第9章 因特網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議

　　本章為次重點(diǎn)章節(jié)，其中TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議、應(yīng)用層協(xié)議、因特網(wǎng)服務(wù)資源考核要求均為“簡單應(yīng)用”。本章介紹因特網(wǎng)的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)、因特網(wǎng)的接入方式、因特網(wǎng)的服務(wù)資源等。要求重點(diǎn)掌握TCP/IP協(xié)議族。

　　1、概述

　　TCP/IP協(xié)議族是因特網(wǎng)的核心。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是專門用來描述TCP/IP協(xié)議族的，從低到高共有五層：物理層、網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層、傳輸層、應(yīng)用層。

　　· 應(yīng)用層：包含了所有的高層協(xié)議，如FTP、TELNET、DNS、SMTP等。

　　· 傳輸層：負(fù)責(zé)在源主機(jī)和目的主機(jī)的應(yīng)用程序之間提供端-端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，主要有傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。

　　· 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層：負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)報獨(dú)立地從信息源送到信宿，主要解決路由選擇、阻塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等問題，主要有互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP。

　　· 網(wǎng)絡(luò)接口層：負(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)報封裝成適合在物理網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)貛�格式并傳輸，或�(qū)�從物理網(wǎng)絡(luò)接收到地幀解封，取出IP數(shù)據(jù)報交給上層地網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層。

　　· 物理層：只要能傳輸IP數(shù)據(jù)報，允許任何協(xié)議。

　　2、網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議

　　SLIP 的全稱是 Serial Line IP 。它是一種在串行線路上對 IP 數(shù)據(jù)報進(jìn)行封裝的簡單形式。在IP數(shù)據(jù)報以一個稱作END(0xc0)的特殊字符結(jié)束。同時，為了防止數(shù)據(jù)報到來之前的線路噪聲被當(dāng)成數(shù)據(jù)報內(nèi)容，大多數(shù)實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)報的開始處也傳一個END字符。如果 IP 報文中某個字符為 END ，那么就要連續(xù)傳輸兩個字節(jié) 0xdb, 0xdc 來取代它。 0xdb 這個特殊字符被稱作 SLIP 的 ESC 字符，但是它的值與 ASCII 碼的 ESC 字符( 0x1b )不同。如果 IP 報文中某個字符為 SLIP 的 ESC 字符，那么就要連續(xù)傳輸兩個字節(jié) 0xdb,0xdd 來取代它。

　　SLIP是一種簡單的幀封裝方法，還有一些值得一提的缺陷：

　　1.每一端必須知道對方的IP地址。沒有辦法把本端的IP地址通知給另一端。

　　2.數(shù)據(jù)幀中沒有類型字段(類似于以太網(wǎng)中的類型字段)。如果一條串行線路用于SLIP，那么它不能同時使用其他協(xié)議。

　　3. SLIP沒有在數(shù)據(jù)幀中加上檢驗(yàn)和(類似于以太網(wǎng)中的CRC字段)。如果SLIP傳輸?shù)膱笪谋痪�路噪聲影響而發(fā)生錯誤，只能通過上層協(xié)議來發(fā)現(xiàn)。(另一種方法是，新型的調(diào)制解調(diào)器可以檢測并糾正錯誤報文。)這樣，上層協(xié)議提供某種形式的CRC就顯得很重要。

　　PPP ，點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議修改了 SLIP 協(xié)議中的所有缺陷。 PPP 包括以下三個部分：

　　1 .在串行通信線路上組幀的方法。 PPP 既支持?jǐn)?shù)據(jù)為 8 位和無奇偶檢驗(yàn)的異步模式(如大多數(shù)計(jì)算機(jī)上都普遍存在的串行接口)，還支持面向比特的同步鏈接。

　　2 .建立、配置及測試數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議( LCP ： Link Control Protocol )。它允許通信雙方進(jìn)行協(xié)商，以確定不同的選項(xiàng)。

