第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 49 3.1.2 协 议 的 中 心 任 务 在 计 算 机 网 络 的 一 整 套 规 则 中, 任 何 一 种 协 议 都 需 要 解 决 3 方 面 的 问 题 1. 协 议 的 语 法 ( 如 何 讲 ) 协 议 定 义 了 如 何

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 本 章 学 习 目 标 了 解 : 计 算 机 网 络 协 议 了 解 : 网 络 系 统 的 分 层 体 系 结 构 掌 握 :ISO 的 OSI 七 层 参 考 模 型 了 解 : 网 络 的 3 个 著 名 标 准 化 组 织 掌 握 :ARPA 的 TCP/IP 四 层 模 型 3.1 网 络 协 议 3.1.1 协 议 的 本 质 当 前, 计 算 机 技 术 飞 速 发 展 的 一 个 标 志 就 是 计 算 机 网 络 化, 于 是 有 人 提 出 了 网 络 就 是 计 算 机 的 概 念 那 么 计 算 机 怎 样 才 能 构 成 网 络 呢? 网 络 的 本 质 是 什 么? 为 了 解 决 上 述 问 题, 用 户 首 先 应 该 了 解 的 就 是 协 议 网 络 中 的 计 算 机 之 间 进 行 通 信 时, 它 们 之 间 必 须 使 用 一 种 双 方 都 能 理 解 的 语 言, 这 种 语 言 被 称 为 协 议 因 此, 协 议 就 是 网 络 的 语 言, 只 有 遵 循 这 种 语 言 规 范 的 计 算 机 才 能 在 网 络 上 与 其 他 计 算 机 彼 此 通 信 正 是 由 于 有 了 协 议, 网 络 上 各 种 规 模 结 构 操 作 系 统 处 理 能 力 及 厂 家 的 产 品 才 能 够 连 接 起 来, 互 相 通 信, 实 现 资 源 共 享 从 这 个 意 义 上 讲, 协 议 就 是 网 络 的 本 质, 这 是 初 学 者 需 要 很 好 理 解 和 掌 握 的 基 本 概 念 协 议 定 义 了 网 络 上 的 各 种 计 算 机 和 设 备 之 间 相 互 通 信 和 进 行 数 据 管 理 数 据 交 换 的 整 套 规 则 通 过 这 些 规 则 ( 也 称 为 约 定 ), 网 络 上 的 计 算 机 才 有 了 彼 此 通 信 的 共 同 语 言

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 49 3.1.2 协 议 的 中 心 任 务 在 计 算 机 网 络 的 一 整 套 规 则 中, 任 何 一 种 协 议 都 需 要 解 决 3 方 面 的 问 题 1. 协 议 的 语 法 ( 如 何 讲 ) 协 议 定 义 了 如 何 进 行 通 信 的 问 题, 即 对 通 信 双 方 采 用 的 数 据 格 式 编 码 等 进 行 定 义 例 如, 报 文 中 内 容 的 组 织 形 式 等 这 就 是 协 议 的 语 法 要 解 决 的 问 题 2. 协 议 的 语 义 ( 讲 什 么 ) 协 议 应 解 决 在 什 么 层 次 上 定 义 通 信, 其 内 容 是 什 么, 即 对 发 出 的 请 求 执 行 的 动 作, 以 及 对 方 的 应 答 做 出 解 释 例 如, 对 于 报 文, 它 由 什 么 部 分 组 成, 哪 些 部 分 用 于 控 制 数 据, 哪 些 部 分 是 真 正 的 通 信 内 容 这 就 是 协 议 的 语 义 要 解 决 的 问 题 3. 协 议 的 定 时 ( 讲 话 次 序 ) 定 时 ( 又 称 时 序 ) 协 议 定 义 了 何 时 进 行 通 信, 先 后 顺 序 及 速 度 等, 这 就 是 定 时 问 题 例 如, 是 采 用 同 步 传 输 还 是 异 步 传 输 总 之, 协 议 必 须 在 解 决 好 语 义 语 法 和 定 时 这 3 部 分 的 问 题 之 后, 才 算 比 较 完 整 地 构 成 了 数 据 通 信 的 语 言 因 此, 又 将 语 义 语 法 和 定 时 称 为 网 络 的 3 要 素 3.1.3 协 议 的 功 能 和 种 类 1. 协 议 的 功 能 从 整 体 看, 作 为 计 算 机 数 据 交 换 语 言 的 协 议 必 须 具 备 以 下 一 些 功 能 : (1) 分 割 与 重 组 协 议 的 分 割 功 能 是 指 将 较 大 的 数 据 单 元 分 割 成 较 小 的 数 据 包, 其 反 过 程 称 为 重 组, 如 图 3-1 所 示 图 3-1 分 割 与 重 组 (2) 寻 址 协 议 的 寻 址 功 能 使 得 设 备 彼 此 识 别, 同 时 可 以 进 行 路 径 选 择, 如 图 3-2 所 示

50 第 一 篇 网 络 技 术 篇 图 3-2 路 径 选 择 (3) 封 装 与 拆 装 协 议 的 封 装 功 能 是 指 在 数 据 单 元 ( 数 据 包 ) 的 始 端 或 者 末 端 增 加 控 制 信 息, 其 相 反 的 过 程 是 拆 装, 如 图 3-3 所 示 图 3-3 数 据 封 装 与 拆 装 (4) 排 序 协 议 的 排 序 功 能 是 指 对 报 文 发 送 与 接 收 顺 序 的 控 制, 如 图 3-4 所 示 (5) 信 息 流 控 制 协 议 的 流 量 控 制 功 能 是 指 在 信 息 流 过 大 时 所 采 取 的 一 系 列 措 施, 如 图 3-5 所 示 图 3-4 排 序 图 3-5 信 息 流 控 制

