3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)教程-第3章-網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

第3章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議問題原由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過40年的發(fā)展,使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一個(gè)海量、多樣化的復(fù)雜系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需要解決很多復(fù)雜的技術(shù)問題:支持多種通信介質(zhì);支持多廠商和異種機(jī)互聯(lián);支持人機(jī)接口等。本章重點(diǎn)討論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成、OSI/RM與TCP/IP模型、網(wǎng)絡(luò)地址的形成、域名地址、子網(wǎng)技術(shù)等。教學(xué)重點(diǎn)能力要求掌握：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念、IP地址、

子網(wǎng)技術(shù)、域名地址的使用等。熟悉：OSI/RM參考模型、TCP/IP模型。了解：OSI/RM與TCP/IP的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)?！?.1體系結(jié)構(gòu)的形成§3.5IP地址和域名§3.4TCP/IP與OSI/RM的比較§3.3TCP/IP參考模型§3.2開放系統(tǒng)互連/參考模型本章內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的形成IP地址與域名OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)OSI/RM的基本概念OSI/RM各層的功能TCP/IP與OSI/RM的比較開放系統(tǒng)互連/參考模型域名系統(tǒng)子網(wǎng)技術(shù)IP編址網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP的基本概念TCP/IP各層的功能TCP/IP協(xié)議棧TCP/IP參考模型TCP/IP與OSI/RM的不同點(diǎn)TCP/IP與OSI/RM的共同點(diǎn)IPv6協(xié)議§3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是為了完成計(jì)算機(jī)間的協(xié)同工作，把計(jì)算機(jī)間互連的功能劃分成具有明確定義的層次，規(guī)定了同層次進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)各層及其協(xié)議的集合,所研究的是層次結(jié)構(gòu)及其通信規(guī)則的約定。公用電話網(wǎng)InternetLAN用戶服務(wù)器LAN防火墻遠(yuǎn)程移動(dòng)用戶路由器主交換機(jī)部門交換機(jī)3.1.1通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)為了便于理解，我們以郵政通信系統(tǒng)為例，以此引出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念，這一概念對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中電子郵件的發(fā)送和接收有著重要的參考意義。圖

3-1

實(shí)際郵政系統(tǒng)信件發(fā)送、接收過程示意圖發(fā)信者收信者通信人活動(dòng)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)通信人活動(dòng)運(yùn)輸部門的郵件運(yùn)輸業(yè)務(wù)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)書寫信件貼郵票送入郵箱收集信件蓋郵戳信件分揀郵件打包郵件運(yùn)輸路郵選擇運(yùn)輸閱讀信件信件投遞信件分揀分發(fā)郵件郵件拆包轉(zhuǎn)送郵局接收郵包3.1.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

1、網(wǎng)絡(luò)層次概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將獨(dú)立的計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備等實(shí)體通過通信線路連接起來的復(fù)雜系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)彼此間的通信，采用的基本方法是針對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所執(zhí)行的各種功能，設(shè)計(jì)出一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次模型，這個(gè)層次模型包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：①將網(wǎng)絡(luò)功能分解為許多層次,在每個(gè)功能層次中，通信雙方必須共同遵守許多約定和規(guī)程，以免混亂。②層次之間逐層過渡，前一層次做好進(jìn)入下一層次的準(zhǔn)備工作。這個(gè)層次之間逐層過渡可以用硬件來完成,也可以采用軟件方式實(shí)現(xiàn)。采用層次結(jié)構(gòu)的目的是使各廠家在研制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)由一個(gè)共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。3.1.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

2、

網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)之間相互通信涉及到許多復(fù)雜的技術(shù)問題，而解決這一復(fù)雜問題十分有效的方法是分層解決。為此，人們把網(wǎng)絡(luò)通信的復(fù)雜過程抽象成一種層次結(jié)構(gòu)模型，如圖3-2所示。圖

3-2

層次結(jié)構(gòu)模式工作示意圖用戶2用戶1A：應(yīng)用管理層A：應(yīng)用管理層B：對話管理層B：對話管理層C：傳輸管理層D：網(wǎng)絡(luò)接口層（公用載波線路）C：傳輸管理層3.1.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

3、通信規(guī)則約定從以上郵政通信過程與網(wǎng)絡(luò)通信過程分析可知，在一定意義上，它們兩者的信息傳遞過程有很多相似之處。（1）郵政通信與網(wǎng)絡(luò)通信兩個(gè)系統(tǒng)都是層次結(jié)構(gòu),可等價(jià)成4層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。（2）不同的層次有不同的功能任務(wù),但相鄰層的功能動(dòng)作密切相關(guān)。（3）在郵政通信系統(tǒng)中,寫信人要根據(jù)對方熟悉的語言，確定用哪種語言；在書寫信封時(shí)，國家不同規(guī)定也不同。（4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,必須規(guī)定雙方之間通信的數(shù)據(jù)格式、編碼、信號(hào)形式；要對發(fā)送請求、執(zhí)行動(dòng)作及返回應(yīng)答予以解釋；事件處理順序和排序。3.1.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)＝｛系統(tǒng)、實(shí)體、層次、協(xié)議｝

⑴系統(tǒng)：是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)通常是包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)體的具有信息處理和通信功能的物理整體。

⑵實(shí)體：在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都由一些實(shí)體組成。在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,能完成某一特定功能的進(jìn)程或程序都可成為一個(gè)邏輯實(shí)體。

⑶層次：是人們對復(fù)雜問題的一種處理方法。通常將系統(tǒng)中能提供某種或某類型服務(wù)功能的邏輯構(gòu)造稱為層。

⑷協(xié)議：是指兩個(gè)實(shí)體間完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。3.1.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)協(xié)議通常分為對等層間對話協(xié)議和相鄰層間的接口協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：

①語法。規(guī)定如何進(jìn)行通信，即對通信雙方采用的數(shù)據(jù)格式、編碼等進(jìn)行定義。

②語義。規(guī)定用于協(xié)調(diào)雙方動(dòng)作的信息及其含義，它是發(fā)出的命令請求、完成的動(dòng)作和返回的響應(yīng)組成的集合,即對發(fā)出的請求、執(zhí)行的動(dòng)作以及對方的應(yīng)答做出解釋。

③時(shí)序。規(guī)定事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明，即確定通信狀態(tài)的變化和過程,例如通信雙方的應(yīng)答關(guān)系、是采用同步傳輸還是異步傳輸?shù)?。由此可?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)、實(shí)體、層次、協(xié)議的集合，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成功能的精確定義。

