第9章 因特網與TCP/IP協議
本章為次重點章節，其中TCP/IP體系結構的網絡接口層協議、應用層協議、因特網服務資源考核要求均為“簡單應用”。本章介紹因特網的TCP/IP體系結構、因特網的接入方式、因特網的服務資源等。要求重點掌握TCP/IP協議族。
1、概述
TCP/IP協議族是因特網的核心。TCP/IP體系結構是專門用來描述TCP/IP協議族的，從低到高共有五層：物理層、網絡接口層、網絡互聯層、傳輸層、應用層。
· 應用層：包含了所有的高層協議，如FTP、TELNET、DNS、SMTP等。
· 傳輸層：負責在源主機和目的主機的應用程序之間提供端-端的數據傳輸服務，主要有傳輸控制協議TCP和用戶數據報協議UDP。
· 網絡互聯層：負責將數據報獨立地從信息源送到信宿，主要解決路由選擇、阻塞控制、網絡互聯等問題，主要有互聯網協議IP。
· 網絡接口層：負責將IP數據報封裝成適合在物理網絡上傳輸地幀格式并傳輸，或將從物理網絡接收到地幀解封，取出IP數據報交給上層地網絡互聯層。
· 物理層：只要能傳輸IP數據報，允許任何協議。
2、網絡接口層協議
SLIP 的全稱是 Serial Line IP 。它是一種在串行線路上對 IP 數據報進行封裝的簡單形式。在IP數據報以一個稱作END(0xc0)的特殊字符結束。同時，為了防止數據報到來之前的線路噪聲被當成數據報內容，大多數實現在數據報的開始處也傳一個END字符。如果 IP 報文中某個字符為 END ，那么就要連續傳輸兩個字節 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，那么就要連續傳輸兩個字節 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.數據幀中沒有類型字段(類似于以太網中的類型字段)。如果一條串行線路用于SLIP，那么它不能同時使用其他協議。
3. SLIP沒有在數據幀中加上檢驗和(類似于以太網中的CRC字段)。如果SLIP傳輸的報文被線路噪聲影響而發生錯誤，只能通過上層協議來發現。(另一種方法是，新型的調制解調器可以檢測并糾正錯誤報文。)這樣，上層協議提供某種形式的CRC就顯得很重要。
PPP ，點對點通信協議修改了 SLIP 協議中的所有缺陷。 PPP 包括以下三個部分：
1 .在串行通信線路上組幀的方法。 PPP 既支持數據為 8 位和無奇偶檢驗的異步模式(如大多數計算機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、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協議( LCP ： Link Control Protocol )。它允許通信雙方進行協商，以確定不同的選項。
3 .針對不同網絡層協議的網絡控制協議( NCP ： Network Control Protocol )體系。PPP數據幀的格式看上去很像ISO的HDLC(高層數據鏈路控制)標準。每一幀都以標志字符0x7e開始和結束。緊接著是一個地址字節，值始終是0xff，然后是一個值為0x03的控制字節。接下來是協議字段，類似于以太網中類型字段的功能。當它的值為0x0021時表示信息字段是一個IP數據報，值為0xc021時表示信息字段是鏈路控制數據，值為0x8021時表示信息字段是網絡控制數據。CRC字段(或FCS，幀校驗序列)是一個循環冗余檢驗碼，以檢測數據幀中的錯誤。由于標志字符的值是0x7e，因此當該字符出現在信息字段中時，PPP需要對它進行轉義。在同步鏈路中，該過程是通過一種稱作比特填充(bit stuffing)的硬件技術來完成的。在異步鏈路中，特殊字符0x7d用作轉義字符。
因特網地接入方式：終端方式、SLIP/PPP方式、DDN專線、代理服務器方式、其他通信線路入網。
3、網絡互聯層協議