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 51 (6) 差 错 控 制 差 错 控 制 功 能 使 得 数 据 按 误 码 率 要 求 的 指 标, 在 通 信 线 路 中 正 确 地 传 输 (7) 同 步 协 议 的 同 步 功 能 可 以 保 证 收 发 双 方 在 数 据 传 输 时 的 一 致 性 (8) 干 路 传 输 协 议 的 干 路 传 输 功 能 可 以 使 多 个 用 户 信 息 共 用 干 路 (9) 连 接 控 制 协 议 的 连 接 控 制 功 能 可 以 控 制 通 信 实 体 之 间 建 立 和 终 止 链 路 的 过 程 对 于 网 络 学 习, 其 关 键 是 掌 握 网 络 的 各 种 协 议 及 其 关 系, 而 掌 握 协 议 的 重 点 在 于 把 握 协 议 的 语 义 语 法 和 定 时 的 实 现 机 制, 尤 其 是 协 议 的 各 种 功 能 特 性 的 实 现 技 巧 以 及 这 些 实 现 技 巧 所 适 应 的 环 境 和 条 件 2. 协 议 的 分 类 协 议 有 很 多 种, 按 其 特 性 不 同 可 以 分 为 以 下 几 种 (1) 标 准 或 非 标 准 协 议 标 准 协 议 涉 及 各 类 通 信 环 境 ; 而 非 标 准 协 议 只 涉 及 专 用 环 境 (2) 直 接 或 间 接 协 议 设 备 之 间 可 以 通 过 专 线 进 行 连 接, 也 可 以 通 过 公 用 通 信 网 络 相 连 接 无 论 采 用 哪 种 协 议, 若 要 求 数 据 顺 利 地 传 输, 连 接 的 双 方 必 须 遵 循 某 种 协 议 当 设 备 直 接 进 行 通 信 时, 需 要 一 种 直 接 通 信 协 议, 而 设 备 之 间 间 接 通 信 时, 则 需 要 一 种 间 接 通 信 协 议 (3) 整 体 的 协 议 或 分 层 的 结 构 化 协 议 整 体 协 议, 即 一 个 协 议 就 是 一 整 套 的 规 则 实 施 时, 这 个 协 议 作 为 一 个 整 体 而 分 层 的 结 构 化 协 议 则 可 为 多 个 实 施 单 位 ( 结 构 ), 这 样 的 协 议 是 由 多 个 部 分 ( 层 次 ) 复 合 而 成 的 从 这 个 意 义 上 讲, 分 层 的 结 构 化 协 议 的 整 套 规 则 由 各 层 次 协 议 组 合 而 成 3.2 计 算 机 网 络 体 系 结 构 3.2.1 计 算 机 网 络 体 系 结 构 的 工 作 流 程 计 算 机 网 络 体 系 结 构 的 工 作 流 程 与 图 3-6 所 示 邮 政 系 统 的 工 作 流 程 十 分 相 似 图 3-6 清 楚 地 表 明 了 信 件 发 送 和 接 收 的 过 程, 以 及 怎 样 利 用 邮 政 系 统 来 发 送 和 接 收 信 件 在 图 3-6 所 示 的 邮 政 系 统 中, 将 发 信 端 和 收 信 端 从 上 到 下 分 为 A B C D 4 个 层 次 1. 发 信 端 ( 发 件 人 所 在 地 区 ) 1 A 层 发 信 者 的 活 动 是 : 书 写 信 件, 按 邮 政 系 统 规 定 的 书 写 格 式 ( 中 英 文 或 其 他 文 字 格 式 ) 书 写 信 封 ; 之 后, 将 信 的 内 容 封 装 在 信 封 中, 贴 邮 票 后, 投 递 至 邮 政 系 统 规 定 的 位 置 ( 邮 筒 或 邮 局 ) 中 2 B 层 邮 局 的 活 动 是 : 邮 递 员 负 责 收 集 信 件, 邮 局 工 作 人 员 对 各 路 邮 递 员 收 集 到 的 所 有

52 第 一 篇 网 络 技 术 篇 图 3-6 邮 政 系 统 中 信 件 传 递 工 作 过 程 示 意 图 信 件 进 行 处 理 ( 分 拣 盖 戳 ), 并 按 照 邮 局 转 运 部 门 要 求 的 格 式 打 包, 书 写 这 个 包 的 标 签 ; 并 将 本 地 邮 局 的 邮 包 送 到 邮 局 的 转 运 部 门 3 C 层 邮 局 转 运 部 门 的 活 动 是 : 按 照 运 输 部 门 的 要 求, 将 各 个 邮 局 送 来 的 邮 包, 按 照 地 点 要 求 包 装 成 更 大 的 适 合 运 输 部 门 要 求 的 大 邮 包 再 按 照 要 求, 加 上 大 邮 包 的 标 签 并 将 大 邮 包 发 送 到 运 输 部 门 4 D 层 运 输 部 门 收 到 邮 局 转 运 部 门 的 邮 包 后, 会 为 其 选 择 路 径, 如, 为 航 空 邮 包 选 择 航 线, 为 火 车 运 输 的 邮 包 选 择 列 车 车 次, 为 海 运 的 邮 包 选 择 轮 船 船 次 ; 之 后, 按 照 选 定 的 运 输 线 路, 进 一 步 进 行 包 装 和 书 写 包 装 的 标 签 ; 最 后, 将 再 次 封 装 后 的 运 输 大 包 发 送 到 选 定 的 地 点, 进 入 实 际 的 运 输 过 程 总 之, 在 发 信 端 是 按 照 从 上 至 下, 即 A B C D 的 顺 序 进 行 处 理 的 在 每 一 层, 都 是 按 照 本 层 和 下 层 联 系 的 要 求, 依 次 封 装 成 新 的 邮 包, 并 加 入 本 层 特 有 的 标 签, 再 传 递 到 下 一 层 指 定 的 位 置 2. 收 信 端 ( 收 件 人 所 在 地 区 ) 1 D 层 : 收 件 人 所 在 地 区 的 运 输 部 门, 收 到 从 不 同 路 线 运 过 来 的 邮 包 ( 如, 航 空 邮 包 海 运 邮 包 和 货 运 邮 包 ) 后, 会 根 据 邮 包 标 签 的 信 息, 将 含 有 收 件 人 信 件 的 邮 包 分 离 出 来, 发 送 到 本 地 区 的 邮 局 转 运 部 门 2 C 层 : 收 件 人 地 区 的 邮 局 转 运 部 门 的 活 动 是 : 拆 开 收 到 的 邮 包, 根 据 标 签 的 信 息 进 行 分 拣, 为 各 个 信 件 选 择 适 合 的 本 地 邮 局 ; 最 后, 将 含 有 信 件 的 邮 包 转 发 到 收 件 人 的 本 地 邮 局 3 B 层 : 收 件 邮 局 的 活 动 是 : 打 开 收 到 的 所 有 邮 包, 进 行 分 拣, 按 照 信 封 的 收 件 人 地 址 分 拣 给 管 片 的 邮 递 员 ; 邮 递 员 再 将 信 件 投 递 到 指 定 的 位 置, 如, 家 中 或 邮 箱 中 4 A 层 : 收 信 者 的 活 动 是 : 按 邮 局 规 定 的 取 信 方 式 和 位 置, 取 回 自 己 的 信 件 ; 拆 开 发 送 人 发 送 过 来 的 信 封, 阅 读 信 件 的 内 容 总 之, 在 收 信 端 是 按 照 由 下 至 上, 即 D C B A 的 顺 序 进 行 处 理 的 在 每 一 层, 都 是 依 次 拆 封 收 到 的 包 装, 完 成 本 层 应 当 完 成 的 功 能, 并 根 据 每 层 特 有 的 标 签 信 息, 再 传 递 到 上 一 层