靈活性好易于維護(hù)各層之間相互獨(dú)立易于實(shí)現(xiàn)2、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用層次化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)。3.1.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)§3.2開放系統(tǒng)互聯(lián)/參考模型1、問題的提出OSI是OpenSystemInterconnection的縮寫，意為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型。在OSI出現(xiàn)之前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中存在眾多的體系結(jié)構(gòu)，其中以IBM公司的SNA和DEC公司的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)最為著名。為了解決不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(注意不要與OSI搞混）于1981年制定了開放系統(tǒng)互連參考模型。

OSI/RM標(biāo)準(zhǔn)為連接分布式應(yīng)用處理的“開放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ),“開放”這個(gè)詞表示能使任何兩個(gè)遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都具備互聯(lián)的能力。3.2.1

OSI/RM的基本概念3.2.1

OSI/RM的基本概念2、定義方法在OSI標(biāo)準(zhǔn)中，采用的是三級(jí)抽象：體系結(jié)構(gòu)（Architecture）服務(wù)定義（ServiceDefinition）協(xié)議規(guī)格說明（ProtocolSpecification）OSI標(biāo)準(zhǔn)可分為三大類型：（1）總體標(biāo)準(zhǔn)：具有總的指導(dǎo)作用；（2）功能標(biāo)準(zhǔn)：為滿足特定應(yīng)用而從基本標(biāo)準(zhǔn)中選擇接口關(guān)系和通信規(guī)則等方面的匯集。（3）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：為基本應(yīng)用定義層與層之間的接口關(guān)系和不同系統(tǒng)之間同層的通信規(guī)則。3.2.2

OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層通信介質(zhì)（物理媒體）開放系統(tǒng)A開放系統(tǒng)B應(yīng)用層協(xié)議表示層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議傳輸層協(xié)議圖3-3OSI/RM結(jié)構(gòu)示意圖1、層次結(jié)構(gòu)模型OSI/RM整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照功能劃分成7個(gè)層次，如圖3-3所示。3.2.2

OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)2、層間通信關(guān)系

OSI/RM的最高層為應(yīng)用層，面向用戶提供應(yīng)用服務(wù)；最低層為物理層，連接通信媒體實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進(jìn)行的，上層通過接口向下層提出服務(wù)請求，而下層通過接口向上層提供服務(wù)。兩個(gè)用戶計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時(shí),除物理層之外,其余各對等層之間均不存在直接的通信關(guān)系，而是通過各對等層的協(xié)議來進(jìn)行通信。比如，兩個(gè)對等的網(wǎng)絡(luò)層使用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議通信，只有兩個(gè)物理層之間才通過媒體進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)通信。在實(shí)際中。當(dāng)兩個(gè)通信實(shí)體通過一個(gè)通信子網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)，必然會(huì)經(jīng)過一些中間結(jié)點(diǎn)。一般來說，通信子網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)只涉及到低3層的結(jié)構(gòu)。

OSI的分層模型基于OSI的通信模型結(jié)構(gòu)3.2.3OSI/RM各層的功能OSI參考模型是一個(gè)在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所使用的概念性框架，沒有確切地描述用于各層的協(xié)議和服務(wù)，也沒有提供一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的方法，它僅僅告訴我們每一層應(yīng)該做什么，但其本身不含網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)容。不過，ISO已為各層制定了標(biāo)準(zhǔn)，但它不是參考模型的一部分，而是作為獨(dú)立的國際標(biāo)準(zhǔn)公布的。1、物理層定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，其作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規(guī)格、“0”、“1”信號(hào)的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容。3.2.3OSI/RM各層的功能2、數(shù)據(jù)鏈路層

比特流被組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元(幀)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制正確的傳輸。將不可靠的物理鏈路改造成對網(wǎng)絡(luò)層來說無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進(jìn)行流量控制，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導(dǎo)致緩沖器溢出及線路阻塞。

3、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(分組)為單位進(jìn)行傳輸。主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越各個(gè)子網(wǎng)從源地址傳送到目的地址的問題，這就需要在通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對流入的分組數(shù)量進(jìn)行控制。當(dāng)分組要跨越多個(gè)通信子網(wǎng)才能到達(dá)目的地時(shí)，還要解決網(wǎng)際互連的問題。3.2.3OSI/RM各層的功能4、傳輸層（TransportLayer）

傳輸層的主要任務(wù)是完成同處于資源子網(wǎng)中的源主機(jī)和目的主機(jī)之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸，具體功能是：①為高層數(shù)據(jù)傳輸建立、維護(hù)和拆除傳輸連接，實(shí)現(xiàn)透明的端到端數(shù)據(jù)傳送。②提供端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)和流量控制。③信息分段與合并，將高層傳遞的大段數(shù)據(jù)分段形成傳輸層報(bào)文。④考慮復(fù)用多條網(wǎng)絡(luò)連接，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?。傳輸層主要關(guān)心的問題是建立、維護(hù)和中斷虛電路、傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)和恢復(fù)以及信息流量控制等。它提供“面向連接”（虛電路）和“無連接”（數(shù)據(jù)報(bào)）兩種服務(wù)。3.2.3OSI/RM各層的功能5、會(huì)話層會(huì)話層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)會(huì)話進(jìn)程間通信的管理和同步,允許不同機(jī)器上的用戶建立會(huì)話關(guān)系，允許進(jìn)行類似傳輸層的普通數(shù)據(jù)的傳輸。會(huì)話層的具體功能是：①提供進(jìn)程間會(huì)話連接的建立、維持和中止功能，可以提供單方向會(huì)話或雙向同時(shí)進(jìn)行會(huì)話。②在數(shù)據(jù)流中插入適當(dāng)?shù)耐近c(diǎn)，當(dāng)發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，可以從同步點(diǎn)重新進(jìn)行會(huì)話，而不需要重新發(fā)送全部數(shù)據(jù)。6、表示層

表示層的主要任務(wù)是完成語法格式轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)格式與網(wǎng)絡(luò)傳輸所需要的數(shù)據(jù)格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表示層的具體功能是：3.2.3OSI/RM各層的功能

①語法變換。表示層接收到應(yīng)用層傳遞過來的以某種語法形式表示的數(shù)據(jù)之后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間傳送的以公共語法表示的數(shù)據(jù)。具體包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換;字符集轉(zhuǎn)換；圖形、文字、聲音的表示；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù);數(shù)據(jù)加密與解密；協(xié)議轉(zhuǎn)換等。②選擇并與接收方確認(rèn)采用的公共語法類型。③表示層對等實(shí)體之間連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放。

