計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到人類(lèi)社會(huì)的方方面面并與人們的日常生活緊密地融合在了一起。因此，為了有效地利用資源從而使操作獲益最大化，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究就變得尤為重要了。本章主要講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和組成結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的通信處理規(guī)則，使得讀者對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)龐大而復(fù)雜的知識(shí)概念系統(tǒng)有一個(gè)從理論到實(shí)際的全面的認(rèn)知。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述2開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型3TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議

4OSI與TCP/IP兩種模型的比較

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用按照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的操作特性和數(shù)據(jù)特性，將不同的功能安排到不同模塊中實(shí)現(xiàn)。這些模塊不是并列的，而是按照數(shù)據(jù)的流向自上而下（反過(guò)來(lái)說(shuō)也可以）構(gòu)成的層次化的結(jié)構(gòu)。層與層之間通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口上交換數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。這樣，復(fù)雜的通信處理問(wèn)題就轉(zhuǎn)化成了若干個(gè)相對(duì)較小的層次內(nèi)的局部問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行的研究和處理也就變得相對(duì)容易了。一個(gè)合理的層次結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是：各層之間相互獨(dú)立，任何層次的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與方法對(duì)于其他層次來(lái)說(shuō)是透明的，相鄰層之間只需要知道接口的要求即可。因此在不改變提供給接口的數(shù)據(jù)的前提下，各層功能的改動(dòng)不會(huì)對(duì)其他層產(chǎn)生影響。這樣，靈活性好，也易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。尤其是這種獨(dú)立分開(kāi)的結(jié)構(gòu)能夠讓每一層次都可以采用最合適的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外還利于標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)行。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層特性最早提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念的是美國(guó)的IBM公司。在1974年，IBM公司研究開(kāi)發(fā)出了著名的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)SNA——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)用于公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。當(dāng)時(shí)，為了搶占計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)新興的市場(chǎng)，不同廠商都制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)的設(shè)備是互不兼容的。這種情況嚴(yán)重阻礙了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展。為了讓使用不同體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連互通，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于20世紀(jì)70年代后期提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型OSI。在20世紀(jì)80年代，將OSI打敗的是TCP/IP結(jié)構(gòu)。幾乎所有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用的都是TCP/IP結(jié)構(gòu)，使用的是TCP/IP協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1、同步同步在這里指的是廣義的、在一定條件下發(fā)生什么事情的特性，而且條件和時(shí)間有關(guān)，具有時(shí)序的含義。也就是說(shuō)，通信的接收方在收到發(fā)送方傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，將根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)并返回相關(guān)信息。而發(fā)送方再根據(jù)返回的信息發(fā)送下一部分?jǐn)?shù)據(jù)信息。通信過(guò)程就在時(shí)間軸上，依照雙方交替輪流的模式逐次展開(kāi)。2、協(xié)議在本小節(jié)開(kāi)始的時(shí)候就已經(jīng)提到，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中意圖進(jìn)行通信的結(jié)點(diǎn)必須要遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些為進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定稱(chēng)為協(xié)議，也稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)所謂網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，指的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次及協(xié)議的集合，即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件完成的功能的精確定義。