,下層在上層消息前添加前綴，叫作報頭。在有些情況下，在報文尾部添加報尾，這個過程叫做封裝。當

11、目的主機收到報文時，在將其發(fā)送給高層程序前，會去掉發(fā)送方添加的報頭，這個過程叫作解包（拆裝、解封裝）。,1.2 TCP/IP基本原理,每層協(xié)議盒都要去檢查報文首部中的協(xié)議標識，以確定接收數(shù)據(jù)的上層協(xié)議，這個過程稱作分用。反之，多個協(xié)議可以通過不同的協(xié)議標識，使用一個下層協(xié)議封裝，這個過程稱作復(fù)用。下圖是分用的過程：,1.2 TCP/IP基本原理,客戶-服務(wù)器模式 為共同完成某項功能，相互通信的進程之間必須進行某種程度的協(xié)同。協(xié)同方式有多種： 對等方式（Peer-to-Peer） 客戶/服務(wù)器方式（Client/Server） 主從方式（Master/Slave） 大部分網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都是客戶/服

12、務(wù)器模式，即一端是客戶，另一端是服務(wù)器，服務(wù)器端為客戶提供特定服務(wù)。如FTP、SMTP等。這種服務(wù)分為兩種類型：重復(fù)型、并發(fā)型。,1.2 TCP/IP基本原理,客戶/服務(wù)器模式 并發(fā)服務(wù)器優(yōu)點在于它利用生成其他服務(wù)器的方法來處理客戶請求。也就是說，每個客戶都有它自己對應(yīng)的服務(wù)器。如果操作系統(tǒng)允許多任務(wù)，那么就可以同時為多個客戶服務(wù)。一般來說， TCP服務(wù)器是并發(fā)的，UDP服務(wù)器是重復(fù)的 。,1.2 TCP/IP基本原理,端口號 端口用來表示具體的應(yīng)用層協(xié)議和服務(wù)。 TCP和UDP采用16 bit的端口號來識別應(yīng)用程序，所以端口號是0-65535范圍內(nèi)的任何值。 服務(wù)器端一般都是采用保留端口號來

13、識別。例如，F(xiàn)TP服務(wù)器的TCP端口號是21，Telnet服務(wù)器的TCP端口號是23。 客戶端通常對它所使用的端口號并不關(guān)心，只需保證該端口號在本機上是唯一的就可以了?？蛻舳丝谔栍址Q作臨時端口號。,1.2 TCP/IP基本原理,端口號 IANA（互聯(lián)網(wǎng)地址指派機構(gòu) ）將端口劃分為三個范圍，詳細內(nèi)容參見/assignments/port-numbers 熟知端口：0-1023，由IANA指派和控制，分配給系統(tǒng)的主要和核心服務(wù)。如80端口被指定HTTP服務(wù)。 注冊端口：1024-49151，在IANA中注冊以防止重復(fù)，但是IANA不指派也不控制，分配給行業(yè)應(yīng)用程

14、序和進程。如1433分配給Microsoft SQL Server進程。 動態(tài)端口：49152-65535，又稱為短期端口，既不用注冊也不用指派，可以由任何進程使用，用做某些連接的臨時端口。,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標準和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,中間結(jié)點和端結(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時，主要用到3種類型地址：符號域名、邏輯地址和物理地址。 符號域名：大多數(shù)人識別Internet/Intranet上具體主機地址所記住和使用的地址。 邏輯地址：與物理地址的區(qū)別是，邏輯地址通常是用軟件而不是硬

15、件來實現(xiàn)的。邏輯地址分為兩類：網(wǎng)絡(luò)地址和端口（進程地址）。 網(wǎng)絡(luò)地址（IP地址）： 端口號：FTP使用的20和21 物理地址：也叫硬件地址、網(wǎng)絡(luò)接口卡地址或MAC地址（介質(zhì)訪問控制地址），它總是最終將信息發(fā)送到指定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點上所需的地址。 MAC地址：01:23:45:67:89:ab,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,IP地址 互聯(lián)網(wǎng)上每個接口必須有一個唯一的Internet地址（IP地址）。IP地址為32bit，分成5類，從A類到E類。,Class C,Byte 4,Byte 3,Byte 2,Byte 1,Class B,Class A,Class D,Class E,（留待后用

16、）,1 1 1 0,1 1 1 1 0,多播組號,Host,網(wǎng)絡(luò)號,1 1 0,Host,網(wǎng)絡(luò)號,1,0,Host,0,網(wǎng)絡(luò)號,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,IP地址 互聯(lián)網(wǎng)上每個接口必須有一個唯一的Internet地址（IP地址）。IP地址為32bit，分成5類，從A類到E類。 區(qū)分各類地址的最簡單方法是看它的第一個十進制整數(shù)。右圖列出了各類地址的起止范圍。,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,互聯(lián)網(wǎng)上的每個接口必須有一個唯一的IP地址，因此必須要有一個管理機構(gòu)為接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分配IP地址。這個管理機構(gòu)就是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（ Internet Network Information Center簡稱InterNIC）。