7、應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI模型的最高層,是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的界面，由若干個(gè)應(yīng)用進(jìn)程(或程序)組成，包括電子郵件、目錄服務(wù)、文件傳輸?shù)葢?yīng)用程序。3.2.3OSI/RM各層的功能OSI提供的常用應(yīng)用服務(wù)有：①目錄服務(wù)。記錄網(wǎng)絡(luò)對象的各種信息，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對象名字到網(wǎng)絡(luò)地址之間的轉(zhuǎn)換和查詢功能。②電子郵件。提供不同用戶間的信件傳遞服務(wù)，自動(dòng)為用戶建立郵箱來管理信件。③文件傳輸。包括文件傳送、文件存取訪問和文件管理功能。④作業(yè)傳送和操作。將作業(yè)從一個(gè)開放系統(tǒng)傳送到另一個(gè)開放系統(tǒng)去執(zhí)行；對作業(yè)所需的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行定義；將作業(yè)的結(jié)果輸出到任意系統(tǒng)；對作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控等。⑤虛擬終端。將各種類型實(shí)標(biāo)終端的功能一般化、標(biāo)準(zhǔn)化后得到的終端類型。3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸

1、數(shù)據(jù)傳輸單元

在OSI/RM中,被傳送的信息稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，由數(shù)據(jù)服務(wù)單元和控制信息單元組成。

⑴服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ServiceDataUnit，SDU)：用戶數(shù)據(jù)，是上一層傳下來的數(shù)據(jù)單元。

⑵協(xié)議控制信息(ProtocolControlInformation，PCI）:本層的控制信息，用來協(xié)調(diào)本層對等實(shí)體之間的通信。PDU、PCI和ICI共同組成了接口數(shù)據(jù)單元（InterfaceDataUnit，IDU）。下層接收到IDU后，從IDU中去掉ICI,這時(shí)的數(shù)據(jù)包被稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ServiceDataUnit，SDU）；隨著SDU一層層向下傳送,每一層都要加入自己的信息。當(dāng)SDU較長時(shí),要分成幾段,每段加上本層的控制信息,構(gòu)成多個(gè)PDU。3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸

2、數(shù)據(jù)傳輸過程在OSI中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑袋c(diǎn)和終點(diǎn)要具備OSI參考模型中的7層功能,圖3-4表示系統(tǒng)A與系統(tǒng)B通信時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。圖3-4OSI/RM中的數(shù)據(jù)流動(dòng)3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)11001110001110表示層頭會(huì)話層頭TCP頭IP頭幀頭數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)11001110001110表示層頭會(huì)話層頭TCP頭IP頭幀頭數(shù)據(jù)的實(shí)際傳遞過程

物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層01010101010101010（比特流）IP數(shù)據(jù)報(bào)TCP報(bào)文段MAC幀MAC尾應(yīng)用數(shù)據(jù)TCP頭IP頭MAC頭發(fā)送方接收方3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸物理層

物理層是OSI/RM的最低層。它直接與物理信道相連，起到數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸媒體之間的邏輯接口作用，提供建立、維護(hù)和釋放物理連接的方法，實(shí)現(xiàn)在物理信道上進(jìn)行比特流傳輸?shù)墓δ堋?/p>

物理層涉及的內(nèi)容一通信接口與傳輸媒體的物理特性除了不同的傳輸介質(zhì)自身的物理特性外，物理層還對通信設(shè)備和傳輸媒體之間使用的接口做了詳細(xì)的規(guī)定，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：機(jī)械特性電氣特性功能特性規(guī)程特性物理層涉及的內(nèi)容二數(shù)據(jù)交換單元為二進(jìn)制比特比特的同步線路的連接物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸方式數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層是OSI/RM的第二層，它通過物理層提供的比特流服務(wù)，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立鏈路，傳送以幀（Frame）為單位的數(shù)據(jù)信息，并且對傳輸中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，向網(wǎng)絡(luò)層提供無差錯(cuò)的透明傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的有關(guān)協(xié)議和軟件是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中基本的部分，在任何網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)鏈路層是必不可少的層次，相對高層而言，它所有的服務(wù)協(xié)議都比較成熟。數(shù)據(jù)鏈路層涉及的具體內(nèi)容成幀物理地址尋址流量控制差錯(cuò)控制接入控制數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址尋址節(jié)點(diǎn)1的物理地址為A，若節(jié)點(diǎn)1要給節(jié)點(diǎn)4發(fā)送數(shù)據(jù)，那么在數(shù)據(jù)幀的頭部要包含節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)4的物理地址，在幀的尾部還有差錯(cuò)控制信息（DT）。網(wǎng)絡(luò)層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層就是通信子網(wǎng)的最高層，它在數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上，向資源子網(wǎng)提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)系如下圖所示：網(wǎng)絡(luò)層的作用數(shù)據(jù)鏈路層只是負(fù)責(zé)同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間鏈路管理及幀的傳輸?shù)葐栴}。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，可能并不需要網(wǎng)絡(luò)層，只有當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分布在不同的網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，通常才會(huì)涉及到網(wǎng)絡(luò)層的功能，保證數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的正確傳輸。網(wǎng)絡(luò)層要負(fù)責(zé)確定在網(wǎng)絡(luò)中采用何種技術(shù)，從源節(jié)點(diǎn)出發(fā)選擇一條通路通過中間的節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)包最終送達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)層涉及的概念邏輯地址尋址路由功能流量控制擁塞控制傳輸層

傳輸層是資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的接口和橋梁，它完成資源子網(wǎng)中兩節(jié)點(diǎn)間的直接邏輯通信，實(shí)現(xiàn)通信子網(wǎng)端到端的可靠傳輸。傳輸層在七層網(wǎng)絡(luò)模型的中間起到承上啟下的作用，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分。由于通信子網(wǎng)向傳輸層提供通信服務(wù)的可靠性有差異，所以無論通信子網(wǎng)提供的服務(wù)可靠性如何，經(jīng)傳輸層處理后都應(yīng)向上層提交可靠的、透明的數(shù)據(jù)傳輸。如果通信子網(wǎng)的功能完善、可靠性高，則傳輸層的任務(wù)就比較簡單：若通信子網(wǎng)提供的質(zhì)量很差，則傳輸層的任務(wù)就復(fù)雜，以填補(bǔ)會(huì)話層所要求的服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)層所能提供的服務(wù)質(zhì)量之間的差別。傳輸層提供的服務(wù)傳輸層為高層提供兩種基本的服務(wù)：面向連接的服務(wù)面向連接提供的是可靠的服務(wù)。和面向無連接的服務(wù)面向無連接是一種不太可靠的服務(wù)。會(huì)話層