需要注意的是，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的概念是理論的、抽象的，其在現(xiàn)實(shí)中有著不同的具體實(shí)現(xiàn)，這個(gè)具體實(shí)現(xiàn)包括了構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的特定設(shè)備和線(xiàn)纜以及運(yùn)行于其上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件。4、實(shí)體任何接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)的硬件單元或者軟件進(jìn)程模塊都可以稱(chēng)為通信實(shí)體，簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)體。這是一個(gè)描述計(jì)算機(jī)通信元素的基本概念。5、對(duì)等層不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，若它們遵循的是同一種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，那么在不同結(jié)點(diǎn)上完成同樣功能的層次稱(chēng)為對(duì)等層。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用6、對(duì)等層通信在分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，由于下層與上層之間是相互獨(dú)立的，因此各層的功能對(duì)鄰接層來(lái)說(shuō)是透明的。即某個(gè)層次既不知道它的下一個(gè)層次是干什么的，也不知道它的上一個(gè)層次是干什么的。每個(gè)層次最多知道自己從上層接收來(lái)數(shù)據(jù)并處理后再傳遞給下一層，結(jié)果是在通信的目的方，每個(gè)層次都只處理與自己層次相關(guān)的內(nèi)容。這就好像在兩個(gè)對(duì)等層之間有一條“通道”直接把數(shù)據(jù)傳送過(guò)去一樣，這種情況就稱(chēng)為對(duì)等層通信。當(dāng)然，實(shí)際上數(shù)據(jù)是在物理線(xiàn)路上傳輸?shù)?，是不存在這樣的虛擬“通道”的，這只是為了描述和研究的方便提出的概念而已。7、協(xié)議數(shù)據(jù)單元對(duì)等層上傳送的數(shù)據(jù)單位稱(chēng)為協(xié)議數(shù)據(jù)單元計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用8、連接兩個(gè)對(duì)等實(shí)體之間為了進(jìn)行通信而進(jìn)行的一種結(jié)合。9、服務(wù)簡(jiǎn)單地說(shuō)，下一層能被上一層看見(jiàn)的功能稱(chēng)為服務(wù)。服務(wù)分為面向連接服務(wù)和無(wú)連接服務(wù)兩大類(lèi)。面向連接的服務(wù)傳輸必須要經(jīng)過(guò)建立連接、數(shù)據(jù)傳送和釋放連接三個(gè)階段，而且數(shù)據(jù)是按照順序依次進(jìn)行傳輸?shù)?，適合于大量數(shù)據(jù)傳送的情況。無(wú)連接的服務(wù)無(wú)需事先建立連接，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況動(dòng)態(tài)地分配通信資源，既具有靈活方便的優(yōu)點(diǎn)，也具有不能保證數(shù)據(jù)傳送順序和傳輸質(zhì)量的缺點(diǎn)，適合少量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。服務(wù)數(shù)據(jù)單元服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用在OSI模型中，發(fā)送數(shù)據(jù)的具體過(guò)程如下。（1）要進(jìn)行通信的源用戶(hù)進(jìn)程首先將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)送至應(yīng)用層，并由該層的協(xié)議根據(jù)協(xié)議規(guī)范進(jìn)行處理，為用戶(hù)數(shù)據(jù)附加上控制信息后，形成應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元再送至表示層。（2）表示層根據(jù)本層的協(xié)議規(guī)范對(duì)收到的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元進(jìn)行處理，給應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元附加上表示層的控制信息后，形成表示層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元再將它傳送至下一層。（3）數(shù)據(jù)按這種方式逐層向下傳送直至物理層，最后由物理層實(shí)現(xiàn)比特流形式的傳送。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1、物理層物理層是OSI模型中最底下的層次，它直接與傳輸介質(zhì)相連，其主要功能可以簡(jiǎn)述為在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸介質(zhì)上透明地傳輸比特流。物理層為其上一層數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)就是向數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽這些差別，使得數(shù)據(jù)鏈路層只需要專(zhuān)注于完成鏈路上數(shù)據(jù)的傳送任務(wù)即可。ISO將OSI模型中物理層的功能定義為建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間的物理連接而提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)范的特性，該物理連接用于在數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間進(jìn)行二進(jìn)制比特流的傳輸。即物理層的數(shù)據(jù)單位是比特。