专题四 TCPIP参考模型体系（讲义）《计算机网络基础》（河北科学技术出版社）高考备考讲练测（河北省）

专题四 TCP/IP参考模型体系（讲义） ---《计算机网络基础》专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 熟悉TCP/IP参考模型的分层方法及各层功能 2. 熟悉TCP/IP参考模型与OSI参考模型的对应关系 3. 理解IP数据包各部分含义 4. 理解子网掩码的使用 5. 熟悉ARP协议的作用及工作过程 6. 理解IPV6地址的分类 7. 熟悉从IPV4向IPV6迁移的技术 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、TCP/IP参考模型分层及各层功能 TCP/IP参考模型分为4个层次：应用层、传输层、互联网层和网络接口层。在TCP/IP参考模型中，去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层，同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为网络接口层。 1.网络接口层（网络访问层） 最底层，负责物理网络传输。负责接收从网络层交来的IP数据包并将IP数据包通过低层物理网络发送出去；或者从低层物理网络上接收物理帧，然后抽出IP数据包交给网络层。 2.网际层（网络层） 它是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。同时，为了尽快地发送分组，可以需要沿不同的路径同时进行分组传递。 3.传输层 负责端到端的数据传输与控制。主要处理网络层没有处理的通信问题，保证通信连接的可靠性。 4.应用层 最上层，面向用户和应用程序。应用层为应用程序访问下面各层的网络服务提供接口，应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。它主要为用户提供多种网络应用程序，如电子邮件、远程登录等。 二、TCP/IP协议栈 层次 核心协议 应用层 HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet、TFTP、SNMP 传输层 TCP（可靠、面向连接）、UDP（不可靠、无连接） 网际层 IP（核心）、ARP、RARP、ICMP 网络接口层 各种网络接口协议（以太网、令牌环网等） 1.应用层常见协议包括： （1）HTTP/HTTPS：网页浏览和接口调用的基石，HTTPS 在 HTTP 基础上增加了 SSL/TLS 加密，保障数据传输安全 （2）FTP：文件传输协议，支持文件的上传和下载 （3）SMTP/POP3/IMAP：电子邮件的发送与接收 （4）DNS：将域名解析为 IP 地址，是互联网通信不可或缺的一环 （5）SSH：远程安全登录 （6）DHCP：动态主机配置，自动分配 IP 地址 2.传输层协议 （1）TCP（传输控制协议） ①面向连接、可靠、基于字节流的协议。 ②三次握手建立连接：客户端发送 SYN → 服务器回复 SYN+ACK → 客户端发送 ACK ③四次挥手释放连接 （2）UDP（用户数据报协议） 无连接、不可靠、基于数据报的协议。不保证送达，但开销小、延迟低，适合实时音视频、DNS 查询、在线游戏等场景。 3.网络层核心协议： （1）IP（网际协议）：定义 IP 地址和数据报格式。IPv4 使用 32 位地址，IPv6 使用 128 位地址，随着 IPv4 地址耗尽，IPv6 正在逐步普及 （2）ICMP（网际控制报文协议）：传递差错报告和诊断信息，ping 命令就是基于 ICMP 实现的 （3）ARP（地址解析协议）：将 IP 地址解析为物理 MAC 地址 （4）IGMP（网际组管理协议）：管理多播组成员关系 三、TCP/IP参考模型与OSI参考模型的对应关系 OSI参考模型（7层） TCP/IP参考模型（4层） 对应关系 应用层 应用层 OSI的会话层、表示层、应用层 → TCP/IP的应用层 表示层 会话层 传输层 传输层 直接对应 网络层 网际层 直接对应 数据链路层 网络接口层 OSI的物理层、数据链路层 → TCP/IP的网络接口层 物理层 四、IP数据报 IP数据报是网际层传输的数据单元，由首部和数据两部分组成。首部前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的；后面是可选字段，长度可变。 4、 IP地址 1.IP地址及分类 类别 网络ID的值 网络ID部分 主机ID部分 网络ID个数 每个网络的主机ID个数 A 类 1~126 w x.y.z 28-1-2=126 224-2=6277214 B 类 128~191 w.x y.z 214=216384 216-2=65534 C 类 192~223 w.x.y z 221 =2097152 28-2=254 （1）A类网络ID被分配给主机数量众多的子网。