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 53 指 定 的 位 置, 最 终 到 达 收 信 人 的 手 中 综 上 所 述, 在 信 件 的 发 送 与 接 收 过 程 中, 发 信 时 发 信 人 只 需 知 道 如 何 写 信 书 写 信 封 的 标 准 ( 中 英 文 或 其 他 文 字 格 式 ) 贴 邮 票 投 递 信 件 至 邮 筒 ( 或 邮 局 ) 等 过 程, 而 无 需 知 道 收 件 邮 局 及 邮 政 系 统 的 工 作 人 员 是 如 何 进 行 信 件 收 集 分 拣 打 包 路 由 和 运 输 等 过 程 同 理, 收 信 时 收 件 人 只 需 知 道 到 什 么 地 方 收 取 自 己 的 邮 件, 而 同 样 无 需 了 解 接 收 邮 局 邮 政 系 统 工 作 人 员 的 接 收 邮 包 邮 局 的 转 送 分 发 邮 件 信 件 分 拣 和 投 递 等 过 程 这 种 分 层 体 系 结 构 的 最 大 优 点 是 层 与 层 相 互 独 立 ; 其 次, 由 于 将 所 有 的 功 能 分 成 了 4 层, 因 此, 每 层 完 成 的 功 能 相 对 较 少, 而 且 每 层 无 需 知 道 其 他 层 次 的 功 能, 改 变 某 一 层 的 功 能 也 不 会 影 响 其 他 层 的 工 作 3.2.2 计 算 机 网 络 体 系 结 构 概 述 计 算 机 网 络 通 信 系 统 与 邮 政 通 信 系 统 的 工 作 过 程 十 分 类 似, 它 们 都 是 一 个 复 杂 的 分 层 系 统 这 是 由 于 面 对 日 益 复 杂 化 的 计 算 机 网 络 系 统, 只 有 采 用 结 构 化 的 方 法 来 描 述 网 络 系 统 的 组 织 结 构 与 功 能, 才 能 够 更 好 地 研 究 设 计 和 实 现 网 络 系 统 开 放 系 统 互 连 参 考 模 型 就 是 在 这 种 背 景 下 产 生 发 展 并 逐 步 地 完 善 起 来 的 1. 层 次 化 体 系 结 构 中 的 基 本 概 念 (1) 协 议 (protocol) 协 议 是 一 种 通 信 的 约 定 例 如, 在 邮 政 的 通 信 系 统 中, 对 写 信 的 格 式 信 封 的 标 准 和 书 写 格 式 信 件 打 包 以 及 邮 包 封 面 格 式 等 都 要 进 行 实 现 的 约 定 与 之 类 似, 在 计 算 机 网 络 的 通 信 过 程 中, 为 了 保 证 计 算 机 之 间 能 够 准 确 地 进 行 数 据 通 信, 也 必 须 制 定 通 信 的 规 则, 这 就 是 通 信 协 (2) 层 次 (layer) 层 次 是 人 们 对 复 杂 问 题 的 一 种 基 本 处 理 方 法 当 人 们 遇 到 一 个 复 杂 问 题 的 时 候, 通 常 习 惯 将 其 分 解 为 若 干 个 小 问 题, 再 一 一 进 行 处 理 例 如, 在 全 国 的 邮 政 通 信 系 统 中, 第 一, 将 全 国 的 邮 政 系 统 划 分 为 各 个 不 同 地 区 的 邮 政 系 统, 这 些 系 统 都 有 相 同 的 层 次, 每 层 都 规 定 了 各 自 的 功 能 ; 第 二, 不 同 系 统 之 间 的 同 等 层 次 具 有 相 同 的 功 能 ; 第 三, 高 层 使 用 低 层 提 供 的 服 务 时, 并 不 需 要 知 道 该 层 的 具 体 实 现 方 法 全 国 邮 政 通 信 系 统 与 计 算 机 网 络 的 通 信 系 统 使 用 的 层 次 化 体 系 结 构 有 很 多 相 似 之 处, 其 实 质 是 对 复 杂 问 题 采 取 的 分 而 治 之 的 模 块 化 的 处 理 方 法 层 次 化 处 理 方 法 可 以 大 大 降 低 问 题 的 处 理 难 度, 因 而 是 网 络 中 研 究 各 种 分 层 模 型 的 主 要 原 因 之 一 所 以, 层 次 概 念 又 是 网 络 体 系 结 构 中 的 重 点 和 基 本 概 念, 需 要 很 好 地 理 解 和 掌 握 (3) 接 口 (interface) 接 口 就 是 同 一 节 点 内, 相 邻 层 之 间 交 换 信 息 的 连 接 点 例 如, 在 邮 政 系 统 中, 邮 筒 ( 或 邮 局 ) 与 发 信 人 之 间 邮 局 信 件 打 包 和 转 运 部 门 转 运 部 门 与 运 输 部 门 之 间, 都 是 双 方 所 规 定 好 的 接 口 由 此 可 知, 同 一 节 点 内 的 各 相 邻 层 之 间 都 应 有 明 确 的 接 口, 高 层 通 过 接 口 向 低 层 提 出 服 务 请 求, 低 层 通 过 接 口 向 高 层 提 供 服 务 (4) 层 次 性 模 型 结 构 (network architecture) 一 个 功 能 完 备 的 计 算 机 网 络 系 统, 需 要 使 用 一 整 套 复 杂 的 协 议 集 对 于 复 杂 系 统 来 说, 由