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用2、數(shù)據(jù)鏈路層物理層上面的層次叫做數(shù)據(jù)鏈路層，其主要功能可以簡(jiǎn)單描述為在直接相鄰的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的線(xiàn)路上無(wú)差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù)，其傳送的數(shù)據(jù)單位即數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），稱(chēng)為幀（Frame）。該層次功能實(shí)現(xiàn)的根本目的是在不太可靠的物理線(xiàn)路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，即數(shù)據(jù)鏈路層提供網(wǎng)絡(luò)中直接相鄰結(jié)點(diǎn)之間的可靠數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)鏈路層關(guān)注的問(wèn)題就是如何保證數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路上實(shí)現(xiàn)正確地傳送。如果數(shù)據(jù)在構(gòu)成信道的每一段鏈路上都能夠正確地傳輸，那么最少在數(shù)據(jù)鏈路層上保證了信息傳輸?shù)目尚行院蜏?zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用3、網(wǎng)絡(luò)層位于數(shù)據(jù)鏈路層之上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次是網(wǎng)絡(luò)層。設(shè)置該層次的主要目的是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)數(shù)據(jù)在源端到目的端之間的傳輸操作。該層次要實(shí)現(xiàn)的主要功能。首先，網(wǎng)絡(luò)層最核心的功能就是路由的選擇。路由就是一條從源端到目的端的路徑，路由選擇是為用戶(hù)數(shù)據(jù)確定一條從源端到目的端的傳輸通路。網(wǎng)絡(luò)層處理的數(shù)據(jù)單位，即網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱(chēng)為分組或者包（Packet）。其次，確定一條路由并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，需要考慮到分組有可能要經(jīng)過(guò)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、使用不同協(xié)議并且基本參數(shù)也大相徑庭的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。第三，通信的鏈路資源是要共享的，但共享帶來(lái)的問(wèn)題是有可能產(chǎn)生擁塞。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層所提供的服務(wù)可以分為兩類(lèi)：面向連接的服務(wù)和無(wú)連接的服務(wù)。（1）面向連接的服務(wù)面向連接的服務(wù)也稱(chēng)為虛電路服務(wù)。即網(wǎng)絡(luò)層在開(kāi)始發(fā)送分組之前必須建立連接，不同的連接由不同的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行區(qū)分。一條帶有標(biāo)識(shí)符的連接就是一條虛電路。通信的所有分組都沿著虛電路依次進(jìn)行傳送。在所有分組傳送完畢后要釋放連接（虛電路）。這種面向連接的服務(wù)提供順序、可靠的分組傳輸，適用于長(zhǎng)報(bào)文的通信，一般應(yīng)用于穩(wěn)定的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。（2）無(wú)連接的服務(wù)使用無(wú)連接的服務(wù)不需要事先建立連接，各個(gè)分組攜帶全部信息，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，獨(dú)立選擇路由到達(dá)目的端。它只提供盡最大努力的服務(wù)，因此不能保證傳輸?shù)目煽啃?。?dú)立選擇路由的模式也不能保證分組到達(dá)的順序性。但是其操作靈活且健壯性較強(qiáng)，適合于短報(bào)文傳輸以及對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求不高的環(huán)境。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用4、傳輸層傳輸層也稱(chēng)為運(yùn)輸層，是位于網(wǎng)絡(luò)層之上的層次。它在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中占據(jù)著比較重要的位置——位于資源子網(wǎng)的最底層并與通信子網(wǎng)直接相連，是面向應(yīng)用的服務(wù)與面向通信的服務(wù)的轉(zhuǎn)接層。傳輸層的主要功能是在源主機(jī)進(jìn)程和目的主機(jī)進(jìn)程之間提供端到端的通信。即傳輸層從會(huì)話(huà)層接收數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況決定是否將其拆分成更小的單元，然后傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，并確保到達(dá)對(duì)方的數(shù)據(jù)正確無(wú)誤。傳輸層處理的數(shù)據(jù)單位稱(chēng)為報(bào)文計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用5、會(huì)話(huà)層會(huì)話(huà)層位于傳輸層之上，用于在兩臺(tái)不同計(jì)算機(jī)之上的用戶(hù)進(jìn)程建立會(huì)話(huà)（Session）關(guān)系。會(huì)話(huà)被定義為兩個(gè)不同計(jì)算機(jī)上的用戶(hù)進(jìn)程之間的一次信息交互，一般是進(jìn)行類(lèi)似傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸，比如傳遞一些用戶(hù)要求的數(shù)據(jù)，包括文件等內(nèi)容。會(huì)話(huà)層提供的服務(wù)之一是管理會(huì)話(huà)。這個(gè)功能包括在不同計(jì)算機(jī)上的兩個(gè)用戶(hù)應(yīng)用進(jìn)程之間建立、使用和結(jié)束會(huì)話(huà)。會(huì)話(huà)層提供的第二個(gè)服務(wù)是令牌管理。令牌是一種特殊的數(shù)據(jù)，只有擁有令牌的一方才擁有執(zhí)行操作的權(quán)利。會(huì)話(huà)層提供的第三個(gè)服務(wù)是同步。