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第三章 TCP/IP 概述

第三章 TCP/IP 概述. 3-1 TCP/IP 通訊協定的緣起 3-2 不同的協定層 3-3 網域名稱系統 3-4 封裝 3-5 分工. 3-6 埠號 3-7 標準化過程 3-8 IP 路由選擇 3-9 標準服務 3-10 檔案傳輸協定. 3-1 TCP/IP 通訊協定的緣起. TCP/IP 初步架構的出現源於１９６４年，美國冷戰時期。在這個時候爲了戰爭需求，必須有一個強又牢固的網路系統來做整個國防部的聯繫。美國於１９６９年便賦予先進研究計劃委員會 【 ＡＲＰＡ 】 這一項任務。

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第三章 TCP/IP 概述

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  1. 第三章 TCP/IP 概述 3-1 TCP/IP 通訊協定的緣起 3-2 不同的協定層 3-3 網域名稱系統 3-4 封裝 3-5 分工

  2. 3-6 埠號 • 3-7 標準化過程 • 3-8 IP 路由選擇 • 3-9 標準服務 • 3-10 檔案傳輸協定

  3. 3-1 TCP/IP通訊協定的緣起 • TCP/IP初步架構的出現源於１９６４年，美國冷戰時期。在這個時候爲了戰爭需求，必須有一個強又牢固的網路系統來做整個國防部的聯繫。美國於１９６９年便賦予先進研究計劃委員會【ＡＲＰＡ】這一項任務。 • 於１９８２年時，美國正式使用TCP/IP協定，並將此協定當成整個國防部網路的標準協定。１９８３年所有ARPANet的網路系統也正式啓用TCP/IP協定。至此，正式奠定了TCP/IP協定的地位。

  4. OSI組織定義的七層網路協定，分別有： ․Application(應用層) ․Presentation(表示層) ․Session(會談層) ․Transport(傳輸層) ․Network(網路層) ․DataLink（資料連接層） ․Physical（實體層） TCP/IP通訊協定層，大致可區分四個協定層： ․Application（應用層） ․Transport（傳輸層） ․Internet（網際網路層） ․Network（網路層） 3-2 不同的協定層

  5. OSI、TCP/IP與微軟網路協定層比較

  6. 3-2-1 IP • IP資料封包(packet)是一捆一捆的資料，它是TCP/IP 協定群的基礎資料形式。每個資料封包都帶有一個32位元的源位址、目的位址、一些選項位元、一個標頭和以及資料封包的有效資料。

  7. 資料、IP與網路的關係

  8. IP位址結構 • IP中的位址是一個32位元長的數字，被分成兩個部分，分別是網路部分（Network ID）/16Bits和主機部分（Host ID）/16Bits，也就是『IP=Network ID + Host ID』。等級A~E各自以最前列位元的0(等級A)、10(等級B)、110(等級C)、1110(等級D)來識別。

  9. IP等級的劃分

  10. 3-2-2 ARP • 位了在乙太網路上通信，源站必須知道目的站的IP和MAC位址。當源站點確定了目的站點的IP位址後，源站點的網際網路協定會查看它的ARP(位址解析協定)表來查尋目的站點的MAC位址。 • 如果目的站點不知道MAC位址，源必需發送ARP請求。為了確定資料封包的目的位址，它會檢查路由器上的ARP表。如果位址不在這個表中，ARP發送一個廣播查找目的站點。

  11. 3-2-3 TCP • TCP是一種傳輸協定，它可以在網路用戶啓動的軟體應用過程之間建立通信會談。TCP通過控制資料流量可以提供可靠的端到端資料傳送。網路節點可以就資料傳輸的“窗口”大小達成一個協定，該窗口大小規定了將要發送的資料位元組數。傳輸視窗可以根據當前的網路流量進行即時調整。 • 這裡稱的窗口為滑動視窗(Sliding Window)

  12. TCP封包格式

  13. 滑動視窗 • TCP封包會通過SQN和ACK序號來確保傳送的正確性﹐但如果每一個封包都要等上一個封包的回應才被發送出去的話，實在是太慢和難以接受的。這樣，我們可以利用Sliding Window在傳送兩端劃分出一個緩衝範圍，規定出可以一次性發送的最大封包數目。

