第6講網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1

TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型研究的初衷是希望為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的發(fā)展提供一種國際標(biāo)準(zhǔn)，但由于Internet在全世界的飛速發(fā)展，使得TCP/IP協(xié)議得到了廣泛的應(yīng)用，雖然TCP/IP不是ISO標(biāo)準(zhǔn)，但廣泛的使用也使TCP/IP成為一種“實際上的標(biāo)準(zhǔn)”，并形成了TCP/IP參考模型。不過，ISO的OSI參考模型的制定，也參考了TCP/IP協(xié)議集及其分層體系結(jié)構(gòu)的思想。而TCP/IP在不斷發(fā)展的過程中也吸收了OSI標(biāo)準(zhǔn)中的概念及特征。2023/2/31TCP/IP協(xié)議的特點開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)；獨立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互連網(wǎng)中；統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的地址；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)。2023/2/32TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP分為四個層次，分別是網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層。TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)與OSI層次結(jié)構(gòu)的對照關(guān)系如下圖所示：2023/2/33IP地址與域名在網(wǎng)絡(luò)中，對主機(jī)的識別要依靠地址，而保證地址全網(wǎng)唯一性是需要解決的問題。在任何一個物理網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點的設(shè)備必須都有一個可以識別的地址，才能使信息進(jìn)行交換，這個地址稱為“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)識出單個的設(shè)備，標(biāo)識不出該設(shè)備連接的是哪一個網(wǎng)絡(luò)。2023/2/34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，為每一個網(wǎng)絡(luò)和每一臺主機(jī)分配一個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。IP地址與域名2023/2/35IP地址的劃分IP地址由32比特組成，包括三個部分：地址類別、網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號；2023/2/36IP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2023/2/37FOR規(guī)則（第一個字節(jié)規(guī)則FirstOctetRule）A級：第一位是0B級：前兩位是10C級：前三位是110首碼的范圍：是由第一個字節(jié)的十進(jìn)制數(shù)辨認(rèn)網(wǎng)絡(luò)級別的標(biāo)志，如：A級1～127。B級128～191。C級192～223。特殊的IP地址：作為測試地址，代表本地節(jié)點的地址。Ping：檢查本地網(wǎng)卡是否工作正常。telnet：可以測試本臺計算機(jī)是否可以當(dāng)作遠(yuǎn)程登錄的服務(wù)器：可以測試計算機(jī)是否可以作為提供網(wǎng)頁的WWW服務(wù)器2023/2/38全0地址：用來表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前主機(jī)主機(jī)位全0：表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)位全0：表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的某一個主機(jī)全1：表示有限廣播，只對本網(wǎng)主機(jī)地址分配網(wǎng)絡(luò)地址：是網(wǎng)絡(luò)與廣域網(wǎng)連接的唯一地址，不同網(wǎng)絡(luò)地址之間的網(wǎng)絡(luò)要傳遞信息必須通過路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。主機(jī)地址：用于同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同主機(jī)的區(qū)分。IP地址并不是與主機(jī)綁定，而是與主機(jī)上安裝的網(wǎng)絡(luò)接口卡綁定，一臺服務(wù)器可以有多到4個的IP地址。2023/2/39各級網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)總數(shù)A級網(wǎng)絡(luò)：由1個字節(jié)中的7位表示網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)共128個B級網(wǎng)絡(luò)：由第一個字節(jié)的6位和第二個字節(jié)表示網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)，共64乘256個C級網(wǎng)絡(luò)：由第一個字節(jié)的后5位和第二、第三個字節(jié)表示網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)，共32乘256乘256個各級網(wǎng)絡(luò)中可用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)在各類網(wǎng)絡(luò)中，用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的IP地址總數(shù)是一定的。其中，有兩個特殊的地址，作為特殊用途。廣播地址：IP地址的最后一個。全1地址網(wǎng)絡(luò)地址：IP地址的第一個。全0地址A級網(wǎng)絡(luò)具有的IP地址為256的三次方減2B級網(wǎng)絡(luò)具有的IP地址為256的平方減2C級網(wǎng)絡(luò)具有的IP地址為256減2。2023/2/310IP地址以32個二進(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管理委員會采用了一種“點分十進(jìn)制”表示方法表示IP地址。將IP地址分為4個字節(jié)（每個字節(jié)8個比特），且每個字節(jié)用十進(jìn)制表示，并用點號“．”隔開，2023/2/311有效的主機(jī)地址A級網(wǎng)絡(luò)：w.0.0.1~w.255.255.254B級網(wǎng)絡(luò)：w.x.0.1~w.x.255.254C級網(wǎng)絡(luò)：w.x.y.1~w.x.y.2542023/2/312內(nèi)部網(wǎng)可選的地址為了避免某個單位選擇任意網(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