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用6、表示層表示層位于會(huì)話(huà)層之上，是OSI模型的第六層。它用于執(zhí)行某些通用的信息處理操作以減少用戶(hù)工作的復(fù)雜度。在OSI模型中，表示層關(guān)注的是所傳輸信息的語(yǔ)法和語(yǔ)義，而其以下各層關(guān)注的是信息數(shù)據(jù)的正確傳輸，這是表示層與其下面各個(gè)層次的明顯區(qū)別。表示層執(zhí)行的典型通用信息處理操作之一是使用標(biāo)準(zhǔn)的方法對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用7、應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI模型的最高層，提供了大量的應(yīng)用協(xié)議來(lái)滿(mǎn)足人們千差萬(wàn)別的網(wǎng)絡(luò)需求。網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)可以通過(guò)各種應(yīng)用協(xié)議支持的接口來(lái)使用這些協(xié)議提供的各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、訪(fǎng)問(wèn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各種資源，還可以以這些協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出適合自己特殊需要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。在OSI模型中，應(yīng)用層不同的協(xié)議為特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了信息訪(fǎng)問(wèn)手段。應(yīng)用的雙方只要符合某種協(xié)議的規(guī)范，就可以使用該協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用ISO的OSI/RM七層參考模型的制定過(guò)程拖沓，協(xié)議體系結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，層次功能重復(fù)太多。因此，得到廣泛應(yīng)用的TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)逐步成為廣大計(jì)算機(jī)廠商和計(jì)算機(jī)科學(xué)界共同遵循的事實(shí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而OSI/RM七層參考模型因其具有內(nèi)容完整、結(jié)構(gòu)明確的特點(diǎn)而依然在科學(xué)研究中使用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用TCP/IP是一個(gè)四層的體系結(jié)構(gòu)，這四層分別是：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。用戶(hù)數(shù)據(jù)若要使用TCP/IP協(xié)議從源計(jì)算機(jī)傳送到目的計(jì)算機(jī)，則必須經(jīng)過(guò)上述四層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的處理才能在實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸。但實(shí)際上，因?yàn)樽钕旅娴木W(wǎng)絡(luò)接口層沒(méi)有什么具體的內(nèi)容，所以TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)只有應(yīng)用層、傳輸層和網(wǎng)際層有詳細(xì)的特性描述。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1、應(yīng)用層應(yīng)用層（ApplicationLayer）的功能是為用戶(hù)提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，并為應(yīng)用程序提供訪(fǎng)問(wèn)其他層服務(wù)的能力，即將用戶(hù)的數(shù)據(jù)發(fā)送到TCP/IP模型下面的層次并為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)接口。由于TCP/IP模型將所有與應(yīng)用相關(guān)的內(nèi)容都劃歸給應(yīng)用層處理，所以在該層中存在大量的應(yīng)用程序和協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用2、傳輸層傳輸層負(fù)責(zé)提供可靠的、端到端的兩個(gè)主機(jī)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳輸，即一臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序進(jìn)程到另外一臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序進(jìn)程之間的通信。在TCP/IP模型中定義了兩個(gè)傳輸層協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP），提供了兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。（1）傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCP提供面向連接的服務(wù)，保證端到端可靠的數(shù)據(jù)傳輸。（2）用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP提供無(wú)連接的服務(wù)。它可以保證獨(dú)立數(shù)據(jù)包的高效傳送，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)較小，信息傳輸?shù)慕研暂^強(qiáng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用3、網(wǎng)際層網(wǎng)際層可以說(shuō)是TCP/IP模型的核心層次，主要負(fù)責(zé)各種支持TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。具體來(lái)說(shuō)，網(wǎng)際層的核心功能是路由選擇，即根據(jù)目的主機(jī)的IP地址進(jìn)行尋址并選擇合適的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)分組傳送。