17、InterNIC只分配網(wǎng)絡(luò)號, 主機號的分配由系統(tǒng)管理員來負責。 網(wǎng)址：。 CNNIC： 分配給濟南大學地址為： -55 -55 問題：濟南大學使用的是哪類地址？,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,私有地址 ： 55 in class A 55 in class B 55 in Class C 環(huán)回地址 ： A類網(wǎng)絡(luò)地址127是一個保留地址，用做網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機進程間通信， 127.

18、0.0.1 IPv6地址格式： 后續(xù)章節(jié)講解。,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,練習：以下地址屬于哪一類地址，同時哪些是私有地址？ 1 58 3 2 9 ,1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址,地址映射：將地址從一種格式轉(zhuǎn)換成另一種格式，以更適合它將采用的介質(zhì)和協(xié)議。 物理地址映射：ARP和RARP，實現(xiàn)物理地址和邏輯地址間的轉(zhuǎn)換。 ARP 物理地址 邏輯地址 RARP 域名系統(tǒng)：在TCP/IP領(lǐng)域中，域名系統(tǒng)（DNS）是一個分布的數(shù)據(jù)庫，由它來提供IP地

19、址和主機名之間的映射信息。 DNS ,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標準和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.4 TCP/IP標準和RFC,標準化組織 ISO ISO (International Standards Organization)是世界上最著名的國際標準組織之一，它主要由美國國家標準組織ANSI與其他國家的國家標準組織代表所組成。ISO對網(wǎng)絡(luò)最主要貢獻是為OSI建立它的參考模型 。 IEEE 國際電氣和電子工程師協(xié)會IEEE (The Institute of Electri

20、cal and Electronic Engineer)是世界上最大的專業(yè)組織之一。IEEE對網(wǎng)絡(luò)做了一項很大的貢獻，即IEEE 802協(xié)議的制定，比較著名的有802.3的CSMA/CD與802.5的Token Ring。,1.4 TCP/IP標準和RFC,Internet的管理機構(gòu) Internet協(xié)會（ISOC, Internet Society） 推動、支持和促進Internet不斷增長和發(fā)展的專業(yè)組織。 Internet體系結(jié)構(gòu)委員會（IAB, Internet Architecture Board） 技術(shù)監(jiān)督和協(xié)調(diào)的機構(gòu)。職能是負責Internet標準的最后編輯和技術(shù)審核。下屬兩個機

21、構(gòu)：IETF和IRTF。 Internet工程任務(wù)組（IETF,Internet Engineering Task Force） 面向近期標準組織，開發(fā)成為Internet標準的規(guī)范。 Internet研究任務(wù)組（IRTF,Internet Research Task Force） 對長遠的項目進行研究。,1.4 TCP/IP標準和RFC,RFC（Request for Comment請求評論或請求注解） Internet標準是必須遵守的正式規(guī)約。所有關(guān)于Internet的正式標準都以RFC文檔正式出版。但是，大量RFC不是正式的標準，出版的目的只是為了提供信息。Internet草案不是正式的

22、文檔，當Internet機構(gòu)將草案進行推薦時，就將草案作為RFC的形式公布。 每一個RFC都用一個數(shù)字來標識，如RFC 1122，數(shù)字越大說明RFC的內(nèi)容越新。 目前，最新的RFC是5791。 /download/rfc-index.txt,1.4 TCP/IP標準和RFC,RFC的生存期間，屬于下列六個成熟等級之一： 建議標準 草案標準 Internet標準 實驗的 提供信息的 歷史的,雖然RFC必須通過多個過程，才能成為官方標準，但是它們提供理解、實現(xiàn)和使用Internet上的TCP/IP協(xié)議和服務(wù)所需的文檔。,1.4 TCP/IP標準和RFC,相關(guān)網(wǎng)址

23、 /rfc.html /rfcs/ http:/rfc.sunsite.dk/ ,第一講 概述,1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1.2 TCP/IP基本原理 1.3 網(wǎng)絡(luò)尋址 1.4 TCP/IP標準和RFC 1.5 協(xié)議分析軟件 本章小結(jié),1.5 協(xié)議分析軟件,協(xié)議分析（網(wǎng)絡(luò)分析）是參與到網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，捕獲跨網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，收集網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)包解碼為可讀形式的過程。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析器（Network Packet Analyzer），也叫作協(xié)議分析器（Protocol Analyzer）、嗅探器（Sniffer）、網(wǎng)絡(luò)分析器（Network Analyzer）和網(wǎng)絡(luò)嗅聽