54 第 一 篇 网 络 技 术 篇 于 采 用 了 层 次 性 结 构, 因 此, 每 层 都 会 包 含 一 个 或 多 个 协 议 为 此, 将 网 络 层 次 性 结 构 模 型 与 各 层 次 协 议 的 集 合 定 义 为 计 算 机 网 络 的 体 系 结 构 (5) 实 体 (entity) 在 网 络 分 层 体 系 结 构 中, 每 一 层 都 由 一 些 实 体 组 成 这 些 实 体 就 是 通 信 时 的 软 件 元 素 ( 如, 进 程 或 子 程 序 ) 或 硬 件 元 素 ( 如, 智 能 的 输 入 / 输 出 芯 片 ) 因 此, 实 体 就 是 通 信 时 能 发 送 和 接 收 信 息 的 具 体 的 软 硬 件 设 施, 例 如, 当 客 户 机 的 用 户 访 问 WWW 服 务 器 时, 使 用 的 实 体 就 是 IE 浏 览 器 ;Web 服 务 器 中 接 受 访 问 的 是 Web 服 务 器 程 序, 这 些 程 序 都 是 执 行 功 能 的 具 体 实 体 (6) 数 据 单 元 (data unit) 在 邮 政 系 统 中, 每 层 处 理 的 邮 包 是 不 同 的, 例 如, 用 户 处 理 的 是 带 有 发 件 人 和 收 件 人 地 址 的 信 件 ( 邮 件 ); 转 运 部 门 处 理 的 是 标 有 地 区 名 称 的 大 邮 包 等 与 邮 政 系 统 类 似 的 是, 在 OSI 参 考 模 型 中 不 同 节 点 内 的 对 等 层 传 送 的 是 相 同 名 称 的 数 据 包 这 种 网 络 中 传 输 的 数 据 包 被 称 为 数 据 单 元 由 于 每 一 个 层 次 完 成 的 功 能 不 同, 处 理 的 数 据 单 元 的 大 小 名 称 和 内 容 也 就 不 相 同, 如, 帧 分 组 报 文 等 此 外, 与 邮 政 系 统 邮 包 标 签 类 似 的 是, 每 一 层 数 据 单 元 的 头 部 都 会 有 该 层 的 地 址 控 制 等 传 递 过 程 需 要 的 信 息 因 此, 数 据 单 元 不 同, 地 址 的 类 型 也 不 相 同, 如 物 理 (MAC) 地 址 IP 地 址 端 口 号 等 2. 网 络 体 系 结 构 的 研 究 意 义 与 划 分 原 则 1974 年, 美 国 IBM 公 司 提 出 了 世 界 上 第 一 个 网 络 体 系 结 构 SNA, 之 后, 凡 是 遵 循 SNA 结 构 的 设 备 就 可 以 方 便 地 进 行 互 联 随 之 而 来 的 是, 各 公 司 纷 纷 推 出 自 己 的 网 络 体 系 结 构, 如 Digital 公 司 的 DNA ARPANet 的 参 考 模 型 ARM 等 这 些 网 络 体 系 结 构 的 共 同 之 处 在 于 都 采 用 了 层 次 技 术, 而 各 层 次 的 划 分 功 能 采 用 的 技 术 术 语 等 却 各 不 相 同 采 用 层 次 化 网 络 体 系 结 构 具 有 以 下 一 些 特 点 : 1 各 层 之 间 相 互 独 立 某 一 高 层 只 需 知 道 如 何 通 过 接 口 ( 界 面 ) 向 下 一 层 提 出 服 务 请 求, 并 使 用 下 层 提 供 的 服 务, 而 不 需 要 了 解 下 层 执 行 时 的 细 节 2 结 构 上 独 立 分 割 由 于 各 层 独 立 划 分, 因 此, 每 层 都 可 以 选 择 最 合 适 的 实 现 技 术 3 灵 活 性 好 如 果 某 一 层 发 生 变 化, 只 要 接 口 的 条 件 不 变 则 以 上 各 层 和 以 下 各 层 的 工 作 均 不 受 影 响, 有 利 于 模 型 的 更 新 和 升 级 例 如, 当 某 一 层 的 服 务 不 再 需 要 时, 可 以 取 消 这 层 提 供 的 服 务 4 易 于 实 现 和 维 护 由 于 整 个 系 统 被 分 割 为 多 个 容 易 实 现 和 维 护 的 小 部 分, 因 此, 使 得 整 个 庞 大 而 复 杂 的 系 统 变 得 容 易 实 现 管 理 和 维 护 5 有 益 于 标 准 化 的 实 现 由 于 每 一 层 都 有 明 确 的 定 义, 即 功 能 和 所 提 供 的 服 务 都 很 明 确, 因 此, 十 分 有 利 于 标 准 化 的 实 施 总 之, 计 算 机 网 络 体 系 结 构 描 述 了 网 络 系 统 各 个 部 分 应 完 成 的 功 能 各 部 分 之 间 的 关 系 以 及 它 们 是 怎 样 联 系 到 一 起 的 网 络 体 系 结 构 划 分 的 基 本 原 则 是 : 把 应 用 程 序 和 网 络 通 信 管 理 程 序 分 开 ; 同 时 又 按 照 信 息 在 网 络 中 传 输 的 过 程, 将 通 信 管 理 程 序 分 为 若 干 个 模 块 ; 把 原 来 专 用 的 通 信 接 口 转 变 为 公 用 的 标 准 化 的 通 信 接 口, 从 而 使 网 络 具 有 了 更 大 的 灵 活 性, 也 使 得 网 络 系 统 的 建 设 改 造 和 扩 建 工 作 更 加 简 化 由 此, 大 大 降 低 了 网 络 系 统 运 行 和 维 护 的 成 本, 提 高 了 网 络 的 性 能

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 55 3.3 OSI 参 考 模 型 国 际 标 准 化 组 织 (International standards organization,iso) 是 世 界 上 最 著 名 的 国 际 标 准 组 织 之 一, 它 主 要 由 美 国 国 家 标 准 组 织 (American national standards institute,ansi) 以 及 其 他 各 国 的 标 准 化 组 织 的 代 表 组 成 ISO 对 网 络 最 主 要 的 贡 献 是 建 立 并 于 1981 年 颁 布 了 开 放 系 统 互 连 参 考 模 型 (open system interconnection reference model/reference Model,OSI/RM), 也 就 是 七 层 网 络 通 信 模 型, 通 常 简 称 为 七 层 模 型 它 的 颁 布 促 使 所 有 的 计 算 机 网 络 走 向 标 准 化, 从 而 具 备 了 开 放 和 互 联 的 条 件 3.3.1 OSI 参 考 模 型 的 层 次 划 分 原 则 与 功 能 1.OSI 参 考 模 型 的 基 本 知 识 OSI/RM 体 系 结 构 模 型 分 为 7 层, 从 上 到 下 依 次 为 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数 据 链 路 层 和 物 理 层, 参 见 图 3-7 图 3-7 OSI/RM 网 络 模 型 的 结 构 示 意 图 2.OSI 参 考 模 型 的 层 次 划 分 原 则 OSI 模 型 将 协 议 组 织 成 为 层 次 结 构, 每 层 都 包 含 一 个 或 几 个 协 议 功 能, 并 且 分 别 对 上 一 层 负 责 具 体 来 说,ISO 的 OSI 模 型 符 合 分 而 治 之 的 原 则, 将 整 个 通 信 功 能 划 分 为 7 个 层 次, 每 一 层 都 对 整 个 网 络 提 供 服 务, 因 此 是 整 个 网 络 的 一 个 有 机 组 成 部 分, 不 同 的 层 次 定 义 了 不 同 的