　　3 .針對不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議( NCP ： Network Control Protocol )體系。PPP數(shù)據(jù)幀的格式看上去很像ISO的HDLC(高層數(shù)據(jù)鏈路控制)標(biāo)準(zhǔn)。每一幀都以標(biāo)志字符0x7e開始和結(jié)束。緊接著是一個地址字節(jié)，值始終是0xff，然后是一個值為0x03的控制字節(jié)。接下來是協(xié)議字段，類似于以太網(wǎng)中類型字段的功能。當(dāng)它的值為0x0021時表示信息字段是一個IP數(shù)據(jù)報，值為0xc021時表示信息字段是鏈路控制數(shù)據(jù)，值為0x8021時表示信息字段是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。CRC字段(或FCS，幀校驗(yàn)序列)是一個循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼，以檢測數(shù)據(jù)幀中的錯誤。由于標(biāo)志字符的值是0x7e，因此當(dāng)該字符出現(xiàn)在信息字段中時，PPP需要對它進(jìn)行轉(zhuǎn)義。在同步鏈路中，該過程是通過一種稱作比特填充(bit stuffing)的硬件技術(shù)來完成的。在異步鏈路中，特殊字符0x7d用作轉(zhuǎn)義字符。

　　因特網(wǎng)地接入方式：終端方式、SLIP/PPP方式、DDN專線、代理服務(wù)器方式、其他通信線路入網(wǎng)。

　　3、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層協(xié)議

　　IP協(xié)議：實(shí)現(xiàn)的是不可靠無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù)，它是TCP/IP協(xié)議族的核心，傳輸層上的數(shù)據(jù)信息和網(wǎng)絡(luò)層上的控制信息都以IP數(shù)據(jù)報的形式傳輸。在Ipv4 中， IP 地址由四個八位域(叫作 octets )組成。 Octets 被點(diǎn)號分開代表在 0 到達(dá) 55 范圍內(nèi)的十進(jìn)制數(shù)字。用二進(jìn)制格式時共有 32 位組成，為了方便記憶，用點(diǎn)號每八位一分割，稱為點(diǎn)分十進(jìn)制。因?yàn)門CP/IP網(wǎng)絡(luò)是為大規(guī)模的互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，所以不能用全部的32位來表示網(wǎng)絡(luò)上主機(jī)的地址。用IP地址的一部分來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)，剩下的部分標(biāo)識其中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。IP地址中用來標(biāo)識設(shè)備所在網(wǎng)絡(luò)的部分叫做網(wǎng)絡(luò)ID，標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的部分叫做主機(jī)ID。這些ID包含在同一個IP地址之中。 Internet組織定義了5種IP地址類，以容納不同大小的網(wǎng)絡(luò)。

　　· A類地址用于主機(jī)數(shù)目非常多的網(wǎng)絡(luò)。A 類地址的最高位為 0 ，接下來的 7 位完成網(wǎng)絡(luò) ID ，剩余的 24 位二進(jìn)制位代表主機(jī) ID 。 A 類地址允許 126 個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)大約一千七百萬臺主機(jī) ; 第一個八位體是 1~126 。 127 是一個特殊的網(wǎng)絡(luò) ID ，是用來檢查， TCP / IP 協(xié)議工作狀態(tài)。

　　· B 類地址用于中型到大型的網(wǎng)絡(luò)。B類地址的最高位為10，接下來的14位完成網(wǎng)絡(luò)ID，剩余的14位二進(jìn)制位代表主機(jī)ID。B類地址允許16384個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)大約65000臺主機(jī);第一個八位體是128~191。

　　· C 類地址用于小型本地網(wǎng)絡(luò)。 C 類地址的最高位為 110 ，接下來的 21 位完成網(wǎng)絡(luò) ID ，剩余的 8 位二進(jìn)制位代表主機(jī) ID 。 C 類地址允許大約二百萬個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)有 254 臺主機(jī);第一個八位體是 192~223 。