2023/2/313A類地址A類地址的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為27（128）個，每個網(wǎng)絡(luò)包含的主機(jī)數(shù)為224（16777216）個，A類地址的范圍是～55。由于網(wǎng)絡(luò)號全為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，其范圍是1～126。另外，主機(jī)號全為0和全為1也有特殊作用，所以每個網(wǎng)絡(luò)號包含的主機(jī)數(shù)應(yīng)該是224-2（16777214）個。因此，一臺主機(jī)能使用的A類地址的有效范圍是：～54。2023/2/314A類地址2023/2/315B類地址B類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為214個（實際有效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)是214-2），每個網(wǎng)絡(luò)號所包含的主機(jī)數(shù)為216個（實際有效的主機(jī)數(shù)是216-2）。B類地址的范圍為～55，與A類地址類似（網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號全0和全1有特殊作用），一臺主機(jī)能使用的B類地址的有效范圍是：～542023/2/316B類地址2023/2/317C類地址C類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為221（實際有效的為221-2）個，每個網(wǎng)絡(luò)號所包含的主機(jī)數(shù)為256（實際有效的為254）個。C類地址的范圍為～55，同樣，一臺主機(jī)能使用的C類地址的有效范圍是：～542023/2/3182023/2/319D類地址和E類地址D類地址用于多播，多播就是同時把數(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，同時也可以用于實驗?zāi)康模鼈儾荒鼙环峙浣o主機(jī)。2023/2/320地址解析在一個物理網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的任何兩臺主機(jī)之間進(jìn)行通信時，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)從一個物理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€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”2023/2/3212023/2/322子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩瑪（SubnetMask）也是一個“點分十進(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)號和子網(wǎng)號）的所有位都設(shè)置為“1”，對應(yīng)于主機(jī)地址（主機(jī)號）的所有位都設(shè)置為“0”。

2023/2/323地址類型點分十進(jìn)制表示子網(wǎng)掩碼的二進(jìn)制位A11111111000000000000000000000000B11111111111111110000000000000000C11111111111111111111111100000000子網(wǎng)掩碼2023/2/324通過子網(wǎng)掩碼識別網(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IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址取出，從而知道兩個IP地址所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。2023/2/325子網(wǎng)掩碼與主機(jī)IP地址范圍的計算2023/2/3264.1.3IPv6IPv4的缺陷可供使用的主機(jī)號的總數(shù)太少。37.2億個。IP地址浪費：每個單位申請的地址并不能充分利用IPv6的提出把地址的位數(shù)增大到128位，地址空間大于3.4乘10的38次方。比IPv4擴(kuò)大2的96次方。與IPv4在很長一段時間內(nèi)共存。2023/2/327IPv6對IP數(shù)據(jù)報協(xié)議單元的頭部與IPv4相比進(jìn)行了簡化。數(shù)據(jù)報通過各個路由器的處理減少，速度加快。提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。IPv6對安全進(jìn)行了改進(jìn)3IPv6的表示采用冒號十六進(jìn)制標(biāo)記方法。每個16比特的量用十六進(jìn)制表示，各個量之間用冒號分隔。FFFE：000C：0000：0000：0C00：0000：0000：000C2023/2/328壓縮表示一組中的前導(dǎo)0可以忽略不寫FFFE：C：0：0：C00：0：0：C冒號十六進(jìn)制記法還可以允許0壓縮，連續(xù)在一起的0可以用冒號代替，但是，這種壓縮只能有一次。FFFE：：C：：C00：0：0：C2023/2/329

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試1網(wǎng)絡(luò)硬件配置當(dāng)我們知道了網(wǎng)絡(luò)接口和一般的TCP/IP的內(nèi)容后，內(nèi)核訪問一個硬件時會發(fā)生什么事情呢？使用網(wǎng)卡：為了使用網(wǎng)卡，在linux內(nèi)核中含有一些特殊的函數(shù)，這些函數(shù)知道訪問網(wǎng)卡的特定方法，實現(xiàn)這些函數(shù)的軟件就是所謂的驅(qū)動程序。在linux內(nèi)核中包括有支持幾種不同類型的網(wǎng)卡的設(shè)備驅(qū)動程序。如：ISA、PCI、MCA、并行端口、PCMCIA等。驅(qū)動程序能夠與網(wǎng)卡上的某些邏輯電路通信，向網(wǎng)卡發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，而網(wǎng)卡能夠傳遞任何收到的數(shù)據(jù)給驅(qū)動程序。2023/2/330