56 第 一 篇 网 络 技 术 篇 功 能, 划 分 的 原 则 如 下 : 1 网 络 中 各 节 点 都 划 分 为 7 个 相 同 的 层 次 结 构 2 不 同 节 点 的 相 同 层 次 都 有 相 同 的 功 能 3 同 一 节 点 内 各 相 邻 层 次 之 间 通 过 层 间 接 口, 并 按 照 接 口 协 议 进 行 通 信 4 每 一 层 直 接 使 用 下 面 一 层 提 供 的 服 务, 间 接 的 使 用 下 面 所 有 层 的 协 议 5 每 一 层 都 向 上 一 层 提 供 服 务 6 不 同 节 点 之 间 按 同 等 层 的 同 层 协 议 的 规 定, 实 现 对 等 层 之 间 的 通 信 网 络 中 还 有 其 他 体 系 结 构 的 模 型, 其 分 层 数 目 虽 然 各 不 相 同, 如 分 为 4 层 5 层 或 6 层, 但 目 的 都 是 类 似 的, 即 都 能 够 让 各 种 计 算 机 在 共 同 的 网 络 环 境 中 运 行, 并 实 现 彼 此 之 间 的 数 据 通 信 和 交 换 3.OSI 参 考 模 型 的 各 层 的 功 能 下 面 将 依 次 介 绍 OSI 参 考 模 型 每 层 协 议 完 成 的 具 体 功 能 处 理 的 数 据 单 元 以 及 包 头 中 的 地 址 信 息 等 (1) 应 用 层 (application layer) 1 功 能 : 为 了 满 足 用 户 的 需 要, 根 据 进 程 之 间 的 通 信 性 质, 负 责 完 成 各 种 程 序 或 网 络 服 务 的 接 口 工 作, 如 用 户 通 过 Word 程 序 来 获 得 字 处 理 及 文 件 传 输 服 务 2 处 理 的 数 据 单 元 : 报 文 3 处 理 的 地 址 : 进 程 标 识, 即 端 口 号, 如 80 代 表 HTTP 协 议 使 用 的 程 序 代 码 (2) 表 示 层 (presentation layer) 1 功 能 : 保 证 一 个 系 统 应 用 层 发 出 的 信 息 能 够 为 另 一 个 系 统 的 应 用 层 理 解, 即 处 理 节 点 间 或 通 信 系 统 间 信 息 表 示 方 式 方 面 的 问 题, 如, 数 据 格 式 的 转 换 压 缩 与 恢 复, 以 及 加 密 与 解 密 等 2 处 理 的 数 据 单 元 : 报 文 (3) 会 话 层 (session layer) 1 功 能 : 会 话 层 的 主 要 作 用 是 组 织 并 协 调 两 个 应 用 进 程 之 间 的 会 话, 并 管 理 它 们 之 间 的 数 据 交 换 2 会 话 的 含 义 : 一 个 会 话 可 能 是 一 个 用 户 通 过 网 络 登 录 到 服 务 器, 或 在 两 台 主 机 之 间 传 递 文 件 因 此, 简 单 地 说, 会 话 层 的 功 能 就 是 在 不 同 主 机 的 应 用 进 程 之 间 建 立 和 维 持 联 系 会 话 在 开 始 时 可 以 进 行 身 份 的 验 证 确 定 会 话 的 通 信 方 式 建 立 会 话 当 会 话 建 立 后, 其 任 务 就 是 管 理 和 维 持 会 话 会 话 结 束 时, 负 责 断 开 会 话 3 处 理 的 数 据 单 元 : 报 文 (4) 运 输 层 (transport layer) 1 功 能 : 负 责 主 机 中 两 个 进 程 之 间 的 通 信, 即 在 两 个 端 系 统 ( 源 站 和 目 的 站 ) 的 会 话 层 之 间, 建 立 一 条 可 靠 或 不 可 靠 的 运 输 连 接, 以 透 明 的 方 式 传 送 报 文 2 处 理 的 数 据 单 元 : 报 文 段 3 处 理 的 地 址 : 进 程 标 识, 如 TCP 和 UDP 端 口 号 (5) 网 络 层 (network layer) 1 功 能 : 使 用 逻 辑 地 址 (IP 地 址 ) 进 行 寻 址, 通 过 路 由 选 择 算 法 为 数 据 分 组 通 过 通 信 子