但是網(wǎng)際層的IP協(xié)議提供的是盡力而為的投遞服務(wù)，即數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的擁塞或者其他故障而出錯(cuò)甚至丟失。而且IP協(xié)議只具有有限的檢錯(cuò)能力，數(shù)據(jù)包的差錯(cuò)控制功能必須由傳輸層協(xié)議來(lái)完成。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用4、網(wǎng)絡(luò)接口層在TCP/IP模型中，網(wǎng)絡(luò)接口層位于整個(gè)模型的底部，負(fù)責(zé)接收從網(wǎng)際層傳遞下來(lái)的IP數(shù)據(jù)包并把IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上，以及從網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上接收數(shù)據(jù)流并抽取出IP數(shù)據(jù)包后提交給網(wǎng)際層。TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有定義具體的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，其目的是要包括所有能使TCP/IP協(xié)議棧與物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的協(xié)議，從而增強(qiáng)TCP/IP模型針對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)的靈活性和適應(yīng)性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用5、TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的具體協(xié)議內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1、網(wǎng)際層協(xié)議網(wǎng)際層的協(xié)議可以說(shuō)是TCP/IP協(xié)議族的基礎(chǔ)協(xié)議，其他的協(xié)議都是基于網(wǎng)際層協(xié)議展開(kāi)的。網(wǎng)際層主要實(shí)現(xiàn)的是通信子網(wǎng)內(nèi)的端到端的路由發(fā)現(xiàn)以及分組的傳輸?shù)裙δ?。為此，網(wǎng)際層提供了基于IP地址的路由選擇模式以及地址轉(zhuǎn)換、擁塞控制等必要的支持功能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用(1)IP協(xié)議IP是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議，它主要提供的是無(wú)連接的分組傳輸和路由服務(wù)。IP協(xié)議的第一個(gè)任務(wù)是在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)端到端的分組傳輸，而且IP協(xié)議提供的是非面向連接的、盡最大努力的投遞服務(wù)。IP協(xié)議的第二個(gè)任務(wù)是為用戶(hù)的分組找到一條從源端到目的端的通信通道，即路由。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用(2)ARP協(xié)議當(dāng)主機(jī)A要向本地網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)主機(jī)B發(fā)送分組時(shí)，它首先要查看本地映射表找到目標(biāo)主機(jī)B的物理地址，然后才能將分組封裝成幀進(jìn)行發(fā)送。如果本地映射表沒(méi)有B的IP地址和物理地址的映射關(guān)系記錄，那么A就在本地網(wǎng)絡(luò)上廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求分組來(lái)請(qǐng)求查找B的物理地址。該請(qǐng)求分組里面包含A的IP地址和物理地址，還包含B的IP地址而缺少B的物理地址。本地網(wǎng)絡(luò)所有活動(dòng)狀態(tài)主機(jī)的ARP進(jìn)程都會(huì)收到這個(gè)請(qǐng)求分組，但是除了B外，其他主機(jī)發(fā)現(xiàn)目的主機(jī)的IP地址不是自己，因此就將該分組直接丟棄。但是主機(jī)B將返回給A一個(gè)響應(yīng)分組并將自己的硬件地址附上。A在收到了B的響應(yīng)分組以后，知道了B的物理地址，就可以向B發(fā)送數(shù)據(jù)了。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用(3)RARP協(xié)議RARP協(xié)議要求本地網(wǎng)絡(luò)上至少要有一臺(tái)RARP服務(wù)器，該服務(wù)器知道本地網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)設(shè)備的IP地址與物理地址的映射關(guān)系。當(dāng)某個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備試圖使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信的時(shí)候，首先它要知道自己的IP地址是什么才能構(gòu)成網(wǎng)際層的分組。為此，它將向本地網(wǎng)絡(luò)廣播一個(gè)RARP請(qǐng)求并在請(qǐng)求中給出自己的物理地址。RARP服務(wù)器收到該請(qǐng)求后，從自己保存的映射關(guān)系表中找到與該物理地址相對(duì)應(yīng)的IP地址并將該信息返回給發(fā)出請(qǐng)求的計(jì)算機(jī)設(shè)備。發(fā)出請(qǐng)求的計(jì)算機(jī)設(shè)備收到該響應(yīng)信息后，即可利用獲得的IP地址進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用(4)ICMP協(xié)議ICMP協(xié)議允許主機(jī)或者路由器報(bào)告差錯(cuò)情況并提供有關(guān)異常情況的報(bào)告。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用傳輸層協(xié)議傳輸層的主要功能是面向進(jìn)程提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，服務(wù)類(lèi)型可以分為兩種：一種是面向連接的虛電路式服務(wù)，另一種是無(wú)連接的盡最大努力的服務(wù)。