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試I/O地址：在基于IBM個人計算機(jī)中，通信是通過一組I/O地址來進(jìn)行的。這組I/O地址通過網(wǎng)卡上的寄存器通過共享或直接內(nèi)存轉(zhuǎn)換來進(jìn)行映射。內(nèi)核所有發(fā)送到網(wǎng)卡上的命令和數(shù)據(jù)都經(jīng)過這些地址。I/O存儲器地址或內(nèi)存地址通常是用給定的起始地址或基地址（baseaddress）來描述的，ISA總線上的以太網(wǎng)卡的典型基地址是0x280或0x300，PCI總線的網(wǎng)卡上的I/O地址通常是自動分配的。通常，內(nèi)核會在引導(dǎo)時自動檢測網(wǎng)卡上的基地址的位置，稱為自動探測（autoprobing），即內(nèi)核讀取幾個存儲器或I/O位置，并將讀取的數(shù)據(jù)與已經(jīng)安裝的以太網(wǎng)卡所應(yīng)具有的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。2023/2/331

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試所以，通常不用擔(dān)心有關(guān)基地址之類的任何硬件問題。只有當(dāng)內(nèi)核無法自動檢測出該地址時（生產(chǎn)廠商不完全按照標(biāo)準(zhǔn)制作的便宜網(wǎng)卡），或使用了多個網(wǎng)卡時，才需要明確把網(wǎng)卡的信息告之內(nèi)核。中斷請求線（interruptrequestline）：當(dāng)硬件需要得到特殊的處理時，要中斷內(nèi)核的操作。中斷號又稱為中斷請求號（interruptrequestnumber，IRQ）在PC中可以選擇0~15，但是不應(yīng)與其他外部設(shè)備使用的中斷號沖突。一些網(wǎng)卡自動在指定的IRQ中選擇一個未用的IRQ號。2023/2/332

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試接口（interface）：內(nèi)核訪問網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)。接口是通過名字來標(biāo)識的，通過/dev/目錄下的一個特殊的設(shè)備文件來實現(xiàn)的。鍵入ls–la/dev/命令可以看到這些設(shè)備文件。第一個字符以一個字母開始，而不是像普通文件以一個連字符開始，常見的字母為b和c。在設(shè)備文件長度的位置上，可以看到兩個數(shù)字，分別是主設(shè)備號和次設(shè)備號。這兩個設(shè)備文件指出了該設(shè)備文件和相關(guān)聯(lián)的實際設(shè)備。2023/2/333

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試每一個設(shè)備驅(qū)動持續(xù)在內(nèi)核中注冊了一個唯一的主設(shè)備號。該設(shè)備的每一個實例（instance）為該主設(shè)備注冊了一個唯一的次設(shè)備號。例如：tty接口，/dev/tty是一個字符模式的設(shè)備，在設(shè)備類型中用“c”來表示，并且每一個設(shè)備都有相同的主設(shè)備號4。在具體實例中，次設(shè)備號可以是1、2等。在linux中，接口有許多標(biāo)準(zhǔn)名稱，許多驅(qū)動程序支持多個接口，在這種情況下，接口被編上了號，常用的驅(qū)動程序和使用的接口名稱如下：2023/2/334

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試Lo：本地回環(huán)接口，用于測試目的，與一些網(wǎng)絡(luò)程序一樣，他工作起來像一個閉合電路，任何發(fā)送給它的數(shù)據(jù)報將被立即返回給主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層。在內(nèi)核中總有一個回送設(shè)備，有多個幾乎沒有意義。Eht0….：以太網(wǎng)卡接口，用于大多數(shù)以太網(wǎng)卡，其中包括許多并行端口以太網(wǎng)卡。Tr0…：令牌環(huán)網(wǎng)卡接口，用于大多數(shù)令牌環(huán)網(wǎng)卡，包括非IBM標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的網(wǎng)卡。Sl0…：SLIP接口，與串行線路相關(guān)，以它們被分配給SLIP的次序來進(jìn)行編號。2023/2/335

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試Ppp0….：PPP接口，與SLIP接口一樣，一個PPP接口是與一條轉(zhuǎn)換成PPP模式的串行線路相關(guān)聯(lián)的。Plip0…：PLIP接口，在并行線上傳輸IP數(shù)據(jù)報。這些接口在系統(tǒng)引導(dǎo)啟動時由PLIP驅(qū)動程序分配，并且被映射到并行端口上。Ax0…：AX.25接口，是業(yè)余無線電愛好者們所使用的主要的連網(wǎng)協(xié)議。對某個設(shè)備的接口號的分配通常是根據(jù)設(shè)備在配置時的順序來確定的。如：第一塊以太網(wǎng)卡的設(shè)備名是：eth0，第二個以太網(wǎng)卡的設(shè)備名為eth1。2023/2/336