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 57 网 选 择 最 适 当 的 路 径, 并 提 供 网 络 互 联 及 拥 塞 控 制 功 能 2 处 理 的 数 据 单 元 : 分 组 ( 又 称 IP 数 据 报 或 数 据 包 ) 3 处 理 的 地 址 : 逻 辑 地 址, 如, 计 算 机 或 路 由 器 端 口 的 IP 地 址 192.168.1.1 (6) 数 据 链 路 层 (data link layer) 1 功 能 : 负 责 在 两 个 相 邻 节 点 间 的 线 路 上, 无 差 错 地 传 送 以 帧 为 单 位 的 数 据 该 层 是 在 物 理 层 服 务 的 基 础 上, 通 过 各 种 控 制 协 议, 将 有 差 错 的 实 际 物 理 信 道 变 为 无 差 错 的 能 可 靠 传 输 数 据 的 数 据 链 路 2 处 理 的 数 据 单 元 : 数 据 帧 3 处 理 的 地 址 : 硬 件 的 物 理 地 址, 如 网 卡 的 MAC 地 址 20-C2-FF-01-0A-0B (7) 物 理 层 (physical layer) 1 功 能 : 为 上 一 层 数 据 链 路 层 提 供 一 个 物 理 连 接 物 理 层 规 定 了 传 输 的 电 平 线 速 和 电 缆 管 脚, 在 介 质 上 传 送 二 进 制 的 比 特 流 这 层 定 义 了 以 下 4 个 规 章 特 性, 用 以 确 定 如 何 使 用 物 理 传 输 介 质 来 实 现 两 个 节 点 间 的 物 理 连 接 机 械 性 能 : 接 口 的 形 状, 几 何 尺 寸 的 大 小, 引 脚 的 数 目 和 排 列 方 式 等 电 气 性 能 : 接 口 规 定 信 号 的 电 压 电 流 阻 抗 波 形 速 率 及 平 衡 特 性 等 工 程 规 范 : 接 口 引 脚 的 意 义 特 性 标 准 工 作 方 式 : 确 定 二 进 制 数 据 位 流 的 传 输 方 式, 如, 单 工 半 双 工 或 全 双 工 2 物 理 层 协 议 美 国 电 子 工 业 协 会 (EIA):RS-232 RS-422 RS-423 和 RS-485 等 国 际 电 报 电 话 咨 询 委 员 会 (CCITT):X.25 和 X.21 等 IEEE 802:802.3 和 802.5 等 局 域 网 的 物 理 层 规 范 3 处 理 的 数 据 : 二 进 制 比 特 信 号, 如, 二 进 制 的 基 带 信 号 或 模 拟 信 号 4 处 理 的 地 址 : 直 接 面 向 物 理 端 口 的 各 个 管 脚, 如 RS-232 的 管 脚 说 明 : 第 一, 物 理 层 直 接 与 物 理 信 道 相 连 接, 因 此 物 理 层 是 7 层 中 唯 一 的 实 连 接 层, 而 其 他 各 层 由 于 都 间 接 地 使 用 到 物 理 层 的 功 能, 因 此 称 为 虚 连 接 层 第 二, 透 明 是 一 个 很 重 要 的 术 语 它 表 示 的 是 某 一 个 实 际 存 在 的 事 物 看 起 来 却 好 像 不 存 在 一 样 例 如, 由 于 计 算 机 网 络 中 有 许 多 物 理 设 备 和 各 种 传 输 介 质, 因 此 物 理 层 对 数 据 链 路 层 的 真 正 作 用 就 是 要 尽 可 能 地 屏 蔽 掉 各 种 媒 体 和 设 备 的 具 体 特 性, 使 得 数 据 链 路 层 感 觉 不 到 其 差 异 的 存 在 这 样, 数 据 链 路 层 就 可 以 只 考 虑 本 层 的 协 议 和 服 务 功 能 第 三,OSI 模 型 仅 仅 是 一 个 定 义 得 非 常 好 的 协 议 规 范 集, 它 是 一 个 理 论 的 指 导 性 模 型 OSI 模 型 仅 仅 说 明 了 每 一 层 应 该 做 什 么, 它 与 实 现 模 型, 如 TCP/IP 模 型 最 大 的 不 同 是 : 其 本 身 并 末 确 切 地 描 述 用 于 各 层 的 具 体 服 务 和 协 议 4.OSI 参 考 模 型 的 各 个 部 分 作 为 网 络 管 理 员 在 处 理 网 络 管 理 中 的 问 题 时, 请 务 必 注 意 不 同 的 部 分 解 决 不 同 的 问 题 (1)OSI 模 型 在 功 能 上 分 为 3 个 部 分 1 第 1 2 层 : 物 理 层 和 数 据 链 路 层 解 决 网 络 信 道 问 题 2 第 3 4 层 : 网 络 层 和 传 输 层 解 决 传 输 问 题

58 第 一 篇 网 络 技 术 篇 3 第 5~7 层 : 会 话 层 表 示 层 和 应 用 层 理 对 应 用 进 程 之 间 的 访 问 问 题 (2)OSI 模 型 从 控 制 上 分 为 两 个 部 分 1 第 1~3 层 : 即 物 理 层 数 据 链 路 层 和 网 络 层 属 于 通 信 子 网, 负 责 处 理 数 据 的 传 输 转 发 交 换 等 通 信 方 面 的 问 题 2 第 4~7 层 : 即 传 输 层 会 话 层 表 示 层 和 应 用 层 属 于 资 源 子 网, 负 责 数 据 的 处 理 网 络 服 务 网 络 资 源 的 访 问 和 服 务 方 面 的 问 题 5. 七 层 模 型 的 小 结 由 于 OSI 是 一 个 理 想 的 模 型, 因 此, 一 般 网 络 系 统 只 涉 及 其 中 的 几 层, 很 少 有 系 统 能 够 包 含 完 整 的 7 层, 并 完 全 遵 循 它 的 规 定 在 七 层 模 型 中, 每 一 层 都 提 供 一 个 特 殊 的 网 络 功 能 从 网 络 整 体 功 能 的 角 度 观 察 总 结 如 下 : 1 下 面 3 层 ( 物 理 层 数 据 链 路 层 网 络 层 ) 主 要 提 供 数 据 传 输 和 交 换 功 能, 即 以 节 点 到 节 点 之 间 的 通 信 为 主, 如, 负 责 数 据 如 何 通 过 传 输 介 质 经 过 网 络 互 联 设 备 到 达 对 方 2 第 4 层 ( 传 输 层 ) 作 为 上 下 两 部 分 的 桥 梁, 是 整 个 网 络 体 系 结 构 中 最 关 键 的 部 分 3 上 3 层 ( 会 话 层 表 示 层 和 应 用 层 ) 为 用 户 提 供 与 应 用 程 序 之 间 的 信 息 访 问 数 据 处 理 的 功 能, 如, 处 理 用 户 与 计 算 机 或 网 络 的 接 口 数 据 的 格 式, 并 访 问 应 用 程 序 在 后 续 章 节 中 还 会 介 绍 其 他 参 考 模 型 ( 协 议 ), 如 TCP/IP 参 考 模 型 IEEE 802( 局 域 网 ) 模 型 X.25( 广 域 网 ) 协 议 等, 并 会 将 它 们 与 OSI 模 型 进 行 比 较, 从 而 使 读 者 进 一 步 理 解 网 络 体 系 结 构 模 型 和 各 种 协 议 的 工 作 原 理 3.3.2 OSI 参 考 模 型 节 点 间 的 数 据 流 在 OSI 环 境 中, 主 机 与 主 机 之 间 通 信 时, 实 际 的 数 据 流 是 如 何 传 递 的 呢? 这 是 理 解 网 络 中 主 机 通 信 的 关 键 内 容 在 网 络 中,OSI 的 七 层 模 型 位 于 主 机 上, 而 网 络 设 备 通 常 只 涉 及 下 面 的 1~3 层 因 此, 根 据 设 计 准 则,OSI 模 型 工 作 时, 主 机 之 间 通 信 有 两 种 情 况, 第 一, 没 有 中 间 设 备 的 主 机 间 的 通 信 ; 第 二, 有 中 间 设 备 的 主 机 间 的 通 信 与 主 机 间 的 通 信 类 似, 当 两 个 网 络 设 备 通 信 时, 每 一 个 设 备 的 同 一 层 同 另 一 个 设 备 的 对 等 层 次 进 行 通 信 1.OSI 参 考 模 型 主 机 节 点 间 通 信 的 数 据 流 不 同 的 主 机 之 间 在 没 有 中 间 节 点 设 备 的 情 况 下 通 信 时, 同 等 层 次 通 过 附 加 到 每 一 层 的 信 息 头 进 行 通 信 主 机 之 间 进 行 数 据 通 信 的 数 据 流 参 见 图 3-8 (1) 发 送 节 点 在 发 送 方 节 点 内 的 上 层 和 下 层 之 间 传 输 数 据 时, 每 经 过 一 层 都 对 数 据 附 加 一 个 信 息 头 部, 即 封 装, 而 该 层 的 功 能 正 是 通 过 这 个 控 制 头 ( 附 加 的 各 种 控 制 信 息,) 来 实 现 的 由 于 每 一 层 都 对 发 送 的 数 据 发 生 作 用, 因 此, 发 送 的 数 据 越 来 越 大, 直 到 构 成 数 据 的 二 进 制 位 流 在 物 理 介 质 上 传 输, 参 见 图 3-8 (2) 接 收 节 点 在 接 收 方 节 点 内, 这 7 层 的 功 能 又 依 次 发 挥 作 用, 并 将 各 自 的 控 制 头 去 掉, 即 拆 封, 同 时 完 成 各 层 相 应 的 功 能, 例 如, 路 由 检 错 传 输 等 在 OSI 参 考 模 型 中, 当 系 统 1 作 为 发 送 节 点, 系 统 2 作 为 接 收 节 点 时, 发 送 节 点 和 接 收 节 点 中 数 据 传 输 的 数 据 流, 如 图 3-8 所 示