TCP/IP協(xié)議族中的傳輸層針對(duì)這兩種傳輸服務(wù)類(lèi)型，分別提供了傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用(1)TCP協(xié)議TCP協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議，即它提供的是可靠的虛電路服務(wù)，用戶(hù)數(shù)據(jù)可以被順序而可靠地傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用(2)UDP協(xié)議與TCP協(xié)議相對(duì)應(yīng)，UDP協(xié)議提供的是無(wú)連接的盡最大努力的傳輸服務(wù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1.IP地址概述IP地址由4個(gè)字節(jié)組成，用二進(jìn)制表示，正好是32比特“0”和“1”的一個(gè)組合。IP地址分為兩個(gè)部分，分別是網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分和主機(jī)號(hào)部分。網(wǎng)絡(luò)地址部分表示該主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，而主機(jī)地址部分在該網(wǎng)絡(luò)中唯一地標(biāo)識(shí)著某臺(tái)特定主機(jī)。需要注意的是，同一網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)地址是相同的。網(wǎng)際層的尋址和路由過(guò)程就是通過(guò)算法或規(guī)則逐步地找到IP地址中網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分表示的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，然后再找到主機(jī)號(hào)部分標(biāo)識(shí)的主機(jī)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用1.IP地址概述IP地址和硬件地址之間有什么樣的關(guān)系呢？IP地址是網(wǎng)際層級(jí)以上各層使用的地址概念，而硬件地址是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層（網(wǎng)絡(luò)接口層）使用的地址概念。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用2.IP地址的分類(lèi)Internet定義了5種類(lèi)型的IP地址，包括A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)3個(gè)基本類(lèi)型以及多播類(lèi)型的D類(lèi)地址和實(shí)驗(yàn)類(lèi)型E類(lèi)地址。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用2.IP地址的分類(lèi)Internet定義了5種類(lèi)型的IP地址，包括A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)3個(gè)基本類(lèi)型以及多播類(lèi)型的D類(lèi)地址和實(shí)驗(yàn)類(lèi)型E類(lèi)地址。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用2.IP地址的分類(lèi)Internet定義了5種類(lèi)型的IP地址，包括A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)3個(gè)基本類(lèi)型以及多播類(lèi)型的D類(lèi)地址和實(shí)驗(yàn)類(lèi)型E類(lèi)地址。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用子網(wǎng)和掩碼將原來(lái)的IP地址中的主機(jī)號(hào)部分重新進(jìn)行規(guī)劃，分成子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩個(gè)部分。原有的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須加上子網(wǎng)號(hào)才能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。IP編址模式從原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)、主機(jī)號(hào)兩級(jí)模式變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)三級(jí)模式。子網(wǎng)號(hào)的確定由使用單位決定。子網(wǎng)掩碼由一串二進(jìn)制1跟著一串二進(jìn)制0組成，長(zhǎng)度與IP地址長(zhǎng)度相同。1的數(shù)目與IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)相同，剩下的0的位數(shù)就會(huì)與主機(jī)號(hào)的位數(shù)相同。在本單位的路由器中設(shè)定本單位的子網(wǎng)掩碼。當(dāng)收到一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)后，路由器用子網(wǎng)掩碼與IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的目的IP地址字段值進(jìn)行“與”的操作，得到的就是目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和目的子網(wǎng)號(hào)。將子網(wǎng)掩碼的二進(jìn)制反碼（即0變1，1變0）與該IP地址進(jìn)行“與”的操作，得到的就是目的主機(jī)號(hào)。通過(guò)這種方式，路由器就可以區(qū)分子網(wǎng)號(hào)了。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用4.超網(wǎng)無(wú)分類(lèi)域間路由選擇（ClasslessInter-DomainRouting，CIDR）。CIDR不使用A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)以及子網(wǎng)號(hào)，也不劃分子網(wǎng)。它將32位的IP地址前面連續(xù)的若干位指定為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，而后面的位則指定為主機(jī)號(hào)，網(wǎng)絡(luò)號(hào)的位數(shù)可以自由定義。與傳統(tǒng)的IP編址方案相比，CIDR無(wú)疑具有更大的靈活性，對(duì)IP地址的浪費(fèi)也減少了很多。CIDR是用斜線(xiàn)記法對(duì)IP地址進(jìn)行表