  14. 3-2-4 UDP • UDP的工作是負責將封包分送給不同的應用程式，就如同IP將封包送給遠端機器一樣。UDP是一種不可靠且非連接性的通訊協定，它沒有檢驗封包是否正確到達遠端的功能。UDP和TCP最大的分別是不偵測對方的存在就直接將資料送給對方，而假設對方會自行接收。 • UDP對那些需要大樓資料存取而又不要求可靠傳輸的程式，如﹕聲音傳遞﹐可以省卻雙方的溝通和確認時間，進而提高資料傳輸量。

  15. 3-2-5 ICMP • 網際網路控制訊息協定(Internet Control Message Protocol，ICMP)是一個用來左右TCP和UDP連接行爲的低層機制。它可通知主機一條到達目的地的較好路徑，報告路由中出現的問題，或者在網路出現故障時終止連接。它給系統和網路管理員提供了一個最重要的低層監視工具：ping程式。

  16. 3-3 網域名稱系統 • DNS網域名稱系統 (Domain Name System)，是一套系統軟體，讓大家所使用及管理的電腦網路系統能夠順利地做網域名稱 (Domain Name)與位址(IP)之間的轉換。 • 網域名稱系統 (DNS) 是一個網域和 IP 位址的階層式名稱系統，包括了一個分散式和可調整的資料庫。

  17. (1) 網域名稱的結構

  18. (2) 網域名稱系統階層的規格

  19. (3) 目前網域名稱系統階層的規格

  20. 3-4 封裝( Encapsulation ) • 在 TCP/IP 的協定堆疊中，每一層將資料傳至下一層之前會先於其資料區塊的前端附加一稱作標頭或表頭 ( header ) 的控制資訊，此標頭記錄了該資料塊相對於該層的特性及相關資訊，每一層會將上一層傳來的資料連同其標頭一同視為上層的資料，並附加該層的標頭之後再送至下一層，這種過程稱為資料封裝。

  21. 資料進入協定堆疊時的封裝過程

  22. 3-5 分工 • 當目的主機收到一個乙太網資料框時，資料就開始從協定堆疊中由底向上升，同時去掉各層協定加上的訊息標頭。每層協定都要去檢查訊息標頭中的協定標識，以確定接收資料的上層協定，這個過程稱作分工（ Demultiplexing ） 。

  23. 乙太網資料框的分工過程

  24. 3-6 埠號 • 由於接收者端可能同時有許多不同的資料(如電子郵件或來自新聞論壇的新聞)到達，而這不同的IP資料封包必須配置到應用層的正確服務上，為達成此一目的，TCP資料封包必須賦與一個「埠號」。 • 埠號代表某一特定的服務，如埠號119代表新聞服務， FTP伺服器的TCP埠號是21，每個Telnet伺服器的TCP埠號是23，TFTP(簡單檔案傳送協定)伺服器的UDP埠號是69。

  25. 3-7 標準化過程 • Internet 協會（ISOC，Internet Society）是一個推動、支援和促進Interne t 不斷成長和發展的專業組織。 • Internet 體系結構委員會（IAB，Internet Architecture Board）是一個技術監督和協調的機構。 • Internet 工程專案小組（IETF，Internet Engineering Task Force）是一個標準制定的組織，它分爲9個領域（應用、尋徑和定址、安全等等）。 • Internet 研究專案小組（IRIF，Internet Research Task Force）主要對長遠發展的專案進行研究。

  26. TCP/IP技術標準的文件 • 由於 TCP/IP 技術的公開性，它不屬於任何廠商或專業協會所有，因此關於它的相關資訊，是由一個叫 Internet Network Information Center (INTERNIC) 來維護和發表，以及處理許多網路管理細節(如 DNS 等)。TCP/IP 的標準大部份都以 Request For Comment (RFC) 技術報告的形式公開。RFC 文件包含了所有 TCP/IP 協定標準，以及其最新版本。