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 59 图 3-8 OSI 环 境 中 主 机 节 点 之 间 传 输 的 数 据 流 2.OSI 参 考 模 型 含 有 中 间 节 点 的 通 信 数 据 流 不 同 的 主 机 之 间 在 有 中 间 节 点 ( 网 络 互 联 设 备 ) 的 情 况 下 通 信 时, 主 机 之 间 进 行 数 据 通 信 的 实 际 传 输 的 数 据 流 参 见 图 3-9 图 3-9 OSI 环 境 中 含 有 中 间 节 点 的 主 机 系 统 间 传 输 的 数 据 流

60 第 一 篇 网 络 技 术 篇 各 个 节 点 ( 计 算 机 或 网 络 设 备 ) 在 作 为 发 送 节 点 的 工 作, 仍 然 是 依 次 封 装 ; 在 作 为 接 收 节 点 时 的 工 作, 依 然 是 依 次 拆 封 并 执 行 本 层 的 功 能 3.4 TCP/IP 参 考 模 型 随 着 Internet 技 术 在 世 界 范 围 内 的 迅 猛 发 展,TCP/IP 协 议 得 到 了 广 泛 的 应 用 3.4.1 TCP/IP 参 考 模 型 概 述 1. 模 型 的 名 称 与 制 定 者 (1)TCP/IP 的 名 称 TCP/IP(transmission control protocol/internet protocol) 的 中 文 名 称 是 传 输 控 制 协 议 / 互 联 网 络 协 议 TCP/IP 模 型 是 一 个 协 议 簇, 其 中 包 括 很 多 协 议, 应 用 最 多 的 是 TCP 和 IP, 因 此, 简 称 为 TCP/IP 协 议 (2) 制 定 者 美 国 国 防 部 高 级 研 究 计 划 局 (advanced research projects agency,arpa) 从 20 世 纪 60 年 代 开 始 致 力 于 研 究 不 同 类 型 计 算 机 网 络 之 间 的 互 相 连 接 问 题, 并 成 功 地 开 发 出 著 名 的 TCP/IP 参 考 模 型 2.TCP/IP 参 考 模 型 分 层 TCP/IP 参 考 模 型 由 应 用 层 传 输 层 网 际 层 ( 又 称 IP 层 或 互 联 层 ) 和 网 络 接 口 层 ( 又 称 主 机 - 网 络 层 或 主 机 接 口 层 )4 层 组 成, 参 见 表 3-1 OSI 与 TCP/IP 参 考 模 型 的 分 层 以 及 比 较 可 参 见 表 3-2 虽 然,TCP/IP 不 是 一 个 定 义 完 善 的 协 议 集, 但 是, 它 在 应 用 中 不 断 发 展 和 完 善, 并 广 泛 地 应 用 于 网 络 的 各 个 领 域 表 3-1 TCP/IP 参 考 模 型 与 各 层 协 议 之 间 的 关 系 应 用 层 Telnet FTP SMTP HTTP DNS SNMP TFTP 传 输 层 TCP UDP IP 网 际 层 ARP RARP 网 络 接 口 层 Ethernet Token Ring X.25 其 他 协 议 表 3-2 OSI 与 TCP/IP 标 准 比 较 OSI 模 型 结 构 TCP/IP 模 型 结 构 TCP/IP 模 型 中 的 协 议 群 TCP/IP 模 型 各 层 的 作 用 应 用 层 (application) FTP HTTP HTML POP3 SMTP Telnet SNMP RPC NNTP Ping MIME MIB XML 表 示 层 (presentation) 会 话 层 (session) 应 用 层 向 用 户 提 供 调 用 和 访 问 网 络 中 各 种 应 用 服 务 和 实 用 程 序 的 接 口

