internet 體系結(jié)構(gòu) tcp-ip 協(xié)議

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1、第6章TCP/IP協(xié)議本章要點:本章介紹了TCP/IP協(xié)議集的層次結(jié)構(gòu)、協(xié)議分類,按照層次分別介紹了各層中主要的協(xié)議,并介紹了當(dāng)前常用的網(wǎng)絡(luò)工具和網(wǎng)絡(luò)命令,其中IP協(xié)議、TCP協(xié)議和各應(yīng)用層協(xié)議是掌握的重點。6.1TCP/IP概述盡管ISO的OSI7層模型詳細(xì)刻畫了網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中各層的功能以及它們之間的接口規(guī)范,但實際上Internet采用的標(biāo)準(zhǔn)卻是TCP/IP協(xié)議。TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)即傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議,是一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議集。TCP/IP最初是為廣域網(wǎng)設(shè)計的,是由ARPANET網(wǎng)的研究機(jī)構(gòu)

2、發(fā)展起來的。Internet標(biāo)準(zhǔn)由Internet結(jié)構(gòu)委員會IAB負(fù)責(zé)制定,IAB又分成兩個工作組:Internet研究部IRTF和Internet工程部IETF,目前Internet上的協(xié)議都是由IETF來制定和標(biāo)準(zhǔn)化的。有關(guān)Internet工作的文檔、新協(xié)議或修改過的協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)都出現(xiàn)在一系列技術(shù)報告中,這些報告稱為InternetRFC。RFC可長可短,可以覆蓋很多概念或細(xì)節(jié),也可以是標(biāo)準(zhǔn),或僅僅是新協(xié)議的建議。正如OSI7層模型一樣,TCP/IP協(xié)議棧分成四層,自下向上分別是鏈路層(網(wǎng)絡(luò)接口層)、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層,如圖6.1所示。應(yīng)當(dāng)說明的是,T

3、CP/IP協(xié)議棧是一個龐大的協(xié)議族,TCP和IP只是這個協(xié)議集中的典型代表,圖6.1中列出的只是最常用到的一些協(xié)議。關(guān)于OSI7層模型與TCP/IP協(xié)議棧對應(yīng)關(guān)系如圖6.2所示。圖6.1TCP/IP協(xié)議棧圖6.2TCP/IP協(xié)議棧與OSI七層模型對應(yīng)關(guān)系圖6.3所示是一個典型的采用TCP/IP通信的實例,從中我們可以看到:l數(shù)據(jù)通信在邏輯上是對等層之間的通信;l數(shù)據(jù)報文仍然要經(jīng)過逐層封裝和逐層拆解的過程;l不同網(wǎng)絡(luò)之間通信需要經(jīng)過路由器進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。圖6.3一個TCP/IP的通信實例圖6.4給出了一個數(shù)據(jù)流經(jīng)各層的封裝與拆解過程,我們可以看到,這個過程與第三章中介紹的OSI7

4、層模型類似,只不過此處不再是七層而是四層。以下的各節(jié)中,我們將按照層次的順序重點講述TCP/IP協(xié)議棧中最常用的一些協(xié)議。6.2網(wǎng)際協(xié)議IPIP協(xié)議在OSI7層模型中對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)層,因此IP協(xié)議的主要作用就是網(wǎng)絡(luò)層的功能。在網(wǎng)絡(luò)層當(dāng)中很重要的一項就是對各節(jié)點進(jìn)行地址標(biāo)示。6.2.1IP地址及其分類IP地址就是給每個連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)(或路由器接口)分配一個全球唯一的32bit(4字節(jié))的標(biāo)識符,目前所用的版本是IPv4。IP地址結(jié)構(gòu)分為兩部分,即{<網(wǎng)絡(luò)號>,<主機(jī)號>},具體分類如圖6.5所示。圖6.4TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)分裝圖6.5IP地址分類從圖中可以看到:lA、B、C

5、類地址的網(wǎng)絡(luò)號分別為1、2、3字節(jié)長,而在網(wǎng)絡(luò)號字段的最前面有1-3位的類別比特,其數(shù)值分別是0,10,110。lA、B、C類地址的主機(jī)號字段長度分別是3、2、1字節(jié)長。lD類用于組播地址,E類是保留地址。在整個地址分配空間當(dāng)中,并非所有地址都可以分配,還有一些特殊地址用作特殊用途,如表6.1所示。一般來講,因特網(wǎng)把全“0”字段解釋成“本”(this),把全“1”字段解釋成“所有”(all)。因此,主機(jī)號為“0”的IP地址指的是“本”主機(jī),而網(wǎng)絡(luò)號為“0”的地址指的是“本”網(wǎng)絡(luò),例如,如圖6.6所示。當(dāng)目的地址為:255.255.255.255:稱為有限廣播地址或本地網(wǎng)廣播地

6、址,它表示所有本子網(wǎng)的主機(jī)都要接收此數(shù)據(jù)包,這種廣播不會跨過路由器。172.16.3.255:稱為定向廣播地址,表示向子網(wǎng)172.16.3.0子網(wǎng)內(nèi)所有主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包。172.16.255.255:所有子網(wǎng)廣播,表示向系統(tǒng)默認(rèn)子網(wǎng)172.16.0.0內(nèi)所有主機(jī)的廣播。127.0.0.1:稱為本地回環(huán)地址,它一般用于檢查本地主機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧是否正確加載。表6.1特殊地址Net.idHost.id源地址使用目的地址使用含義00可以可以在本網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))上的本主機(jī)0Host.id可以不可以在本網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))上的某臺主機(jī)全1全1不可以可以只在本網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))上進(jìn)行的廣播Net.id

7、全1不可以可以對Net.id上的所有主機(jī)進(jìn)行廣播127任意數(shù)可以可以用作測試本地回環(huán)地址圖6.6IP廣播地址考慮到以上這些特殊地址,A、B、C類地址的實際分配范圍如表6.2所示。事實上,這種分類方法并不合適,例如對于A類地址,每個網(wǎng)絡(luò)中有將近1600萬個地址,這么大的地址空間任何一個單獨的機(jī)構(gòu)都是用不了的。但事實的情況恰恰相反,像IBM公司、麻省理工學(xué)院等分別擁有一個單獨的A類地址,因此造成了巨大的浪費(fèi)。事實上,目前IPv4地址枯竭的一個重要原因就是分配不合理。在整個可分配的地址范圍當(dāng)中,還有一部分保留

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