IP協議：實現的是不可靠無連接的數據報服務，它是TCP/IP協議族的核心，傳輸層上的數據信息和網絡層上的控制信息都以IP數據報的形式傳輸。在Ipv4 中， IP 地址由四個八位域(叫作 octets )組成。 Octets 被點號分開代表在 0 到達 55 范圍內的十進制數字。用二進制格式時共有 32 位組成，為了方便記憶，用點號每八位一分割，稱為點分十進制。因為TCP/IP網絡是為大規模的互連網絡設計的，所以不能用全部的32位來表示網絡上主機的地址。用IP地址的一部分來標識網絡，剩下的部分標識其中的網絡設備。IP地址中用來標識設備所在網絡的部分叫做網絡ID，標識網絡設備的部分叫做主機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絡。
· A類地址用于主機數目非常多的網絡。A 類地址的最高位為 0 ，接下來的 7 位完成網絡 ID ，剩余的 24 位二進制位代表主機 ID 。 A 類地址允許 126 個網絡，每個網絡大約一千七百萬臺主機 ; 第一個八位體是 1~126 。 127 是一個特殊的網絡 ID ，是用來檢查， TCP / IP 協議工作狀態。
· B 類地址用于中型到大型的網絡。B類地址的最高位為10，接下來的14位完成網絡ID，剩余的14位二進制位代表主機ID。B類地址允許16384個網絡，每個網絡大約65000臺主機;第一個八位體是128~191。
· C 類地址用于小型本地網絡。 C 類地址的最高位為 110 ，接下來的 21 位完成網絡 ID ，剩余的 8 位二進制位代表主機 ID 。 C 類地址允許大約二百萬個網絡，每個網絡有 254 臺主機;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，或根本沒有。 D 類地址的最高位為 1110; 第一個八位體是 224~239 。剩余的位設計客戶機參加的特定組。在多重廣播操作中沒有網絡或主機位，數據包將傳送到網絡中選定的主機子集中。只有注冊了多重廣播地址的主機才能接收到數據包。 Microsoft 支持 D 類地址，用于應用程序將多重廣播數據發送到網絡間的主機上，包括 WINS 和 Microsoft NetShow 。
· E 類是一個通常不用的實驗性地址：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 無規定。
子網是一個邏輯概念，子網中的各主機的 NetID 是相同的。網段是一個物理概念，是指在物理上獨立的一段網絡。子網與網段之間，可以是多對多的關系。
劃分子網( subnetworking )的好處：a、 混合使用多種技術，如以太網和令牌網。b、 克服已有技術的缺陷，如超過每段中最大主機數目。c、 通過對交通重定向和減少廣播來減少網絡阻塞。
子網掩碼：將IP地址的各位，NetID全改為1，HostID全改為0，則是子網掩碼。與IP地址進行“與”或“and”運算，用來分辯網絡ID和主機ID。
標準子網掩碼： 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. 搜索匹配的主機地址(即網絡標識和主機標識都相同); 2. 如果1不成功， 搜索匹配的網絡地址; 3. 如果2不成功， 搜索路由表中目的地址為“默認”的表項。
地址解析協議( ARP )：地址解析協議是一個位于 IP 協議中的低層協議。它把 IP 地址解析成 MAC 地址。當一個基于 TCP/IP 的應用程序需要從一臺主機發送數據給另一臺主機時，它把信息分割并且封裝成包，附加上目的主機的 IP 地址。然后尋找 IP 地址到實際 MAC 地址的映射。當 ARP 找到了 MAC 地址后，它就把這個信息傳給 IP ，由 IP 把包發送出去。
ICMP協議： ICMP 經常被認為是 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 層或更高層協議( TCP 或 UDP )使用。一些 ICMP 報文把差錯信息返回給用戶進程。 ICMP 信息是在 IP 數據報內部被傳輸的。當發送一份 ICMP 差錯報文時，報文始終包含 IP 的首部和產生 ICMP 差錯報文的 IP 數據報的前 8 個字節。這樣，接收 ICMP 差錯報文的模塊就會把它與某個特定的協議(根據 IP 數據報首部中的協議字段來判斷)和用戶進程(根據包含在 IP 數據報前 8 個字節中的 TCP 或 UDP 報文首部中的 TCP 或 UDP 端口號來判斷)聯系起來。
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