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TCP/IP通訊協定與網路架構 台大計資中心 李美雯
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大 綱 TCP/IP背景 TCP/IP層級式架構 TCP/IP訊息的傳送與處理 網際網路層 主機傳輸層
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TCP/IP背景 1967年DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) 推動ARPANET (Advanced Research Project Agency NETwork) 電腦網路 1983年推廣網際網路(Internet) 1985年成立NSFNET (National Science Foundation NETwork)
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TCP/IP背景(Cont.) 網路管理協定的產生，SNMP (Simple Network Management Protocol)
成立 ISO (International Organization for Standardization) 組織，負責標準化工作 IAB (Internet Activities Board) 負責網路研究與實驗之管理
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TCP/IP背景(Cont.) IETF (Internet Engineering Task Force)負責網際網路問題的討論
網際網路的相關報告與協定等文件，稱之為RFC (Request for Comments) NIC (network Information Center)負責管理RFC文件
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TCP/IP協定架構圖
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TCP/IP協定架構 網路介面層 (Network Interface Layer) 網際網路層 (Internet Layer)
主機傳輸層 (Transport Layer) 應用層 (Application Layer)
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網路介面層 包含OSI協定的實體層與資料連結層 此層級並未標準化 此層級使用各區域網路的原有協定
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網際網路層 建立來源端與目的端間的通道 規定網際網路的定址方式 處理資料在不同網路間傳遞方式 處理子網路之間的傳遞 選擇資料傳輸路徑
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主機傳輸層 提供傳輸控制協定(TCP)與使用者資料流協定(UDP) TCP以連結為導向的協定 TCP負責端點間的資料傳送與回應確認
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應用層 包含較高層次的協定 提供應用程式間的溝通 TELNET FTP SMTP DNS
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主機間的資料傳輸
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訊息的傳送(1)
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訊息的傳送(2)
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網際網路協定(IP) 提供非連結式服務 (Connectionless Service)
盡力傳送資料 (Best-effort Delivery) 位址處理 送端 收端 資料段的分割與再彙集
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IP Header格式
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IP Header Version : IP版本 Header Length : IP header長度
Type of Service : 表示資料傳送的品質要求 Total Length : 顯示資料段的大小 Identifier : 提供資料段被切割後的識別號碼
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TOS 格式 Bits 0-2 : Precedence. 0~7.資料傳送的優先順序
Bits 3: 0=Normal Delay, 1=Low Delay Bits 4: 0=Normal Throughput, 1=High Throughput Bits 5: 0=Normal Reliability 1=High Reliability Bits 6-7 : 保留未來使用
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IP Header(Cont.) Flags : 資料分割的控制
位元 0 : 保留 位元 1 : 0表示可以分割，1表示不可分割 位元 2 : 0表示是最後一個fragment，1表示後面還有資料 Fragmented Offset : 表示分割後的fragment在原來segment中的相對位置，以8個位元組為offset的單位
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IP Header(Cont.) Time to Live : segment在網路中保留的時間 Protocol : IP上一層的網路協定
Header Checksum : IP header的總和檢查 Source Address : 來源端的IP位址 Destination Address : 目的端的IP位址
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IP Header(Cont.) Options : Segment測試或除錯之用 Padding : 使header長度以32個位元結束
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IP 定址 IP位址是32位元的二進位資料 IP位址格式 : <網路編號, 主機號碼>
IP位址表示法 : dotted-decimal表示法(打點十進位法)
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『打點十進位』表示法 與32位元資料型態
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IP位址等級 等級A, B, C是用來代表主機與網路位址 等級D是以群組位址方式傳送的特別型態位址 等級E為保留用途
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常用的IP位址等級 IP位址 = {網路編號,主機編號}
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IP位址等級
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網路遮罩 網路位址 : IP位址的網路部分，主機部分為0
例如， ，是一個等級B的主機位址，網路位址為 可以利用“網路遮罩”對應出網路位址
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等級A,B,C的網路遮罩
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網路位址的推算
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子網路(subnet) 子網路 : 將IP位址中的主機部分，切割一部份作為網路部分之用 IP位址 : 網路部分, 子網路部分, 主機部分
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子網路(Cont.) 可以利用“子網路遮罩”(subnet mask)對應出網路位址 子網路遮罩中的位元為1時，對應的是網路位址
子網路遮罩中的位元為0時，對應的是主機位址
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子網路(Cont.)
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子網路(Cont.) IP位址中的子網路部分與主機部分，有兩個位址不可使用
所有位元全為0，代表該網路或子網路 所有位元全為1，作為broadcast位址之用 一個IP位址可使用的子網路數目與主機數目 : 2n – 2，n代表子網路或主機部分的位元數目
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子網路(Cont.) 例如， ( )，可使用的子網路位址個數是28 – 2 = 254 ，可使用的主機位址個數是28 – 2 = 254
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IP Prefix CIDR (Classless Interdomain Routing) : 由傳統的IP等級(等級A, 等級B, 等級C)進一步到IP Prefix IP Prefix表示法 : IP位址 / 網路位址的位元數目 例如， /24
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IP Prefix
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路由器的介面
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ARP – Address Resolution Protocol
IP segment在下層加上實體位址(網路卡的硬體位址) ARP是建立IP位址與實體位址對應關係的協定 利用區域網路的廣播功能取得實體位址
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主機傳輸層 負責建立兩台主機間的虛擬路徑 提供的主要服務 : 傳輸控制協定(TCP) 使用者資料協定(UDP)
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TCP的基本機制 為每個資料段編上序號，可以利用序號調整亂掉的資料段
接收端的確認回應(ACK), 總和檢查碼(Checksum), 計時器(Timer)的配合使用，提供穩定的服務品質 利用Window Control控制資料流量
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(Transmission Control Protocol)
TCP Header 格式 (Transmission Control Protocol)
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TCP Header Source Port & Destination Port : 來源端與目的端通訊埠號碼
Sequence Number : 表示此資料段在訊息中的序號，接收端依序組合資料段 Acknowledgment Number : 接收端希望下次收到的序號，也是回應已收到封包 Header Length : TCP Header的長度
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TCP Header(Cont.) Reserved : 保留給未來使用 Flags : 由6個bits所組成，控制資料的傳輸與連結
URG : 緊急指標 ACK : 如果設定，表示此封包有一個回應 PSH : push function RST : 重設連結
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TCP Header(Cont.) Window Size : 使用於流量控制，表示能接收資料的數目(以8個位元組為單位)
SYN : 建立順序號碼 FIN : 傳送資料到此為止 Window Size : 使用於流量控制，表示能接收資料的數目(以8個位元組為單位) Checksum : 錯誤偵測號碼 Urgent Pointer : 緊急指標。URG flag為1時，此欄位才生效
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TCP Header(Cont.) Options : 此資料段的發送者告訴對方能接受的最大資料段長度
Padding : 使header長度以32個位元結束
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TCP提供的主要服務 建立,維護及終止兩個程序間之連結 順序號碼及回應，提供可靠的資料傳輸 控制流量的方法 藉由通訊埠分辨連結
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Three-Way Handshack
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Three-Way Handshack
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(User Datagram Protocol)
UDP Header 格式 (User Datagram Protocol)
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UDP Header Source Port : 來源端通訊埠號碼 Destination Port : 發送端通訊埠號碼
UDP Length : 整個資料段的長度 Checksum : 選擇性的選項
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