A类网络ID的最高位固定为0，这就使得A类IP地址的第一个字节的值始终小于127。 （2）B类网络ID被分配给中型和大型网络。B类网络ID的长度为16位，B类地址的两个高位固定为10。 （3）C类网络ID被分配给小型网络。C类网络ID的长度为24位，后8位用来表示主机位。C类地址的两个高位固定为110。 （4）D类地址是用做多播地址而保留的，D类地址的4个高位总是设置为1110。 （5）E类地址是为试验性用途而保留的，E类地址的4个高位总是设置为1111。 2.特殊IP地址和专用IP地址 （1）0.0.0.0：称为未指定的IP地址，用来表示当前节点IP地址缺失。 （2）127.0.0.X：以127开头的IP地址被称为回送地址（也叫回环地址） （3）子网广播：将IP地址中对应主机号的部分全设为1， （4）有限广播：将IP地址所有32位全设为1（255.255.255.255）。使用有限广播地址可进行本地子网上的“一对所有”传输，路由器在默认设置下不会转发该数据包。 3.子网掩码 （1） 子网掩码的作用 ①核心公式：（IP地址）AND（子网掩码）= 网络地址 ②子网掩码中连续的1对应IP地址中的网络号+子网号 ③子网掩码中连续的0对应IP地址中的主机号 （2）默认子网掩码 地址类别 默认子网掩码 二进制形式 A类 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000 B类 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 C类 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 （3） CIDR表示法 子网掩码还可以用 IP地址/子网掩码中连续1的位数 的方式表示。例如：202.119.115.78/24 表示IP地址为202.119.115.78，子网掩码为24位连续1，即255.255.255.0 （4）子网掩码的判断 子网掩码用于判断目标主机和源主机的IP地址是否属于同一子网。如果同一子网则直接交付，否则通过路由器转发。 5、 ARP协议 1.定义 ARP（地址解析协议） 是将IP地址解析为MAC地址的协议。它工作在网络层，根据已知的IP地址找出对应的物理地址（MAC地址）。 2.工作原理 源主机在自己的ARP高速缓存表中查找目的主机的IP地址所对应的MAC地址，若找到了，则可以封装MAC帧进行发送，若找不到，则发送ARP请求（封装在广播MAC帧中）； 目的主机收到ARP请求后，将源主机的IP地址与MAC地址记录到自己的ARP高速缓存表中，然后给源主机发送ARP响应（封装在单播MAC帧中），ARP响应中包含有目的主机的IP地址和MAC地址； 源主机收到ARP响应后，将目的主机的IP地址与MAC地址记录到自己的ARP高速缓存表中，然后就可以封装之前想发送的MAC帧并发送到目的主机； 3.ARP协议的四种典型情况 场景 发送方 要找谁的MAC地址 ① 同一网络内主机→主机 主机 找目的主机的硬件地址 ② 不同网络主机→主机 主机 找本网络路由器的硬件地址 ③ 路由器→本网络主机 路由器 找目的主机的硬件地址 ④ 路由器→另一网络主机 路由器 找本网络路由器的硬件地址 6、 IPv6 1. IPv6的主要特点 （1） 更大的地址空间：128位，是IPv4地址空间的128倍。 （2） 简化的报头：基本报头长度固定为40字节，减少了处理器开销 （3） 层次化的地址结构：有利于骨干网路由器快速转发 （4） 即插即用：支持自动地址配置，无需用户干预 2. IPv6地址的三种基本类型 类型 说明 特点 单播 传统的点对点通信 一对一，最常用 多播 一点对多点通信，分组交付给一组计算机的每一台 一对多 任播 IPv6新增，目的站是一组计算机，但只交付给距离最近的一台 一对最近 3. IPv6地址的表示方法 （1）冒号十六进制记法（一般形式）：每16位用十六进制数表示，用冒号分隔。 （2）零压缩（省略前导0） （3）双冒号压缩（连续0可替换为::，只能出现一次） 4. 特殊地址 地址 表示 说明 未指明地址 :: 或 ::/128 全0，只能用作源地址 环回地址 ::1/128 用于本地测试 本地链路单播地址 FE80::/10 仅在本地链路有效 组播地址 FF00::/8 用于多播通信 5.从IPv4向IPv6迁移的技术 （1）双协议栈：在同一设备上同时安装IPv4和IPv6两个协议栈，同时支持两套协议，通过DNS查询结果决定使用哪个。 （2）隧道技术：将整个IPv6数据报封装到IPv4数据报的数据部分，在IPv4网络中传输。 （3) NAT-PT（网络地址转换/协议转换）:结合协议转换和地址翻译，实现IPv6主机与IPv4主机通信。 [限时练习] 1. 对于下列说法，错误的是（ ）。 A.TCP协议可以提供面向非连接的数据流传输服务 B.TCP协议可以提供面向连接的数据流传输服务 C.TCP协议可以提供全双工的数据流传输服务 D.TCP协议可以提供可靠的数据流传输服务 【答案】A 【解析】面向非连接（无连接）是 UDP 的特征，UDP 不需要建立连接即可直接发送数据报。