會(huì)話層是利用傳輸層提供的端到端的服務(wù)，向表示層或會(huì)話用戶提供會(huì)話服務(wù)。在ISO/OSI環(huán)境中，所謂一次會(huì)話，就是兩個(gè)用戶進(jìn)程之間為完成一次完整的通信而進(jìn)行的過程，包括建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接。會(huì)話協(xié)議的主要目的就是提供一個(gè)面向用戶的連接服務(wù)，并對會(huì)話活動(dòng)提供有效的組織和同步所必須的手段，對數(shù)據(jù)傳送提供控制和管理。表示層

表示層處理的是OSI系統(tǒng)之間用戶信息的表示問題。表示層不像OSI/RM的低五層只關(guān)心將信息可靠地從一端傳輸?shù)搅硗庖欢?，它主要涉及被傳輸信息的?nèi)容和表示形式，如文字、圖形、聲音的表示。另外，數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加密等工作都是由表示層負(fù)責(zé)處理。應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI/RM的最高層，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終用戶間的接口，它包含系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所涉及的所有問題和基本功能。它在OSI/RM下面六層提供的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)表示等各種服務(wù)的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供完成特定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能所需的各種應(yīng)用協(xié)議。常用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)包括文件服務(wù)、電子郵件（E-mail）服務(wù)、打印服務(wù)、集成通信服務(wù)、目錄服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)、安全服務(wù)、多協(xié)議路由與路由互連服務(wù)、分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)、虛擬終端服務(wù)等。§3.3TCP/IP參考模型

1、TCP/IP協(xié)議的起源美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA)從20世紀(jì)60年代開始致力于研究不同類型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的相互聯(lián)接問題,并成功開發(fā)出了著名的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）協(xié)議。

2、TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)

⑴開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。

⑵獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件：可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng),更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。

⑶統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案：使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的IP地址。

⑷標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議：可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。3.3.1

TCP/IP的基本概念3.3.2

TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)模型TCP/IP參考模型分為四層：應(yīng)用層、傳輸層、互聯(lián)層、網(wǎng)絡(luò)接口層。TCP/IP的結(jié)構(gòu)與OSI結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系如圖3-5所示。圖3-5TCP/IP模型與OSI模型對照網(wǎng)絡(luò)互連層是整個(gè)TCP/IP協(xié)議棧的核心。它的功能是把分組發(fā)往目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)。應(yīng)用層面向不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用引入不同的應(yīng)用層協(xié)議。主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層應(yīng)用層表示層這一層次未被定義，所以其具體的實(shí)現(xiàn)方法將隨著網(wǎng)絡(luò)類型的不同而不同。傳輸層的功能是使源端主機(jī)和目標(biāo)端主機(jī)上的對等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話。3.3.2

TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議也采用對等層通信的模式，封裝和解除封裝也在各層進(jìn)行。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)加上應(yīng)用層頭部交給傳輸層，TCP或UDP再將數(shù)據(jù)分成大小一定的數(shù)據(jù)段，然后加上本層的報(bào)文頭。數(shù)據(jù)傳輸如下圖所示。應(yīng)用層數(shù)據(jù)TCP11001110001110IPETH應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)TCP應(yīng)用層數(shù)據(jù)TCPIP應(yīng)用層數(shù)據(jù)TCP11001110001110IPETH應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)TCP應(yīng)用層數(shù)據(jù)TCPIP數(shù)據(jù)交換應(yīng)用層傳輸層互聯(lián)層主要功能是為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如FTP、Telnet、DNS和SNMP等。主要功能是提供可靠的數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù),確保端到端應(yīng)用進(jìn)程間無差錯(cuò)地的通信,常稱為端到端（End-to-End）通信。負(fù)責(zé)異構(gòu)網(wǎng)或同構(gòu)網(wǎng)進(jìn)程間的通信,將傳輸層分組封裝為數(shù)據(jù)報(bào)格式進(jìn)行傳送,每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)必須包含目的地址和源地址。網(wǎng)絡(luò)接口層是網(wǎng)絡(luò)訪問層，其主要功能是負(fù)責(zé)與物理網(wǎng)絡(luò)的連接。3.3.3

TCP/IP各層的功能TCP/IP分層結(jié)構(gòu)（一）網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層，也被稱為網(wǎng)絡(luò)訪問層，包括了能使用TCP/IP與物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的協(xié)議，它對應(yīng)OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)并沒有定義具體的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議。網(wǎng)際層網(wǎng)際層是在TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)中正式定義的第一層。網(wǎng)際層所執(zhí)行的主要功能是處理來自傳輸層的分組，將分組形成數(shù)據(jù)包（IP數(shù)據(jù)包），并為該數(shù)據(jù)包進(jìn)行路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)發(fā)送到目的主機(jī)，在網(wǎng)際層中，最常用的協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議IP，其他一些協(xié)議用來協(xié)助IP的操作。TCP/IP分層結(jié)構(gòu)（二）傳輸層TCP/IP的傳輸層也被稱為主機(jī)至主機(jī)層，與OSI的傳輸層類似，主要負(fù)責(zé)主機(jī)到主機(jī)之間的端對端通信，該層使用了兩種協(xié)議來支持兩種數(shù)據(jù)的傳送方法，即TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。應(yīng)用層在TCP/IP模型中，應(yīng)用程序接口是最高層，它與OSI模型中的高三層的任務(wù)相同，用于提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄、域名服務(wù)和簡單網(wǎng)絡(luò)管理等。3.3.4

TCP/IP協(xié)議棧應(yīng)用層FTP、TELNET、HTTPSNMP、TFTP、NTP傳輸層TCPUDP網(wǎng)絡(luò)互連層IP主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)層以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)802.2HDLC、PPP、FRAME-RELAY802.3EIA/TIA-232、499、V.35、V.211969年美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA）按照層次結(jié)構(gòu)思想進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模塊化研究，開發(fā)了一組從上到下單向依賴關(guān)系的協(xié)議棧（ProtocolStack），也叫做協(xié)議族。TCP/IP協(xié)議集

網(wǎng)際層的協(xié)議——IP網(wǎng)際協(xié)議IP(InternetProtocol)IP協(xié)議的任務(wù)是對數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的尋址和路由，并從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。IP協(xié)議在每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包前加入一個(gè)控制信息，其中包含了源主機(jī)的IP地址、目的主機(jī)的IP地址和其他一些信息。IP協(xié)議要分割和重編在傳輸層被分割的數(shù)據(jù)包。由于數(shù)據(jù)包要從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)所支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的大小不相同時(shí)，IP協(xié)議就要在發(fā)送端將數(shù)據(jù)包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息進(jìn)行傳輸。當(dāng)接收端接收到數(shù)據(jù)包后，IP協(xié)議將所有的片段重新組合形成原始的數(shù)據(jù)。IP是一個(gè)無連接的協(xié)議。無連接是指主機(jī)之間不建立用于可靠通信的端到端的連接，源主機(jī)只是簡單地將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，而數(shù)據(jù)包可能會(huì)丟失、重復(fù)、延遲時(shí)間大或者IP包的次序會(huì)混亂。因此，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，就必須依靠高層的協(xié)議或應(yīng)用程序，如傳輸層的TCP協(xié)議。網(wǎng)際層的協(xié)議——ICMP網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP(InternetControlMessageProtocol)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP為IP協(xié)議提供差錯(cuò)報(bào)告。由于IP是無連接的，且不進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)它不能檢測錯(cuò)誤。向發(fā)送IP數(shù)據(jù)包的主機(jī)匯報(bào)錯(cuò)誤就是ICMP的責(zé)任。例如，如果某臺(tái)設(shè)備不能將一個(gè)IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就向發(fā)送數(shù)據(jù)包的源主機(jī)發(fā)送一個(gè)消息，并通過ICMP解釋這個(gè)錯(cuò)誤。ICMP能夠報(bào)告的一些普通錯(cuò)誤類型有：目標(biāo)無法到達(dá)、阻塞、回波請求和回波應(yīng)答等。網(wǎng)際層的協(xié)議——IGMP網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議IGMP(InternetGroupManagementProtocol)IP協(xié)議只是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸，而點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸則要依靠網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議IGMP完成。它主要負(fù)責(zé)報(bào)告主機(jī)組之間的關(guān)系，以便相關(guān)的設(shè)備（路由器）支持多播發(fā)送。網(wǎng)際層的協(xié)議——ARP和RARP地址解析協(xié)議ARP(AddressResolutionProtocol)和反向地址解析協(xié)議RARP計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)之間要進(jìn)行通信時(shí)，必須要知道彼此的物理地址（OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的地址）。因此，在TCP/IP的網(wǎng)際層有ARP協(xié)議和RARP協(xié)議，它們的作用是將源主機(jī)和目的主機(jī)的IP地址與它們的物理地址相匹配。傳輸層協(xié)議——TCP傳輸控制協(xié)議TCP(TransmissionControlProtocol)TCP協(xié)議是傳輸層一種面向連接的通信協(xié)議，提供可靠的數(shù)據(jù)傳送。對于大量數(shù)據(jù)的傳輸，通常都要求有可靠的傳送。TCP協(xié)議將源主機(jī)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)分成多個(gè)分段，然后將每個(gè)分段傳送到網(wǎng)際層，網(wǎng)際層將數(shù)據(jù)封裝為IP數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到目的主機(jī)。目的主機(jī)的網(wǎng)際層將IP數(shù)據(jù)包中的分段傳送給傳輸層，再由傳輸層對這些分段進(jìn)行重組，還原成原始數(shù)據(jù)，傳送給應(yīng)用層。TCP協(xié)議還要完成流量控制和差錯(cuò)檢驗(yàn)的任務(wù)，以保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層協(xié)議——UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP(UserDatagramProtocol)UDP協(xié)議是一種面向無連接的協(xié)議，因此，它不能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且UDP不進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，必須由應(yīng)用層的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)可靠性機(jī)制和差錯(cuò)控制，以保證端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。雖然UDP與TCP相比，顯得非常不可靠，但在一些特定的環(huán)境下還是非常有優(yōu)勢的。例如，要發(fā)送的信息較短，不值得在主機(jī)之間建立一次連接。另外，面向連接的通信通常只能在兩個(gè)主機(jī)之間進(jìn)行，若要實(shí)現(xiàn)多個(gè)主機(jī)之間的一對多或多對多的數(shù)據(jù)傳輸，即廣播或多播，就需要使用UDP協(xié)議。應(yīng)用層協(xié)議（一）遠(yuǎn)程終端協(xié)議TELNET本地主機(jī)作為仿真終端，登錄到遠(yuǎn)程主機(jī)上運(yùn)行應(yīng)用程序；文件傳輸協(xié)議FTP實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的文件傳送；簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間電子郵件的傳送；域名服務(wù)DNS用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)名與IP地址之間的映射；動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的地址分配和配置工作。應(yīng)用層協(xié)議（二）路由信息協(xié)議RIP用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間交換路由信息；超文本傳輸協(xié)議HTTP用于Internet中的客戶機(jī)與WWW服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的文件系統(tǒng)的共享；引導(dǎo)協(xié)議BOOTP用于無盤主機(jī)或工作站的啟動(dòng)簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理；§3.4TCP/IP與OSI/RM的比較3.4.1

TCP/IP與OSI/RM共同點(diǎn)

OSI參考模型和TCP/IP參考模型有很多相似之處：它們都是基于獨(dú)立的協(xié)議棧的概念，而且各層的功能大體相似。國際通信標(biāo)準(zhǔn)基于一種協(xié)議實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)互聯(lián)各協(xié)議層功能相似兩種通信機(jī)制共同點(diǎn)主要體現(xiàn)在5個(gè)方面3.4.2TCP/IP與OSI/RM的不同點(diǎn)效率和性能上的差別層數(shù)和層間調(diào)用關(guān)系不同對可靠性要求的差別最初設(shè)計(jì)的差別模型設(shè)計(jì)的差別不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在6個(gè)方面市場應(yīng)用和支持的差別雖然OSI和TCP/IP存在著不少的共同點(diǎn)，但也存在很大的區(qū)別。§3.5IP地址和域名

在日常生活中，通信雙方借助于彼此的地址和郵政編碼進(jìn)行信件的傳遞。Internet中的計(jì)算機(jī)通信與此相類似，網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，發(fā)送方在要傳送的信息上寫上接收方計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址信息才能通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到接收方?；赥CP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，連接在網(wǎng)絡(luò)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)與設(shè)備都被稱為“主機(jī)”,主機(jī)之間的溝通是通過IP地址、子網(wǎng)掩碼和IP路由交換這三個(gè)“橋梁”實(shí)現(xiàn)的。§3.5IP地址和域名在網(wǎng)絡(luò)中，對主機(jī)的識(shí)別要依靠地址，而保證地址全網(wǎng)唯一性是需要解決的問題。在任何一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備必須都有一個(gè)可以識(shí)別的地址，才能使信息進(jìn)行交換，這個(gè)地址稱為“物理地址”（PhysicalAddress）。單純使用網(wǎng)絡(luò)的物理地址尋址會(huì)有一些問題：物理地址是物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種體現(xiàn)，不同的物理網(wǎng)絡(luò)，其物理地址可能各不相同。物理地址被固化在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)適配器）中，通常不能被修改。物理地址屬于非層次化的地址，它只能標(biāo)識(shí)出單個(gè)的設(shè)備，標(biāo)識(shí)不出該設(shè)備連接的是哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。針對物理網(wǎng)絡(luò)地址的問題，采用網(wǎng)絡(luò)層IP地址的編址方案。

Internet采用一種全局通用的地址格式，為每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)IP地址，以此屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)地址的差異。通過IP協(xié)議，把主機(jī)原來的物理地址隱藏起來，在網(wǎng)絡(luò)層中使用統(tǒng)一的IP地址。3.5.1IP地址的劃分IP地址由32比特組成，包括三個(gè)部分：地址類別、網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)；IP地址以32個(gè)二進(jìn)制數(shù)字形式表示，不適合閱讀和記憶。為了便于用戶閱讀和理解IP地址，Internet管理委員會(huì)采用了一種“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示方法表示IP地址。將IP地址分為4個(gè)字節(jié)（每個(gè)字節(jié)8個(gè)比特），且每個(gè)字節(jié)用十進(jìn)制表示，并用點(diǎn)號(hào)“．”隔開，IP地址的類型Internet的IP地址分為五種類型：A類、B類、C類、D類和E類A類地址A類地址的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為27（128）個(gè)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含的主機(jī)數(shù)為224（16777216）個(gè)，A類地址的范圍是～55。由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)全為0和全為1保留用于特殊目的，所以A類地址有效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為126個(gè)，其范圍是1～126。另外，主機(jī)號(hào)全為0和全為1也有特殊作用，所以每個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)包含的主機(jī)數(shù)應(yīng)該是224-2（16777214）個(gè)。因此，一臺(tái)主機(jī)能使用的A類地址的有效范圍是：～54。B類地址B類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為214個(gè)。B類地址的范圍為～55，與A類地址類似（主機(jī)號(hào)全0和全1有特殊作用），一臺(tái)主機(jī)能使用的B類地址的有效范圍是：～54C類地址C類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為221個(gè)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)所包含的主機(jī)數(shù)為256（實(shí)際有效的為254）個(gè)。C類地址的范圍為～55，同樣，一臺(tái)主機(jī)能使用的C類地址的有效范圍是：～54D類地址和E類地址D類地址用于多播，多播就是同時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送給一組主機(jī)，只有那些已經(jīng)登記可以接收多播地址的主機(jī)，才能接收多播數(shù)據(jù)包。D類地址的范圍是～55。E類地址為將來預(yù)留的，同時(shí)也可以用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鼈儾荒鼙环峙浣o主機(jī)。幾種特殊的IP地址廣播地址有限廣播地址“0”地址回送地址在命令行運(yùn)行ping

，以檢查主機(jī)的TCP/IP協(xié)議是否安裝并正常工作，如下：

c:\>ping

Pingingwith32bytesofdata:

Replyfrom:bytes=32time<1msTTL=128

Replyfrom:bytes=32time<1msTTL=128

Replyfrom:bytes=32time<1msTTL=128

Replyfrom:bytes=32time<1msTTL=128

Pingstatisticsfor:

Packets:Sent=4,Received=4,Lost=0(0%loss),

Appro\eximateroundtriptime=inmilli-seconds:

Minimum=0ms,Maximum=0ms,Average=0ms

內(nèi)部網(wǎng)可選的地址為了避免某個(gè)單位選擇任意網(wǎng)絡(luò)地址，造成與合法的Internet地址發(fā)生沖突，IETF已經(jīng)分配了具體的A類、B類和C類地址供單位內(nèi)部網(wǎng)使用，這些地址為：A類～55B類～55C類～55

常用的三種類別的IP地址IP地址的使用范圍

網(wǎng)絡(luò)最大第一個(gè)最后一個(gè)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)類別網(wǎng)絡(luò)數(shù)可用的可用的中最大的網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)數(shù)

A126(27–2)112616,777,214B16,383(214

1)128.1191.25565,534C2,097,151(2211)192.0.1223.255.255254地址解析

在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的任何兩臺(tái)主機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，都必須獲得對方的物理地址，而使用IP地址的作用就在于，它提供了一種邏輯的地址，能夠使不同網(wǎng)絡(luò)之間的主機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)IP把數(shù)據(jù)從一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)物理網(wǎng)絡(luò)之后，就不能完全依靠IP地址了，而要依靠主機(jī)的物理地址。為了完成數(shù)據(jù)傳輸，IP必須具有一種確定目標(biāo)主機(jī)物理地址的方法，也就是說要在IP地址與物理地址之間建立一種映射關(guān)系，而這種映射關(guān)系被稱為“地址解析”ARPRARP3.5.2子網(wǎng)劃分技術(shù)（Subnetting）子網(wǎng)劃分能夠使單個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址橫跨幾個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，這些物理網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為子網(wǎng)?？梢允褂寐酚善鲗⑺鼈冞B接起來。劃分子網(wǎng)的原因充分使用地址劃分管理職責(zé)提高網(wǎng)絡(luò)性能子網(wǎng)劃分的層次結(jié)構(gòu)IP地址是一種層次型的編址方案。通過劃分子網(wǎng)，形成一個(gè)三層的結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。通過網(wǎng)絡(luò)號(hào)確定了一個(gè)站點(diǎn)，通過子網(wǎng)號(hào)確定一個(gè)物理子網(wǎng)，而通過主機(jī)號(hào)則確定了與子網(wǎng)相連的主機(jī)地址。因此，一個(gè)IP數(shù)據(jù)包的路由就涉及到三部分：傳送到站點(diǎn)、傳送到子網(wǎng)、傳送到主機(jī)。子網(wǎng)具體的劃分方法對子網(wǎng)的劃分，可以將單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號(hào)分為兩個(gè)部分，其中一部分用于子網(wǎng)號(hào)編址，另一部分用于主機(jī)號(hào)編址。劃分子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)，取決于具體的需要。若子網(wǎng)號(hào)所占的比特越多，可分配給主機(jī)的位數(shù)就越少，也就是說，在一個(gè)子網(wǎng)中所包含的主機(jī)就越少。比如一個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)，將主機(jī)號(hào)分為兩部分，其中8個(gè)比特用于子網(wǎng)號(hào)，另外8個(gè)比特用于主機(jī)號(hào)，那么這個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)就被分為254個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)可以容納254臺(tái)主機(jī)。劃分子網(wǎng)后的問題如何區(qū)分這兩個(gè)地址？如何確定兩個(gè)IP地址是否屬于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)？子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩瑪（SubnetMask）也是一個(gè)“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示的32位二進(jìn)制數(shù)，通過子網(wǎng)掩碼，可以指出一個(gè)IP地址中的哪些位對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址（包括子網(wǎng)地址）、哪些位對應(yīng)于主機(jī)地址。對于子網(wǎng)掩碼的取值，通常是將對應(yīng)于IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)）的所有位都設(shè)置為“1”，對應(yīng)于主機(jī)地址（主機(jī)號(hào)）的所有位都設(shè)置為“0”。地址類型點(diǎn)分十進(jìn)制表示子網(wǎng)掩碼的二進(jìn)制位A11111111000000000000000000000000B11111111111111110000000000000000C11111111111111111111111100000000通過子網(wǎng)掩碼識(shí)別網(wǎng)絡(luò)地址TCP/IP對子網(wǎng)掩碼和IP地址進(jìn)行“按位與”的操作。經(jīng)過按位與運(yùn)算，可以將每個(gè)IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址取出，從而知道兩個(gè)IP地址所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)掩碼與主機(jī)IP地址范圍的計(jì)算子網(wǎng)劃分的規(guī)則在RFC文檔中，RFC950規(guī)定了子網(wǎng)劃分的規(guī)范，其中對網(wǎng)絡(luò)地址中的子網(wǎng)號(hào)作了如下的規(guī)定：由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)全為“0”代表的是本網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)絡(luò)地址中的子網(wǎng)號(hào)也不能全為“0”，子網(wǎng)號(hào)全為“0”時(shí)，表示本子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)全為“1”表示的是廣播地址，所以網(wǎng)絡(luò)地址中的子網(wǎng)號(hào)也不能全為“1”，全為“1”的地址用于向子網(wǎng)廣播。子網(wǎng)劃分的步驟在劃分子網(wǎng)之前，需要確定所需要的子網(wǎng)數(shù)和每個(gè)子網(wǎng)的最大主機(jī)數(shù)，有了這些信息后，就可以定義每個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號(hào)+子網(wǎng)號(hào)）的范圍和主機(jī)號(hào)的范圍。劃分子網(wǎng)的步驟如下：確定需要多少子網(wǎng)號(hào)來唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)子網(wǎng)。確定需要多少主機(jī)號(hào)來標(biāo)識(shí)每個(gè)子網(wǎng)上的每臺(tái)主機(jī)。定義一個(gè)符合網(wǎng)絡(luò)要求的子網(wǎng)掩碼。確定標(biāo)識(shí)每一個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址。確定每一個(gè)子網(wǎng)上所使用的主機(jī)地址的范圍。子網(wǎng)劃分實(shí)例確定子網(wǎng)掩碼將一個(gè)C類的地址劃分為兩個(gè)子網(wǎng)，必然要從代表主機(jī)號(hào)的第四個(gè)字節(jié)中取出若干個(gè)位用于劃分子網(wǎng)。若取出1位，根據(jù)子網(wǎng)劃分規(guī)則，無法使用。若取出3位，可以劃分6個(gè)子網(wǎng)，似乎可行，但子網(wǎng)的增多也表示了每個(gè)子網(wǎng)容納的主機(jī)數(shù)減少，6個(gè)子網(wǎng)中每個(gè)子網(wǎng)容納的主機(jī)數(shù)為30，而實(shí)際的要求是每個(gè)子網(wǎng)需要51個(gè)主機(jī)號(hào)。若取出2位，可以劃分2個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)可容納62個(gè)主機(jī)號(hào)（全為0和全為1的主機(jī)號(hào)不能分配給主機(jī)），因此，取出2位劃分子網(wǎng)是可行的，子網(wǎng)掩碼為92。確定標(biāo)識(shí)每一個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址確定每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)地址范圍每個(gè)子網(wǎng)中每臺(tái)主機(jī)的地址分配可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)記法用一種簡便方法來表示子網(wǎng)掩碼中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，用網(wǎng)絡(luò)前綴表示：/<#位數(shù)>，定義了網(wǎng)絡(luò)號(hào)的位數(shù)。例如，一個(gè)子網(wǎng)掩碼為的B類網(wǎng)絡(luò)地址，用網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)記法就可以表示為/16。地

址

類子網(wǎng)掩碼位網(wǎng)

絡(luò)

前

綴A類111111110000000000000000

00000000/8B類11111111111111110000000000000000/16C類1111111111111111

1111111100000000/24可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）在實(shí)際的應(yīng)用中，某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中需要有不同規(guī)模的子網(wǎng)，比如，一個(gè)單位中的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含不同數(shù)量的主機(jī)就需要?jiǎng)?chuàng)建不同規(guī)模的子網(wǎng)。變長子網(wǎng)劃分是一種用不同長度的子網(wǎng)掩碼來分配子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)的技術(shù)但所有的子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)都是惟一的，并能通過對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼進(jìn)行區(qū)分。對于變長子網(wǎng)的劃分，實(shí)際上是對已劃分好的子網(wǎng)做進(jìn)一步劃分，從而形成不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）例如：一個(gè)B類的網(wǎng)絡(luò)為，需要的配置是1個(gè)能容納32000臺(tái)主機(jī)的子網(wǎng)、15個(gè)能容納2000臺(tái)主機(jī)的子網(wǎng)和8個(gè)能容納254臺(tái)主機(jī)的子網(wǎng)。

1個(gè)能容納32000臺(tái)主機(jī)的子網(wǎng)用主機(jī)號(hào)中的1位進(jìn)行子網(wǎng)劃分，產(chǎn)生兩個(gè)子網(wǎng)，/17和/17。這種子網(wǎng)劃分允許每個(gè)子網(wǎng)有多達(dá)32766臺(tái)主機(jī)。選擇/17作為網(wǎng)絡(luò)號(hào)能滿足1個(gè)子網(wǎng)容納32000臺(tái)主機(jī)的需求。子