  27. 3-8 IP 路由選擇 • 如果目的主機與源主機直接相連（如點對點連接）或都在一個共用網路上（乙太網或權杖環網），那麽IP資料封包就直接送到目的主機上。否則，主機把資料封包發往一預設的路由器上，由路由器來轉發該資料封包。大多數的主機都是採用這種簡單機制。

  28. IP路由主要完成以下功能 • (1) 搜尋路由表，尋找能與目的IP位址完全匹配的表目。如果找到，則把訊息發送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網路介面。 • (2) 搜尋路由表，尋找能與目的網路號相匹配的表目。如果找到，則把訊息發送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網路介面。 • (3) 搜尋路由表，尋找標誌爲“預設”的表目。如果找到，則把訊息發送給該表目指定的下一站路由器。

  29. 3-9 標準服務 • TCP/IP 可以用在任何互連網路上的通訊，其可行性在許多地方都已經得到證實，包括了家庭、 校園、 公司以及全球 61 個國家實驗室。 • TCP/IP 協定不僅成功的連接了不同網路，而且許多應用程式和概念也是完全以 TCP/IP 協定為基礎發展出來，從而讓不同的廠商能夠忽略硬體結構開發出共同的應用程式，例如今天應用廣泛的 WWW、E-MAIL、FTP和DNS 服務等等。

  30. 3-9-1 SMTP • SMTP是網際網路 (Internet)上傳輸電子郵件(E-mail)的通訊協定，與郵局通訊協定第三版(POP3)一樣都是用來控制訊息或是郵件傳輸與接收的協定，不同的是，SMTP負責發信，而POP3則負責收信。

  31. 電子郵件系統架構

  32. 3-9-2 Telnet • TELNET是使用TCP/IP的遠端登入應用層協定。遠端登入是指使用者可以在本地的機器(client)使用遠方的機器(server)，感覺像是使用本地的機器一樣，使用者的螢幕模擬了另一端機器的螢幕，這是經由傳送控制碼給本地的機器，再由本地的機器翻譯這些控制碼，再讓使用者的螢幕適當地顯示出來。

  33. 3-9-2 網路時間協定 • NTP（Network Time Protocol）是由美國德拉瓦大學的D.L. Mills教授於1985年提出，除了可以估算封包在網路上的往返延遲外，還可獨立地估算電腦時鐘偏差，用來維護網路上各電腦間的時間同步。

  34. 3-9-4 查尋用戶資訊 • Finger 是一個可以傳回電腦上有註冊的使用者資料的程式。在您的 Unix 帳號下直接敲入 “finger”，它就會顯示機器上目前使用者的一些資料。 • Whois 為查詢關於網際網路資源(如IP Address、Domain Name等)及其使用者和組織相關資訊的一個Internet資料庫。

  35. 3-10 檔案傳輸協定 • 將檔案從一個系統發送到另一個系統是網路功能的重要部分。用戶可以使用e mail完成這一任務，但要獲得較快的傳輸速度，則可以使用檔案傳輸協定，它包括檔案傳輸協定(FTP)和簡易檔案傳輸協定(TFTP)。 • 大多數站點都使用Web在伺服器間傳送檔案，檔案傳輸協定FTP和TFTP已不如過去那麽流行。

  36. 3-10-1 TFTP • 簡單檔案傳輸協定是一種簡易的檔案傳輸協定，TFTP 使用 UDP 代替 TCP 來傳送資料，加上沒有安全驗證，功能也很少，可以直接使用在 ROM 裡面，因此可以使用在無磁碟系統中，在開機時直接使用ROM裡面的TFTP協定，來取得放在 TFTP 伺服器中的檔案。

  37. 3-10-2 FTP • 檔案傳輸協定是 Internet 上的重要服務。利用FTP專屬程式，將收送兩端電腦建立好連線後，程式會將檔案自動切分成一小塊一小塊，透過FTP協定在Internet上傳送，然後由接收端程式將檔案重新組合起來。 • 使用支援FTP的程式，就可以連到網路上提供檔案傳輸的主機，這些提供檔案傳輸的主機叫做ＦＴＰ伺服器。通常ＦＴＰ伺服器會提供一個以 「anonymous」作為使用者名稱的匿名帳戶，方便用戶可以下載公開散發的檔案。

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