　　· D 類地址用于多重廣播組。一個多重廣播組可能包括 1 臺或更多主機(jī)，或根本沒有。 D 類地址的最高位為 1110; 第一個八位體是 224~239 。剩余的位設(shè)計(jì)客戶機(jī)參加的特定組。在多重廣播操作中沒有網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)位，數(shù)據(jù)包將傳送到網(wǎng)絡(luò)中選定的主機(jī)子集中。只有注冊了多重廣播地址的主機(jī)才能接收到數(shù)據(jù)包。 Microsoft 支持 D 類地址，用于應(yīng)用程序?qū)⒍嘀貜V播數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)間的主機(jī)上，包括 WINS 和 Microsoft NetShow 。

　　· E 類是一個通常不用的實(shí)驗(yàn)性地址：它保留作為以后使用。 E 類地址的最高四位通常為 11110 ;第一個八位體是 240~247 。248~254 無規(guī)定。

　　子網(wǎng)是一個邏輯概念，子網(wǎng)中的各主機(jī)的 NetID 是相同的。網(wǎng)段是一個物理概念，是指在物理上獨(dú)立的一段網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)與網(wǎng)段之間，可以是多對多的關(guān)系。

　　劃分子網(wǎng)( subnetworking )的好處：a、 混合使用多種技術(shù)，如以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)。b、 克服已有技術(shù)的缺陷，如超過每段中最大主機(jī)數(shù)目。c、 通過對交通重定向和減少廣播來減少網(wǎng)絡(luò)阻塞。

　　子網(wǎng)掩碼：將IP地址的各位，NetID全改為1，HostID全改為0，則是子網(wǎng)掩碼。與IP地址進(jìn)行“與”或“and”運(yùn)算，用來分辯網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID。

　　標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼： A 類： 255.0.0.0 B 類： 255.255.0.0 C 類： 255.255.255.0

　　IP路由選擇： IP 搜索路由表的幾個步驟： 1. 搜索匹配的主機(jī)地址(即網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和主機(jī)標(biāo)識都相同); 2. 如果1不成功， 搜索匹配的網(wǎng)絡(luò)地址; 3. 如果2不成功， 搜索路由表中目的地址為“默認(rèn)”的表項(xiàng)。

　　地址解析協(xié)議( ARP )：地址解析協(xié)議是一個位于 IP 協(xié)議中的低層協(xié)議。它把 IP 地址解析成 MAC 地址。當(dāng)一個基于 TCP/IP 的應(yīng)用程序需要從一臺主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給另一臺主機(jī)時，它把信息分割并且封裝成包，附加上目的主機(jī)的 IP 地址。然后尋找 IP 地址到實(shí)際 MAC 地址的映射。當(dāng) ARP 找到了 MAC 地址后，它就把這個信息傳給 IP ，由 IP 把包發(fā)送出去。

　　ICMP協(xié)議： ICMP 經(jīng)常被認(rèn)為是 IP 層的一個組成部分。它傳遞錯誤信息以及其它詢問信息。 ICMP 報文通常被 IP 層或更高層協(xié)議( TCP 或 UDP )使用。一些 ICMP 報文把差錯信息返回給用戶進(jìn)程。 ICMP 信息是在 IP 數(shù)據(jù)報內(nèi)部被傳輸?shù)摹．?dāng)發(fā)送一份 ICMP 差錯報文時，報文始終包含 IP 的首部和產(chǎn)生 ICMP 差錯報文的 IP 數(shù)據(jù)報的前 8 個字節(jié)。這樣，接收 ICMP 差錯報文的模塊就會把它與某個特定的協(xié)議(根據(jù) IP 數(shù)據(jù)報首部中的協(xié)議字段來判斷)和用戶進(jìn)程(根據(jù)包含在 IP 數(shù)據(jù)報前 8 個字節(jié)中的 TCP 或 UDP 報文首部中的 TCP 或 UDP 端口號來判斷)聯(lián)系起來。　　

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