TCP 恰恰是面向连接的，这是它最基本的特点之一。 2. 在TCP/IP参考模型中，网际层的核心功能是（ ） A. 提供可靠的端到端数据传输 B. 将分组发往任何网络，并独立选择路由 C. 将比特流组合成帧 D. 为用户提供网络应用程序 【答案】B 【解析】 网际层是整个TCP/IP参考模型的关键部分，主要功能是将分组发往任何网络，并独立地选择合适的路由。 3. 在IP数据报的首部中，用于防止数据报在网络中无限循环的字段是（ ） A. 协议 B. 首部检验和 C. 生存时间 D. 标识 【答案】C 【解析】生存时间（TTL，Time To Live） 字段占8位，表明数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。每经过一个路由器，TTL值减1，当TTL值减为0时，路由器丢弃该数据报，从而防止数据报在网络中无限循环。 4. 下面哪个是对IPv6地址的正确描述（ ） A. IPv6地址长度为32位，采用点分十进制表示 B. IPv6地址长度为128位，采用冒号十六进制表示 C. IPv6地址长度为64位，采用冒号十六进制表示 D. IPv6地址长度为128位，采用点分十进制表示 【答案】B 【解析】 IPv6地址长度为128位（16字节），采用冒号十六进制记法表示，即将128位分为8组，每组16位，每组用4个十六进制数表示，各组之间用冒号隔开。 5. IPv6地址2001:0DB8:0000:0000:0000:8A2E:0370:7334 的简化写法中，错误的是（ ） A.2001:DB8:0:0:0:8A2E:370:7334 B.2001:DB8::8A2E:370:7334 C.2001:0DB8::8A2E:0370:7334 D. 2001:DB8:0:0:0:0:8A2E:370:7334 【答案】D 【解析】 IPv6 地址必须是 8 组 16 位值，用冒号分隔。选项 D 拆分为 9 段，格式非法；连续零段可用：：压缩，但地址总段数必须为 8。每组前导零可省略，且：：只能出现一次。 6. 隧道技术在IPv4向IPv6的过渡中，其基本原理是（ ） A. 将整个IPv6数据报封装到IPv4数据报的数据部分中传输 B. 在设备上同时安装IPv4和IPv6两个协议栈 C. 将IPv6地址转换为IPv4地址 D. 通过DNS查询决定使用IPv4还是IPv6 【答案】A 【解析】 隧道技术是将整个IPv6数据报封装到IPv4数据报的数据部分，使得IPv6数据报可以在IPv4网络的隧道中传输。在隧道的入口处，路由器将IPv6分组封装入IPv4分组；在隧道的出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。 7. 在TCP/IP参考模型中，网际层提供面向连接的服务。 （ ） 【答案】错 【解析】 TCP/IP模型的网际层（IP层）仅提供无连接的服务，不保证可靠交付；而OSI模型的网络层支持无连接和面向连接两种服务。 8.双协议栈技术是指在完全过渡到IPv6之前，使部分主机或路由器同时装有IPv4和IPv6两个协议栈。（ ） 【答案】对 【解析】双协议栈（Dual Stack）技术就是在设备上同时启用IPv4和IPv6两个协议栈，使该设备既能与IPv4网络通信，又能与IPv6网络通信。 9. 子网掩码中连续0对应的部分是IP地址中的网络号。 （ ） 【答案】错 【解析】 子网掩码中连续1对应网络号（含子网号），连续0对应主机号。正确的规则是：IP地址与子网掩码进行按位“与”运算时，子网掩码为1的位保留IP地址的对应位（网络号），为0的位结果被清0。 10. IPv6地址中，双冒号可以在一个地址中多次使用。（ ） 【答案】错 【解析】 IPv6地址压缩规则：当有连续的多组0时，可以用双冒号（::）代替，但双冒号在一个地址中只能出现一次。 11.TCP/IP参考模型中，传输层的两个核心协议是_______和________。 【答案】TCP； UDP 【解析】TCP是可靠的、面向连接的协议，传输单位为报文段；UDP是不可靠的、无连接的协议，传输单位为用户数据报。 12.TCP/IP参考模型中，_______________层是整个模型的关键部分，提供无连接的分组交换服务。 【答案】网际 【解析】网际层是整个TCP/IP参考模型的关键部分，与OSI模型中的网络层功能相当，提供无连接的分组交换服务。 [内容小结] 1. 理解TCP/IP四层模型及各层功能，特别是每层包含的协议。 2. 子网掩码计算中要掌握“按位与”运算。牢记子网掩码公式：IP地址 AND 子网掩码 = 网络地址。 3. ARP工作原理，重点理解：广播请求，单播响应，缓存加速，自动更新。 4. 掌握 IPv6三类地址：单播、多播、任播及三种过渡技术。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $