第一章-IP基礎(chǔ)原理

1、第一章 IP基本原理第一節(jié) 什么是INTERNET？1.1 Internet概述Internet網(wǎng)又稱國(guó)際互連網(wǎng)，它是目前世界上最大的信息網(wǎng)絡(luò)，通過INTERNET網(wǎng)，我們可以和世界上大多數(shù)國(guó)家進(jìn)行交流，檢索各種信息資料。我國(guó)已連通INTERNET網(wǎng)，并向全社會(huì)開放。INTERNET網(wǎng)是由美國(guó)軍用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起來(lái)的，1968年美國(guó)國(guó)防部研究局主持研制用于支持軍用研究的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)（ARPANET）。該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想是：要求網(wǎng)絡(luò)能夠經(jīng)受住故障而維持正常工作。為此，ARPA使用了國(guó)際互連協(xié)議IP和傳輸控制協(xié)議TCP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，1969年ARPANET投入運(yùn)行，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)

2、嶄新的紀(jì)元。INTERNET的發(fā)展先后經(jīng)歷了三個(gè)階段：1、 19691984年，為軍用實(shí)驗(yàn)階段。2、 19841992年，學(xué)術(shù)應(yīng)用階段。3、 19921995年，向商業(yè)應(yīng)用過度階段。1995年以后，INTERNET網(wǎng)進(jìn)入商用階段。INTERNET網(wǎng)是一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”它是以TCP/IP協(xié)議把各個(gè)國(guó)家、各個(gè)部門、各種機(jī)構(gòu)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，從信息資源的觀點(diǎn)看，INTERNET網(wǎng)是一個(gè)集各個(gè)部門、各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)各種信息資源為一體的信息資源網(wǎng)。它提供的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了任何一個(gè)單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)。INTERNET實(shí)質(zhì)是物理網(wǎng)絡(luò)和信息資源相結(jié)合而形成的一個(gè)龐大的信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。具有以下特點(diǎn)：1.TCP/IP協(xié)

3、議是INTERNET網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心。INTERNET網(wǎng)中，依靠該協(xié)議實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的互連。2.用戶在使用INTERNET網(wǎng)時(shí)，并不需要了解網(wǎng)絡(luò)底層的物理結(jié)構(gòu)，這種透明性使得用戶在使用時(shí)十分方便。3.由于INTERNET網(wǎng)也“互連”了公用電話網(wǎng)，因此，對(duì)一般用戶，只要具備一部電話機(jī)、一臺(tái)微機(jī)和一臺(tái)調(diào)制解調(diào)器，就可以接入INTERNET網(wǎng)。4.沒有對(duì)INTERNET網(wǎng)上的通信進(jìn)行統(tǒng)一管理的機(jī)構(gòu)，INTERNET網(wǎng)上的許多服務(wù)和功能都是由用戶來(lái)開發(fā)、經(jīng)營(yíng)和管理的?？梢哉f(shuō)，從經(jīng)營(yíng)管理的角度來(lái)講，INTERNET網(wǎng)是一個(gè)用戶的網(wǎng)絡(luò)。目前，連接到INTERNET網(wǎng)上的大型網(wǎng)絡(luò)包括有NSINET（美國(guó)宇航局N

4、ASA的網(wǎng)絡(luò)）、ESNET（美國(guó)能源部的網(wǎng)絡(luò)）、CREN（由美國(guó)BITNET和CSNET合并的網(wǎng)絡(luò)， 提供電子郵件及專題討論等服務(wù)）、UUNET（基于UNIX的UUCP協(xié)議）、NCSANET（美國(guó) 超級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）、USAN（美國(guó)院校衛(wèi)星網(wǎng)）、EBONE（歐洲骨干網(wǎng)）、SWITH（瑞士院校 網(wǎng)）、SUNET（瑞士院校網(wǎng)）、ILAN（以色列科技網(wǎng)）、AARNNT（澳大利亞科研網(wǎng)）等等。我國(guó)接入INTERNET網(wǎng)的骨干網(wǎng)是CHINANET（中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互連網(wǎng)）。1.2 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織 目前國(guó)際上有許多組織致力與互連網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的研究，通過提供論壇，使得非正式的說(shuō)明變?yōu)檎降囊?guī)則。以下是對(duì)網(wǎng)絡(luò)互連作出

5、過貢獻(xiàn)的著名標(biāo)準(zhǔn)化組織： ISO（International Organization for Standardization)最著名的貢獻(xiàn)為OSI參考模型和OSI協(xié)議族。 ANSI（American National Standards Institute)。ISO的成員，主要的標(biāo)準(zhǔn)有FDDI。 EIA（Electronic Industries Association)。EIA制定了包括在網(wǎng)絡(luò)上使用的電子傳輸標(biāo)準(zhǔn)。主要的標(biāo)準(zhǔn)有EIA/TIA-232。 IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers)。主要的標(biāo)準(zhǔn)有IEEE802.3

6、、 IEEE802.5。 ITU-T（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) ,其前身是CCITT,主要的標(biāo)準(zhǔn)有X .25 IAB（Internet Activities Board)互連網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)機(jī)構(gòu)。IAB指定RFC（Request for Comment），并將RFC文檔作為互連網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。 RFC可以通過匿名Ftp獲得，提供RFC的站點(diǎn)有： . Munnari.oz.au . Funet.fi nisc.jvnc.n

7、et. Sunnic.sunet.se N. Chalmers.se第二節(jié) TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2.1 OSI模型在網(wǎng)絡(luò)互連中，有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以考慮：合法的和事實(shí)的。合法的意味著用權(quán)力或法律建立。事實(shí)的意味著用實(shí)際的事實(shí)建立，盡管沒有得到官方或法律上的承認(rèn)，但T C P / I P為那個(gè)協(xié)議創(chuàng)建了一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，盡管它在得到廣泛接受之前并沒有成為標(biāo)準(zhǔn)。OSI(Open System Interconnection, 開放系統(tǒng)互連)參考模型是一個(gè)合法的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織( I S O )創(chuàng)建了O S I模型，并在1 9 8 4年發(fā)布，以為供應(yīng)商提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型，這樣它們的產(chǎn)品

8、可以在網(wǎng)絡(luò)上協(xié)調(diào)工作。O S I參考模型提供了層次分析工具，以理解互連技術(shù)，以及當(dāng)前和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基礎(chǔ)。這個(gè)模型也考慮了由D A R PA項(xiàng)目工程師面對(duì)的互通性和互操作性挑戰(zhàn)。O S I模型回答這些挑戰(zhàn)的方法是通過一個(gè)7層的協(xié)議模型，如圖1 - 1所示。通過將模型分解為層，互通性和互操作性的能力變得可以管理，因?yàn)槊繉佣际亲园模⒉灰蕾囉诓僮飨到y(tǒng)或其他的因素。分層方法也使供應(yīng)商受益，因?yàn)樗鼈儍H僅需要將開發(fā)工作集中在它們自己的產(chǎn)品使用的層上，而且可以建立在其他層的現(xiàn)有協(xié)議基礎(chǔ)上。不僅僅使開發(fā)代價(jià)降低到最低程度，而且可銷售性增加了，因?yàn)榭梢允褂闷渌?yīng)商的產(chǎn)品。圖1-1 OSI參考模型模型描

9、述了每個(gè)層如何與其他節(jié)點(diǎn)上的對(duì)應(yīng)層進(jìn)行通信。圖1 - 2說(shuō)明了數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡(luò)中找到它的道路。在第一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，最終用戶創(chuàng)建一些數(shù)據(jù)，發(fā)送到其他節(jié)點(diǎn)，例如電子郵件。在應(yīng)用層，在數(shù)據(jù)上加入了應(yīng)用層報(bào)頭。表示層在從應(yīng)用層接收到的數(shù)據(jù)上加入了它自己的報(bào)頭，每層在從上層收到的數(shù)據(jù)上加入它們自己的報(bào)頭。然而，在較低層，數(shù)據(jù)分隔為較小的信元，并在每個(gè)信元上加入報(bào)頭。例如，傳輸層具有較小的數(shù)據(jù)報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)層有數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)鏈路層有幀。物理層處理原始比特流中的數(shù)據(jù)。當(dāng)這個(gè)比特流到達(dá)目的地時(shí)，數(shù)據(jù)在每層重新集合，并且去除每層的報(bào)頭，直至最終用戶可以閱讀電子郵件。用于記憶層(應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈

10、路層、物理層)正確順序的普通方法是All People Seem To Need Data Processing(A P S T N D P)。2.2 TCP/IP協(xié)議的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型TCP/IP是由一系列協(xié)議組成的協(xié)議組，其名字是由這些協(xié)議的兩個(gè)協(xié)議組成的，即傳輸控制協(xié)議(Transmision Control ProtocolTCP)和網(wǎng)間協(xié)議(Internet ProtocolIP)。TCP/IP與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO指定的開放系統(tǒng)互連參考模型OSI相類似，TCP/IP也采用層次化結(jié)構(gòu)，共分四層，如圖1-2-1所示：應(yīng)用層SMTPFTPTELNETDNSSNMPTFTPASN.1傳輸層TC

11、PUDP網(wǎng)間網(wǎng)層IP ICMP網(wǎng)絡(luò)接口層ARP RARP圖1-2-1 TCP/IP協(xié)議的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用層：向用戶提供一些常用的應(yīng)用程序，比如文件傳輸、電子郵件等。用戶還可以根據(jù)需要，建立自己的專用程序。應(yīng)用層協(xié)議包括FTP、DNS、TELNET、SMTP、HTTP、SNMP等；傳輸層：提供應(yīng)用程序端到端的通信。主要包括TCP和UDP協(xié)議。傳輸層的主要功能為：格式化信息流，提供可靠傳輸。傳輸層采用接受確認(rèn)、出錯(cuò)重發(fā)的通信機(jī)制。每一個(gè)分組中都帶有校驗(yàn)和接收端以次來(lái)校驗(yàn)接收分組的正確性。不同應(yīng)用程序間的識(shí)別。為了區(qū)別不同的應(yīng)用程序，傳輸層在每個(gè)分組總增加識(shí)別信源和信宿應(yīng)用程序的信息。不同的應(yīng)用程序

12、具有不同的端口編號(hào)。網(wǎng)間網(wǎng)層：負(fù)責(zé)相鄰計(jì)算機(jī)之間的通信。它負(fù)責(zé)向傳輸層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)報(bào)，屏蔽各種物理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)格式的差別。網(wǎng)間網(wǎng)層協(xié)議包括IP、ICMP、ARP、RARP等。網(wǎng)間網(wǎng)層的主要功能如下：數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。接收來(lái)自傳輸層的呼叫請(qǐng)求，將呼叫請(qǐng)求分組裝入IP數(shù)據(jù)報(bào)，填充報(bào)頭，選擇去往目的地址的路徑，然后將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)端口；IP地址功能尋址。接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)報(bào)，檢查其合法性，然后尋找路由如果數(shù)據(jù)報(bào)已到達(dá)目的地（本機(jī)），則曲調(diào)報(bào)頭，將剩下的分組交給傳輸層上適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議；如果該數(shù)據(jù)報(bào)還未到達(dá)目的地，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)。尋徑。處理ICMP報(bào)文，處理路徑、控制、擁塞等問題。網(wǎng)絡(luò)接口層：負(fù)責(zé)接

13、收數(shù)據(jù)報(bào)，通過網(wǎng)絡(luò)向外發(fā)送，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出IP數(shù)據(jù)報(bào)，交給IP層。TCP/IP協(xié)議的組成TCP/IP協(xié)議是由一組龐大的協(xié)議群組成，其中常用的協(xié)議及其所在的層次說(shuō)明如下。(一)、地址解析協(xié)議ARP/RARPARP實(shí)現(xiàn)IP地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，RARP實(shí)現(xiàn)物理地址到IP地址的轉(zhuǎn)換。他們起著屏蔽物理地址的重要作用。物理地址，即為通常所說(shuō)的MAC地址。MAC地址長(zhǎng)48位（12個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字），IEEE定義了前6個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字表示制造商，后6個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字表示接口數(shù)或其他有用信息。末端設(shè)備一般只有一個(gè)MAC地址。Router和其它連網(wǎng)設(shè)備通常有多個(gè)MAC地址。(二)、網(wǎng)間互連協(xié)議IPIP協(xié)

14、議是INTERNET網(wǎng)上最重要的協(xié)議軟件之一。它詳細(xì)規(guī)定了INTERNET網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)則。IP負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上傳誦由TCP或UDP生成的數(shù)據(jù)段。IP協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備使用統(tǒng)一的網(wǎng)間網(wǎng)地址，即IP地址，并且根據(jù)IP地址確定路由和目的主機(jī)。IP是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（第三層），它包括地址訪問信息和路由數(shù)據(jù)包的控制信息。RFC791中有IP的詳細(xì)說(shuō)明，IP是Internet協(xié)議簇中的主要網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它與傳輸控制協(xié)議（TCP）一起，代表了Internet協(xié)議的核心。IP有兩個(gè)主要功能，一是提供通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)連接和最有效的數(shù)據(jù)報(bào)分發(fā)；二是提供數(shù)據(jù)的分組和重組，以支持最大傳輸單元（MTU）不同的

15、數(shù)據(jù)鏈路。IP數(shù)據(jù)包格式IP數(shù)據(jù)包格式如下圖所示。下面對(duì)圖中的IP數(shù)據(jù)包格式做幾點(diǎn)說(shuō)明：版本：標(biāo)識(shí)現(xiàn)在使用的IP版本。IP報(bào)頭長(zhǎng)度（IHL）：在一個(gè)32位的字節(jié)中指示數(shù)據(jù)報(bào)頭的長(zhǎng)度。服務(wù)類型：指定高層協(xié)議希望處理的當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)的方式，并設(shè)置數(shù)據(jù)報(bào)的重要性級(jí)別?？傞L(zhǎng)度：指定整個(gè)IP數(shù)據(jù)包以字節(jié)計(jì)數(shù)的長(zhǎng)度，包括數(shù)據(jù)和報(bào)頭。標(biāo)識(shí)：包含標(biāo)識(shí)當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)的整型值，該域可幫助將數(shù)據(jù)報(bào)組合在一起。標(biāo)志：由一個(gè)3位的域構(gòu)成，其中兩個(gè)低位（權(quán)值最?。┛刂品侄?，最低位標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包是否可被分段，中間位標(biāo)識(shí)該數(shù)據(jù)包是否是一系列數(shù)據(jù)包中的最后一個(gè)。第三位或最高位沒有使用。段位移：指示該段中的數(shù)據(jù)相對(duì)于原始數(shù)據(jù)報(bào)中數(shù)據(jù)起點(diǎn)的位

16、置，以便目的地IP進(jìn)程可以正確地重組原始數(shù)據(jù)報(bào)。生命期：維護(hù)一個(gè)逐步減小到0的計(jì)數(shù)器，0時(shí)丟棄數(shù)據(jù)報(bào)。這樣可以防止數(shù)據(jù)包無(wú)休止地循環(huán)。協(xié)議：指示當(dāng)IP進(jìn)程結(jié)束后，哪一個(gè)高層協(xié)議接收收到的數(shù)據(jù)包。頭校驗(yàn)和：幫助保證IP頭的完整性。源地址：標(biāo)識(shí)發(fā)送節(jié)點(diǎn)。目的地址：標(biāo)識(shí)接收節(jié)點(diǎn)。選項(xiàng)：允許IP支持多種選項(xiàng)，如安全。32位數(shù)據(jù)：包含高層信息。版本IHL服務(wù)類型總長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)標(biāo)志段位移生命期協(xié)議頭校驗(yàn)和源地址目的地址選項(xiàng)（+）數(shù)據(jù)（可變）圖1-2-2 IP數(shù)據(jù)包的格式(三)、網(wǎng)際控制協(xié)議ICMPICMP負(fù)責(zé)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備狀態(tài)發(fā)出和檢查報(bào)文，是傳遞網(wǎng)絡(luò)控制信息的主要手段，還提供差錯(cuò)報(bào)告功能。ICMP是IP不

17、可分割的一部分,其定義參見RFC792，它使用IP數(shù)據(jù)包傳輸設(shè)施發(fā)送報(bào)文，它發(fā)送的報(bào)文可以為TCP/IP執(zhí)行下列控制、錯(cuò)誤報(bào)告、信息等功能。流控制：當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)的速度太快而無(wú)法處理時(shí)，目的主機(jī)或中間網(wǎng)關(guān)就會(huì)發(fā)送一個(gè)“ICMP 源站抑制報(bào)文”（ICMP Soure Quench Message)給發(fā)送者，以通知源站點(diǎn)暫時(shí)停止發(fā)送報(bào)文。檢測(cè)不可到達(dá)目的地：當(dāng)目的地不可到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)Destination Unreachable Message. DUM消息包括網(wǎng)絡(luò)不可到達(dá)、主機(jī)不可到達(dá)、協(xié)議不可到達(dá)和端口不可到達(dá)四種基本類型。網(wǎng)絡(luò)不可到達(dá)表示數(shù)據(jù)包在選路或?qū)ぶ分邪l(fā)生錯(cuò)誤。 主機(jī)不可到達(dá)通常表

18、示發(fā)送錯(cuò)誤，如錯(cuò)誤掩碼。協(xié)議不可到達(dá)表示目的地不支持?jǐn)?shù)據(jù)包中指定的高層協(xié)議。端口不可到達(dá)表示TCP端口無(wú)效。重定向路由：消息由路由器發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)主機(jī)，以產(chǎn)生更有效的路由選擇。回響請(qǐng)求： （ICMP Echo）由Ping指令產(chǎn)生，通過該指令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性。（ ICMP Echo Reply）消息表示目的節(jié)點(diǎn)可到達(dá)。 Router Advertisement（路由通告） Router Solicitation（路由請(qǐng)求）ICMP Time Exceeded：當(dāng)IP包的TTL達(dá)到0時(shí)，路由器發(fā)送一個(gè)ICMP Time Exceeded 。ICMP協(xié)議提供了兩個(gè)非常有用的網(wǎng)絡(luò)診斷工具PING和T

19、RACE。Ping的原理：源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)或多個(gè)ICMP Echo包，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。若目的節(jié)點(diǎn)收到該數(shù)據(jù)包，則回應(yīng)相應(yīng)的ICMP Echo Reply包。否則給出相應(yīng)的出錯(cuò)信息。Trace（Tracert、Tracerouter）的原理：Trace采用兩種技術(shù)去跟蹤到達(dá)目的地的路由，即小的TTL值和無(wú)效的端口號(hào)。Trace發(fā)送小值TTL的UDP分組去檢測(cè)中間網(wǎng)關(guān)。初始的TTL值為1，每發(fā)一組三個(gè)UDP分組報(bào)文就將TTL值加1，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)關(guān)接收到一個(gè)分組時(shí)，就將該TTL值減1，如TTL值為0，就不轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，并將一個(gè)ICMP Time Execceded報(bào)文返回到源節(jié)點(diǎn)。當(dāng)目的主機(jī)接收到來(lái)自源節(jié)點(diǎn)

20、的數(shù)據(jù)包時(shí)，由于源節(jié)點(diǎn)使用了一個(gè)無(wú)效端口號(hào)（33434）去強(qiáng)制出錯(cuò)，目的節(jié)點(diǎn)返回Unreachable Port消息，源節(jié)點(diǎn)一旦收到該消息時(shí)，知道數(shù)據(jù)包已到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，停止跟蹤(四)、傳輸控制協(xié)議TCPTCP的目的是保證可靠數(shù)據(jù)傳輸，提供無(wú)差錯(cuò)的通信服務(wù)。它把從上層應(yīng)用程序傳來(lái)的數(shù)據(jù)裝配成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)報(bào)，保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。TCP是一種可靠的、面向連接的協(xié)議，并可以實(shí)現(xiàn)流控和差錯(cuò)控制。TCP提供的可靠性是利用一種稱為“重傳肯定確認(rèn)(PAR）”機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。TCP是面向連接的，它在兩個(gè)通信主機(jī)之間建立一個(gè)邏輯的端對(duì)端連接，通過握手來(lái)實(shí)現(xiàn)。TCP的流控是通過窗口來(lái)實(shí)現(xiàn)。TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠

21、傳輸。TCP對(duì)應(yīng)OSI參考模型的傳輸層（第四層）。TCP提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復(fù)用。使用數(shù)據(jù)流傳送，TCP發(fā)送以序列號(hào)標(biāo)識(shí)的非結(jié)構(gòu)化比特流。這種服務(wù)給應(yīng)用帶來(lái)了便利，因?yàn)樗鼈儾槐卦趯?shù)據(jù)傳給TCP之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊。TCP將它們分組，并傳給IP發(fā)送。通過面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)包發(fā)送，TCP提供互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃?。TCP通過使用轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)號(hào)對(duì)字節(jié)排序來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠性，確認(rèn)號(hào)將源節(jié)點(diǎn)希望接收的下一個(gè)字節(jié)指示給目的節(jié)點(diǎn)。在一段指定時(shí)間內(nèi)，沒有確認(rèn)的字節(jié)將重新發(fā)磅。TCP的可靠性機(jī)制允許設(shè)備處理丟失、延遲、重復(fù)或錯(cuò)讀數(shù)據(jù)包。超時(shí)機(jī)制允許設(shè)備檢測(cè)丟失的數(shù)據(jù)包

22、并請(qǐng)求重新傳輸。TCP提供有效的流控，這表示當(dāng)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)時(shí)，接收TCP進(jìn)程指示它們可以接收而不會(huì)引起其內(nèi)部緩沖區(qū)溢出的最高序列號(hào)。全雙工操作表示TCP進(jìn)程可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。最后，TCP的多路復(fù)用表示大量高層對(duì)話可以同時(shí)通過一個(gè)單獨(dú)的連接發(fā)送出去。建立TCP連接：為了使用可靠的傳輸服務(wù)，TCP主機(jī)之間必須建立面向連接的會(huì)話。連接是通過使用“三路握手”機(jī)制建立的。通過使兩邊使用相同的起始序列號(hào)，三路握手機(jī)制可同步一個(gè)連接的兩端。這個(gè)機(jī)制也保證兩邊都為傳輸數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備，并知道另一邊已準(zhǔn)備好要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。這樣，在會(huì)話建立期間和會(huì)話結(jié)束后，數(shù)據(jù)包都不會(huì)被傳送或重新傳送。每個(gè)主機(jī)都隨機(jī)選擇一個(gè)

23、序列號(hào)，并用它跟蹤正在發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)流中的字節(jié)。然后，三路握手進(jìn)行下面的動(dòng)作：第一個(gè)主機(jī)（主機(jī)A）通過發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求連接數(shù)據(jù)包初始化連接，該數(shù)據(jù)包帶有初始序列號(hào)（X）和SYN位組。第二個(gè)主機(jī)（主機(jī)B）接收SYN，記錄序列號(hào)X，并通過確認(rèn)SYN（使用一個(gè)ACK=X+1）來(lái)應(yīng)答。主機(jī)B含有其自己的初始化序列號(hào)（SEQ=Y）。SYN=20表示主機(jī)已經(jīng)收到了0 19字節(jié)，希望接收字節(jié)20。這個(gè)技術(shù)叫作前向確認(rèn)。然后，主機(jī)A通過前向確認(rèn)，指示主機(jī)A希望接收的下一個(gè)字節(jié)（ACK=Y+1），并確認(rèn)主機(jī)B發(fā)送的所有字節(jié)。數(shù)據(jù)傳輸開始。確認(rèn)和重傳輸（PAR）：一個(gè)簡(jiǎn)單的傳輸協(xié)議可能會(huì)提供可靠的流控技術(shù)，使用該技

24、術(shù)，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，啟動(dòng)定時(shí)器，然后在發(fā)送新的數(shù)據(jù)包之前等待一個(gè)確認(rèn)消息。如果在定時(shí)器歸0之前還沒有收到確認(rèn)消息，源節(jié)點(diǎn)就重新傳輸該數(shù)據(jù)包。這種技術(shù)就叫確認(rèn)和重傳輸。通過給每個(gè)數(shù)據(jù)包設(shè)備一個(gè)序列號(hào)，主機(jī)可用PAR跟蹤丟失或重復(fù)的數(shù)據(jù)包。重復(fù)數(shù)據(jù)包可能是因網(wǎng)絡(luò)延時(shí)而過早重傳輸引起的。該序列號(hào)在確認(rèn)消息中發(fā)回，因此可被跟蹤。PAR是對(duì)帶寬的一種低效使用方法，因?yàn)橹鳈C(jī)在發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)包之前，必須等待一個(gè)確認(rèn)消息，并且在同一時(shí)間只能發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包。TCP滑行窗口：與PAR相比，TCP滑行窗口提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬更有效的使用方法，它使主機(jī)在等待一個(gè)確認(rèn)消息的同時(shí)，可以發(fā)送多個(gè)字節(jié)組或數(shù)據(jù)包。在TCP

25、中，接收者在每個(gè)數(shù)據(jù)包中指定當(dāng)前窗口大小。因?yàn)門CP提供面向比特流的連接，窗口大小以字節(jié)數(shù)表示。這意味著窗口就是發(fā)送者在等待確認(rèn)消息的同時(shí)可發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。在連接建立階段即可指定初始窗口大小，但它隨著發(fā)送數(shù)據(jù)變化，以提供流控，例如一個(gè)0大小的窗口表示“沒有數(shù)據(jù)發(fā)送”。在TCP滑行窗口操作中，發(fā)送者有一系列字節(jié)（序列號(hào)為1到10）要發(fā)送給接收者，而接收者的滑行窗口大小為5。那么發(fā)送者將圍繞前五個(gè)字節(jié)設(shè)置一個(gè)窗口，并將它們同時(shí)發(fā)送。然后等待一個(gè)確認(rèn)消息。接收者會(huì)使用ACK=6響應(yīng)，指示它已經(jīng)接收到節(jié)字1 5，正等待第6個(gè)字節(jié)。同樣，接收者將指示窗口大小為5。發(fā)送者將滑行窗口向右移動(dòng)5個(gè)字節(jié)，發(fā)磅

26、字節(jié)6 10。接收者使用ACK=11響應(yīng)，指示它們期望接收序列號(hào)為11的字節(jié)。在這個(gè)數(shù)據(jù)包中，接收者可能指示其窗口大小為0（如果其內(nèi)部緩沖區(qū)已滿）。這時(shí)，發(fā)送者就不能再發(fā)送任何字節(jié)，直到接收者發(fā)送另一數(shù)據(jù)包，其中的窗口大小比0大。TCP數(shù)據(jù)包格式：下圖給出了一個(gè)TCP數(shù)據(jù)包的基本格式。 32位源端口目的端口序列號(hào)確認(rèn)號(hào)數(shù)據(jù)偏移保留標(biāo)志窗口校驗(yàn)和緊急指針選項(xiàng)（+）數(shù)據(jù)（可變）圖1-2-3 TCP數(shù)據(jù)包的基本格式下面對(duì)圖所示的TCP數(shù)據(jù)包基本格式做幾點(diǎn)說(shuō)明：源端口和目的端口：標(biāo)識(shí)高層源和目的進(jìn)程接受TCP服務(wù)的點(diǎn)。序列號(hào)：通常指當(dāng)前消息中的數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)中設(shè)置的數(shù)值。在連接建立階段，這個(gè)域也用于標(biāo)

27、識(shí)在要進(jìn)行的傳輸中使用的初始化序列號(hào)。確認(rèn)號(hào)：包含數(shù)據(jù)包的發(fā)送者希望接收的數(shù)據(jù)中的下一個(gè)字節(jié)的序列號(hào)。數(shù)據(jù)偏移：指向TCP頭中的一個(gè)32位的數(shù)值。保留：用于將來(lái)使用。標(biāo)志：攜帶各種控制信息，包括用于建立連接的SYN和ACK位及用于結(jié)束連接的FIN位。窗口：指定發(fā)送者的接收窗口大小（也就是可用于接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)空間）。校驗(yàn)和：指示頭在傳輸是否被破壞。緊急指針：指向數(shù)據(jù)包中的第一個(gè)緊急數(shù)據(jù)字節(jié)。選項(xiàng)：指定TCP的各種選項(xiàng)。數(shù)據(jù)：包含上層信息。(五)、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP與TCP協(xié)議類似，UDP把應(yīng)用程序傳來(lái)的數(shù)據(jù)裝配成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)報(bào)，但它不確認(rèn)保證報(bào)文到達(dá)。因此UDP不是很可靠，但效率較高。UDP是

28、無(wú)連接的第四層協(xié)議。與TCP不同，UDP不提供到IP的可靠性、流控和差錯(cuò)控制等功能。由于UDP的簡(jiǎn)明性，可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)開銷。在高層協(xié)議已經(jīng)提供差錯(cuò)和流控 情況下，可以使用UDP。NFS、SNMP、DNS、TFTP等高層協(xié)議的傳輸層使用UDP。UDP是無(wú)連接的傳輸層協(xié)議（第四層），它屬于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議家族。UDP是IP與上層進(jìn)程之間的一個(gè)基本接口。UDP協(xié)議端口將運(yùn)行在一個(gè)設(shè)備上的多個(gè)應(yīng)用程序相互區(qū)分開。與TCP不同，UDP不提供到IP的可靠性、流控或差錯(cuò)恢復(fù)功能。由于UDP的簡(jiǎn)明性，與TCP相比，UDP頭包含較少的字節(jié)，并且消耗較少的網(wǎng)絡(luò)開銷。在不需要TCP可靠機(jī)制的情況下，可以使用UDP，例如在

29、高層協(xié)議已經(jīng)提供差錯(cuò)和控制的情況下。UDP是幾種常用應(yīng)用層協(xié)議使用的傳輸協(xié)議，如網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）、主域名稱系統(tǒng)（DNS）和通用文件傳輸協(xié)議（TFTP）。UDP數(shù)據(jù)包的基本格式如下圖所示，它包括源端口、目的端口、長(zhǎng)度和校驗(yàn)和四個(gè)域。源端口和目的端口包含16位的UDP協(xié)議端口號(hào)，為接收應(yīng)用層進(jìn)程提供多路傳輸數(shù)據(jù)報(bào)。長(zhǎng)度域指定UDP頭和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。校驗(yàn)和域提供一個(gè)UDP頭和數(shù)據(jù)的完整性校驗(yàn)（可選）。32位源端口目的端口長(zhǎng)度校驗(yàn)和圖1-2-4 UDP數(shù)據(jù)包的基本格式(六)、遠(yuǎn)程登錄協(xié)議TelentTELNET提供遠(yuǎn)程登陸功能，即一個(gè)遠(yuǎn)地用戶可以象本地用戶一樣，訪問該

30、遠(yuǎn)地系統(tǒng)的資源，但必須事先得到允許。(七)、文件傳輸協(xié)議FTP通過FTP，一個(gè)本地用戶可以把遠(yuǎn)程主機(jī)上的文件拷貝過來(lái)，也可以進(jìn)行相反方向的操作。在請(qǐng)求文件傳輸之前，用戶必須提交登陸名和口令，系統(tǒng)將拒絕非法訪問。(八)、普通文件傳輸協(xié)議TFTP與FTP類似，TFTP也用于不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的拷貝。與FTP相比，TFTP的功能比較簡(jiǎn)單，只提供單純的文件傳輸功能，沒有權(quán)限控制，其規(guī)模比FTP小得多。TFTP建立在UDP協(xié)議的基礎(chǔ)之上。(九)、簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議SMTPSMTP負(fù)責(zé)電子郵件的傳輸，它規(guī)定了電子郵件如何在電子系統(tǒng)中發(fā)送方和接收方之間的TCP連接傳輸，沒有規(guī)定其他任何操作。（十）域名服

31、務(wù)器DNSDNS用于實(shí)現(xiàn)把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的符號(hào)名轉(zhuǎn)成IP地址，使用戶能方便的訪問INTERNET網(wǎng)。（十一）簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMPSNMP為INTERNET提供最基本的網(wǎng)絡(luò)管理功能，主要包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視和控制。第三節(jié) INTERNET的地址系統(tǒng)網(wǎng)間網(wǎng)地址（IP地址）INTERNET網(wǎng)是通過網(wǎng)關(guān)將物理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起的虛擬網(wǎng)。在任何一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)機(jī)器可識(shí)別的物理地址。物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同，物理地址的結(jié)（長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)等）也就不同。相同類型不同網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)又可能擁有相同的物理地址。這就給異網(wǎng)互通帶來(lái)困難。在INTERNET網(wǎng)中，解決這一困難的辦法是使用統(tǒng)一的網(wǎng)間網(wǎng)地址。IP協(xié)議提供一種全網(wǎng)

32、間網(wǎng)通用的地址格式，并在統(tǒng)一的管理下進(jìn)行地址分配，使網(wǎng)上的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備都有一個(gè)唯一的網(wǎng)間網(wǎng)地址（即IP地址）與它相對(duì)應(yīng)。而原來(lái)的物理地址保持不變。這樣，物理地址的差異就被IP地址所屏蔽。IP地址結(jié)構(gòu)與表示（一）IP地址的結(jié)構(gòu)IP地址是一種層次結(jié)構(gòu)的地址，它的組成如下： 網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)其中，網(wǎng)絡(luò)號(hào)確定計(jì)算機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)號(hào)確定計(jì)算機(jī)在該網(wǎng)絡(luò)中的所處的位置。在INTERNET網(wǎng)中，根據(jù)TCP/IP協(xié)議規(guī)定，每個(gè)IP地址是由32bit的二進(jìn)制數(shù)組成的。主要分為三類：圖1-3-1 IP地址類型A類地址：前8位代表網(wǎng)絡(luò)。第0位為特征位，內(nèi)容為0，表明它是A類地址。A類地址共有128個(gè)，每個(gè)A

33、類地址可帶個(gè)IP主機(jī)，所以A類地址主要用于大型網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可包含大量的主機(jī)，但網(wǎng)絡(luò)數(shù)量較少。B類地址：前16位代表網(wǎng)絡(luò)，第0位和第1位為特征位，內(nèi)容為10，表明它是B類地址；B類地址共有16384個(gè)，每個(gè)B類地址可帶65534個(gè)IP主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)。B類地址主要用于中型網(wǎng)絡(luò)。C類地址：前24位代表網(wǎng)絡(luò)，第0位、第1位和第2位為特征位，內(nèi)容為110，表明 它是C類地址。C類地址共有個(gè)，每個(gè)C類地址可帶254個(gè)IP主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)。C類地址主要用于小型網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)所帶的主機(jī)數(shù)量較少，但可支持的網(wǎng)絡(luò)數(shù)較多。除了以上A、B、C三類地址外，網(wǎng)間網(wǎng)還有另外兩類地址，其中D類地址位多點(diǎn)傳送地址，用來(lái)支持多目傳輸技術(shù)

34、；E類地址用于將來(lái)的擴(kuò)展之用。（二）IP地址的表示為了便于記憶和書寫，IP地址可以寫成4個(gè)用小數(shù)點(diǎn)隔開的十進(jìn)制整數(shù)，每個(gè)整數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)。列如：某主機(jī)的IP地址為： 通常寫成 A類地址的第一位表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后三位表示網(wǎng)內(nèi)主機(jī)號(hào)；B類地址的前兩位表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后兩位表示網(wǎng)內(nèi)主機(jī)號(hào)；C類地址的前三位表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)，最后一位表示網(wǎng)內(nèi)主機(jī)號(hào)。如：A類地址表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)為10，網(wǎng)內(nèi)主機(jī)號(hào)為28.1.2。 結(jié)合IP地址的特征位和IP地址的十進(jìn)制整數(shù)表示法，我們可以很方便地區(qū)分類IP地址，如表所示：表1-3-1 IP地址表示表特征位二進(jìn)制表示的前八位碼組范圍十進(jìn)制表示的前八位碼組

35、范圍地址類別0101100127128191192223A類B類C類（三）IP地址舉例下列表格列述不同類型的IP地址表1-3-2 IP地址類型實(shí)例地址類別網(wǎng)絡(luò)地址主機(jī)地址7A7B4B 48C801C012不存在子網(wǎng)掩碼因特網(wǎng)的地址分配是由專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行分配的。地址分配一般以網(wǎng)絡(luò)為單位（一個(gè)A類、B

36、類或C類網(wǎng)）進(jìn)行分配。對(duì)于一個(gè)A類網(wǎng)或B類網(wǎng)來(lái)說(shuō)，每個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)中包含了巨大的主機(jī)地址（A類1600多萬(wàn)，B類6萬(wàn)多），一旦該網(wǎng)絡(luò)ID為某機(jī)構(gòu)或地區(qū)所申請(qǐng)，其它機(jī)構(gòu)就不能使用?？梢韵胂瘢瑳]有一個(gè)機(jī)構(gòu)或部門的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)數(shù)量會(huì)到達(dá)1600多萬(wàn)個(gè)。因此一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于A類網(wǎng)絡(luò)和B類網(wǎng)絡(luò)都存在巨大的IP地址浪費(fèi)問題。同時(shí)，在一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)數(shù)量過于龐大，也不利于網(wǎng)絡(luò)的管理。為解決此IP地址浪費(fèi)問題以及解決管理問題，可以將標(biāo)準(zhǔn)的A類、B類或C類網(wǎng)絡(luò)再分成若干子網(wǎng)。方法是從標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的A類、B類或C類網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)ID部分，劃分出連續(xù)的若干比特表示子網(wǎng)絡(luò)號(hào)。那么我們需要從主機(jī)ID中劃分出多少比特呢？這是由具體

37、管理網(wǎng)絡(luò)的人員根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行劃分的。劃分方案確定后，用子網(wǎng)掩碼來(lái)表示。如下圖3-32 所示。子網(wǎng)掩碼是與IP地址等長(zhǎng)的。其是由二進(jìn)制連續(xù)的 1 和 0 組成，子網(wǎng)掩碼開始是連續(xù)的 1，后面是連續(xù)的 0 結(jié)束。它與IP地址一起來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)ID。IP地址與子網(wǎng)掩碼 1 對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)ID，IP地址與子網(wǎng)掩碼 0 對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)識(shí)主機(jī)ID。子網(wǎng)掩碼的使用假如一個(gè)單位申請(qǐng)了一個(gè) C 類地址 202.112.109 ，在此單位有 8 個(gè)部門。為了便于管理，準(zhǔn)備把 C 類地址分為 8 個(gè)子網(wǎng)，其子網(wǎng)掩碼是什么？分析：根據(jù)地址類別的定義，一個(gè) C 類地址的標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼是 FF.FF.FF.00（或255.

38、255.255.0），為了把 202.112.109 的 C 類網(wǎng)分為 8 個(gè)子網(wǎng)，我們需要 3 個(gè)比特來(lái)表示子網(wǎng)。如圖3-33。結(jié)果：子網(wǎng)掩碼是 FF.FF.FF.E0 （或24）IP地址管理IP地址在INTERNET網(wǎng)中全網(wǎng)有效，因此需要統(tǒng)一管理。INTERNET的管理機(jī)構(gòu)和管理方式是分層的。最高管理機(jī)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)信息中心NIC，負(fù)責(zé)分配IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。目前有以下地區(qū)性NIC： INTER-NIC 負(fù)責(zé)美國(guó)和其他地區(qū) RIPENCC 負(fù)責(zé)歐洲地區(qū) APNIC 負(fù)責(zé)亞太地區(qū)主機(jī)號(hào)則由提出申請(qǐng)的組織負(fù)責(zé)。IP地址解析在前面的章節(jié)我們提到，IP地址能夠?qū)⒉煌奈锢淼刂贰敖y(tǒng)

39、一”起來(lái)，使網(wǎng)間網(wǎng)中IP層以上表現(xiàn)出統(tǒng)一的地址格式，但對(duì)于所有的物理地址，并不做任何改變。在物理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，仍然使用各自原來(lái)的物理地址。這樣，在網(wǎng)間網(wǎng)中就存在著兩種地址，二者之間必須要建立一個(gè)映射關(guān)系。地址之間的映射叫做地址解析，他包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：從IP地址到物理地址的映射和從物理地址到IP地址的映射。在TCP/IP中，實(shí)現(xiàn)地址解析是靠ARP和RARP協(xié)議軟件實(shí)現(xiàn)的。ARP（Address Resolution Protocol）,即地址解析協(xié)議，它負(fù)責(zé)從IP地址到物理地址的映射；RARP（Reserve Address Resolution Protocol）即反向地址解析協(xié)議，它負(fù)責(zé)從物理從物理地址到IP地址的映射。在TCP/IP協(xié)議棧中，它們位于網(wǎng)絡(luò)接口層。（一）從IP地址到物理地址的映射A