網(wǎng)

編

號(hào)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（點(diǎn)分十進(jìn)制）子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)前綴）1

/17可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）(2)15個(gè)能容納2000臺(tái)主機(jī)的子網(wǎng)再使用主機(jī)號(hào)中的4位對子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)/17進(jìn)行子網(wǎng)劃分，就可以劃分16個(gè)子網(wǎng)，即/21，/21，…，/21，/21，從這16個(gè)子網(wǎng)中選擇前15個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)就可以滿足需求。子

網(wǎng)

編

號(hào)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(點(diǎn)分十進(jìn)制)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)前綴)1

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/21可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）(3)8個(gè)能容納254臺(tái)主機(jī)的子網(wǎng)再用主機(jī)號(hào)中的3位對子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)/21（第（2）步驟中所劃分的第16個(gè)子網(wǎng)）進(jìn)行劃分，可以產(chǎn)生8個(gè)子網(wǎng)。每個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址為/24，/24，/24，/24，/24，/24，/24，/24。每個(gè)子網(wǎng)可以包含254臺(tái)主機(jī)。子

網(wǎng)

編

號(hào)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(點(diǎn)分十進(jìn)制)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)前綴)1

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/24可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）超網(wǎng)

超網(wǎng)：子網(wǎng)的聚合，充分的利用C類IP地址，以減少路由器中的路由條目，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。例如，超網(wǎng)/21聚合了連續(xù)的8個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)地址。C類網(wǎng)絡(luò)地址二

進(jìn)

制

數(shù)11001010010011101010100000000000110010100100111010101001000000001100101001001110101010100000000011001010010011101010101100000000110010100100111010101100000000001100101001001110101011010000000011001010010011101010111000000000110010100100111010101111000000003.5.3域名系統(tǒng)國內(nèi)外常用域名結(jié)構(gòu)情況美國商業(yè)組織政府組織教育機(jī)構(gòu)中國電信網(wǎng)頂層域comgoveducn第二層ibm（IBM公司）net(郵電網(wǎng)),edu(教育系統(tǒng)網(wǎng))第三層www(IBM的web服務(wù)器)Szptt(深圳電信局),pku(北京大學(xué))第四層nenpubwww(北大web主機(jī))第五層1、域名地址

Internet采用了一套和IP地址對應(yīng)的地址表示方法，稱為域名系統(tǒng)(DNS)。DNS使用與主機(jī)位置、作用、行業(yè)有關(guān)的一組字符來表示IP地址，這組字符類似于英文縮寫或漢語拼音。

2、域名結(jié)構(gòu)Internet的域名系統(tǒng)和IP地址一樣,采用典型的層次結(jié)構(gòu)，每一層由域或標(biāo)號(hào)組成，其結(jié)構(gòu)如下表所示。3.5.3域名系統(tǒng)圖3-21域名結(jié)構(gòu)示意圖域名:域名：rootpkucneduhnrtuNet…域名：pub.hn.Nethnpubcom163sohu域名：163.com域名:3、域名分配域名的層次結(jié)構(gòu)給域名的管理帶來了方便，每一部分授權(quán)給某個(gè)機(jī)構(gòu)管理，授權(quán)機(jī)構(gòu)可以將其所管轄的名字空間進(jìn)一步劃分，最后形成樹形的層次結(jié)構(gòu)，如圖3-21所示.

3.5.3域名系統(tǒng)4、DNS服務(wù)

用戶使用域名訪問Internet上的主機(jī)時(shí),需要通過提供域名服務(wù)的DNS服務(wù)器將域名解析（轉(zhuǎn)換）成對應(yīng)的IP地址。主機(jī)消息主機(jī)Internet路由器查詢響應(yīng)6名字查詢轉(zhuǎn)發(fā)查詢請求主DNS服務(wù)器其他DNS服務(wù)器圖3-22DNS服務(wù)器把域名解析為IP地址3.5.3域名系統(tǒng)5、域名管理機(jī)構(gòu)

域名地址由國際組織網(wǎng)絡(luò)信息中心（NIC）集中管理,統(tǒng)一分配。各級(jí)域名的管理權(quán)授予相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，各管理機(jī)構(gòu)可以將管轄內(nèi)的各域進(jìn)一步劃分成若干個(gè)子域管理權(quán)再授予相應(yīng)的子機(jī)構(gòu)，以完成所屬主機(jī)名和主機(jī)IP地址的管理。目前全世界共有三個(gè)這樣的網(wǎng)絡(luò)信息中心：

⑴InterNIC：負(fù)責(zé)美國及其它地區(qū)

⑵ENIC：負(fù)責(zé)歐洲地區(qū)。

⑶APNIC：負(fù)責(zé)亞太地區(qū)。

亞太地區(qū)的地址分配權(quán)在亞太地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信息中心(APNIC),其總部設(shè)在日本東京大學(xué)。申請時(shí)要考慮申請哪一類IP地址,然后向國內(nèi)的代理機(jī)構(gòu)提出，現(xiàn)在申請到的IP地址大多為C類地址。3.5.4

IPv6協(xié)議1、IPv6的研究背景

由于IPv4本身存在一些局限性，因而面臨著以下問題。⑴IP地址的消耗引起地址空間不足：IP地址只有32位,可用的地址有限，最多接入的主機(jī)數(shù)不超過232。⑵IPv4缺乏對服務(wù)質(zhì)量優(yōu)先級(jí)、安全性的有效支持。⑶lPv4協(xié)議配置復(fù)雜,

特別是隨著個(gè)人移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備上網(wǎng)、網(wǎng)上娛樂服務(wù)的增加、多媒體數(shù)據(jù)流的加入,以及出于安全性等方面的需求，迫切要求新一代IP協(xié)議的出現(xiàn)。

為此,互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETE開始著手下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的制定工作。IETE于1991年提出了請求說明，1994年9月提出了正式草案，1995年底確定了IPng的協(xié)議規(guī)范,被稱為“IPv6”，1995年12月開始進(jìn)入Internet標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。3.5.4

IPv6協(xié)議2、IPv6的技術(shù)特點(diǎn)

IPv6在技術(shù)上做了許多改進(jìn),它具有以下5個(gè)方面的特點(diǎn)。地址自動(dòng)設(shè)定增加