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試2通過應(yīng)用程序配置網(wǎng)絡(luò)在setup程序中選擇CONFIGURE菜單，將調(diào)用網(wǎng)絡(luò)配置程序netconfig，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置。也可以在安裝完畢后以root身份登錄后直接運(yùn)行netconfig程序來重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置。需要配置的信息有：主機(jī)名、域名、域名服務(wù)器、IP地址、網(wǎng)絡(luò)掩碼和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址等。2023/2/337網(wǎng)關(guān)地址：網(wǎng)絡(luò)的路由器地址。P79圖4-22023/2/338網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試3手動修改網(wǎng)絡(luò)配置直接修改相應(yīng)的配置文件來改變網(wǎng)絡(luò)配置。/etc/HOSTNAME文件：保存完整的主機(jī)名和域名。改動該文件中的主機(jī)名和域名，可以改變這些設(shè)置。/etc/l文件：該文件是一個重要的腳本文件，它在系統(tǒng)啟動時由/etc/rc.d/rc.M文件調(diào)用。在該文件中對主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行了定義。如：IP地址、網(wǎng)絡(luò)掩碼、網(wǎng)絡(luò)地址、廣播地址和網(wǎng)關(guān)等。并通過執(zhí)行/sbin/ifconfig命令將所設(shè)的IP地址分配給網(wǎng)卡，最后調(diào)用/sbin/route命令為數(shù)據(jù)通信設(shè)定靜態(tài)路由。2023/2/3394.2常用的網(wǎng)絡(luò)配置命令Hostname設(shè)置和查看計算機(jī)名稱2023/2/340Ifconfig對用戶的網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行設(shè)置和查看。例如：直接鍵入ifconfig命令顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)置狀態(tài)P85查看指定的設(shè)備Ifconfigetho2023/2/341設(shè)置IP地址Ifconfigeth0IP地址netmask掩碼broadcast廣播地址取消網(wǎng)絡(luò)接口Ifconfigethodown重啟網(wǎng)絡(luò)接口Ifconfigethoup2023/2/3423ifup和ifdown啟動非活動的網(wǎng)卡Ifup網(wǎng)卡設(shè)備名Ifdown網(wǎng)卡設(shè)備名例：Ifupetho2023/2/343

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試4設(shè)置路由一般原則：在有連接TCP/IP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)：由于網(wǎng)關(guān)是與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互連的IP路由器，所以當(dāng)不需要與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互連，就不需要IP路由器，也就不必指定缺省網(wǎng)關(guān)和路由協(xié)議，因此，在這種情況下，可以不進(jìn)行路由配置。具有一個網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，不需要運(yùn)行任何路由協(xié)議，只要在靜態(tài)路由表內(nèi)將該網(wǎng)關(guān)指定為缺省網(wǎng)關(guān)。對于連接其他子網(wǎng)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)和一個連接外界網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，可以靜態(tài)地指定每個子網(wǎng)的路由并將連接外界的網(wǎng)關(guān)設(shè)置成缺省網(wǎng)關(guān)，或運(yùn)行路由協(xié)議。2023/2/344

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試對于具有多個連接外界的網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，則可以有多個網(wǎng)關(guān)可以達(dá)到同一個目的地?？梢允褂寐酚蓞f(xié)議，使這些網(wǎng)關(guān)可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化，提供對遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的訪問路徑的選擇權(quán)。靜態(tài)路由：由網(wǎng)絡(luò)管理員在建網(wǎng)時設(shè)定。它不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的變化動態(tài)的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。每一次改變都需要由管理員設(shè)置。2023/2/345

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試靜態(tài)路由設(shè)置方法手動設(shè)置：命令route建立靜態(tài)路由表。Add或del參數(shù)：增加或刪除路由-net參數(shù)：目的地址為網(wǎng)絡(luò)。-host參數(shù)：目的地址為主機(jī)?？梢允褂胐efault，當(dāng)使用了default后，route就生成一條缺省路由（網(wǎng)絡(luò)掩碼為）。Gw參數(shù)：網(wǎng)關(guān)地址Netmask參數(shù)：標(biāo)明掩碼地址Metric參數(shù)：路由選擇度量。指出通過路由器的個數(shù)。（刪除路由表相時不用此參數(shù)）2023/2/346

網(wǎng)絡(luò)配置與調(diào)試開機(jī)時安裝靜態(tài)路由：修改文件/etc/rc.d/rc.inet2修改編輯下列文件之一：/etc/1、/etc/rc.d/2或/etc/rc.d/rc.local，增加route語句。動態(tài)路由：可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化，由路由協(xié)