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 61 OSI 模 型 结 构 TCP/IP 模 型 结 构 TCP/IP 模 型 中 的 协 议 群 TCP/IP 模 型 各 层 的 作 用 续 表 提 供 端 到 端 的 可 靠 或 不 可 靠 的 传 输 层 (transport) 传 输 层 TCP UDP 网 络 层 (network) 网 际 层 ( 互 联 层 ) IP ARP RARP ICMP 数 据 链 路 层 (data link) 网 络 接 口 层 ( 主 Ethernet FDDI ATM 机 - 网 络 层 ) PPP Token Ring 物 理 层 (physical) 传 输 服 务, 可 以 实 现 流 量 控 制 和 负 载 均 衡 提 供 逻 辑 地 址 和 数 据 的 打 包 ( 分 组 ), 并 负 责 主 机 之 间 分 组 的 路 由 选 择 负 责 数 据 的 分 帧, 管 理 物 理 层 和 数 据 链 路 层 的 设 备, 并 负 责 与 各 种 物 理 网 络 之 间 进 行 数 据 传 输 使 用 MAC 地 址 访 问 传 输 介 质 进 行 错 误 的 检 测 与 修 正 3.4.2 TCP/IP 协 议 簇 TCP/IP 参 考 模 型 虽 然 不 是 ISO 的 标 准, 但 是 由 于 其 应 用 广 泛, 也 是 Internet 上 使 用 的 主 要 标 准 之 一, 因 而 成 为 一 种 事 实 上 的 工 业 标 准 TCP/IP 参 考 模 型 的 分 层 思 想 和 数 据 通 信 的 过 程 都 与 OSI 模 型 十 分 类 似 1. 网 络 接 口 层 TCP/IP 的 最 底 层 是 网 络 接 口 层 该 层 可 以 直 接 兼 容 常 用 的 局 域 网 和 广 域 网 协 议, 因 此, 它 支 持 的 各 种 协 议 有 Ethernet 802.3( 以 太 网 ) Token Ring 802.5( 令 牌 环 ) X.25( 公 用 分 组 交 换 网 ) Frame Reley( 帧 中 继 ) PPP( 点 对 点 ) 等 2. 网 际 层 (Internet) 网 际 层 又 被 称 为 互 联 层 互 联 网 络 层 或 网 间 网 络 层 该 层 与 OSI 模 型 的 网 络 层 相 对 应, 由 于 该 层 中 最 重 要 的 协 议 是 IP 协 议, 因 此, 也 被 称 为 IP 层 网 际 层 主 要 负 责 相 邻 节 点 之 间, 数 据 分 组 的 逻 辑 (IP) 地 址 寻 址 与 路 由 网 际 层 中 包 含 的 主 要 协 议 具 体 功 能 如 下 : 1 网 际 协 议 (Internet protocol,ip): 其 任 务 是 为 IP 数 据 包 进 行 寻 址 和 路 由, 它 使 用 IP 地 址 确 定 收 发 端, 并 将 数 据 包 从 一 个 网 络 转 发 到 另 一 个 网 络 2 网 际 控 制 报 文 协 议 (Internet control message protocol,icmp): 用 于 处 理 路 由 并 协 助 IP 层 实 现 报 文 传 送 的 控 制 机 制, 为 IP 协 议 提 供 差 错 报 告 3 地 址 解 析 协 议 (address resolution protocol,arp): 用 于 完 成 主 机 的 IP(Internet) 地 址 向 物 理 地 址 的 转 换, 这 种 转 换 又 被 称 为 映 射 4 逆 向 地 址 解 析 协 议 (reverse address resolution protocol,rarp): 用 来 完 成 主 机 物 理 地 址 到 IP 地 址 的 转 换 或 映 射 功 能 说 明 : 在 Internet 上, 传 输 的 数 据 单 元 为 数 据 报, 有 时 也 被 称 为 IP 数 据 报 数 据 报 由 首 部 的 报 头 ( 包 含 有 目 的 节 点 源 节 点 的 IP 地 址 ) 和 数 据 区 组 成

62 第 一 篇 网 络 技 术 篇 3. 传 输 层 (transport) 传 输 层 又 称 运 输 层 它 在 IP 层 服 务 的 基 础 之 上, 提 供 端 到 端 的 可 靠 或 不 可 靠 的 通 信 服 务 端 到 端 的 通 信 服 务 通 常 是 指 网 络 节 点 间 应 用 程 序 之 间 的 连 接 服 务 传 输 层 包 含 两 个 主 要 协 议, 它 们 都 是 建 立 在 IP 协 议 基 础 上 的, 其 功 能 如 下 : 1 TCP(transmission control protocol, 传 输 控 制 协 议 ): 是 一 种 面 向 连 接 的 高 可 靠 性 的 提 供 流 量 与 拥 塞 控 制 的 传 输 层 协 议 2 UDP(user datagram protocol, 用 户 数 据 报 协 议 ): 是 一 种 面 向 无 连 接 的 不 可 靠 的 不 提 供 流 量 控 制 的 传 输 层 协 议 3 TCP 或 UDP 端 口 号 (port) 定 义 : 在 一 台 计 算 机 中, 不 同 的 进 程 用 进 程 号 或 进 程 标 识 唯 一 地 标 识 出 来 在 TCP/IP 协 议 簇 中, 这 种 进 程 标 识 符 就 是 端 口 号, 也 被 称 为 进 程 地 址 端 口 号 的 表 示 : 端 口 号 的 长 度 定 义 为 16 位 二 进 制, 其 值 可 以 是 0~65 535 之 间 的 任 意 十 进 制 整 数 全 局 端 口 号 :TCP/IP 为 每 一 种 服 务 器 应 用 程 序 都 分 配 了 确 定 的 全 局 有 效 的 端 口 号, 即 全 局 端 口 号 ( 又 称 默 认 端 口 号 或 公 认 端 口 号 ), 每 个 客 户 进 程 都 知 道 相 应 服 务 器 的 全 局 端 口 号 为 了 避 免 与 其 他 应 用 程 序 混 淆, 默 认 端 口 号 的 值 定 义 在 0~1 023 范 围 内, 例 如,HTTP 使 用 了 TCP 的 80 端 口 号 ;FTP 使 用 了 TCP 的 20 和 21 号 端 口 ;SNMP 使 用 UDP 的 161 号 端 口 等 端 口 号 与 传 输 层 协 议 的 关 联 : 端 口 号 与 使 用 的 TCP 或 UDP 协 议 直 接 相 关,TCP 和 UDP 有 各 自 独 立 的 端 口 号, 其 对 应 的 常 用 全 局 端 口 号 如 表 3-3 和 表 3-4 所 示 表 3-3 TCP 端 口 号 与 服 务 进 程 端 口 号 服 务 进 程 说 明 20 FTP 文 件 传 输 协 议 ( 数 据 连 接 ) 21 FTP 文 件 传 输 协 议 ( 控 制 连 接 ) 23 Telnet 远 程 登 录 或 仿 真 ( 虚 拟 ) 终 端 协 议 25 SMTP 简 单 邮 件 传 输 协 议 53 DNS 域 名 服 务 80 HTTP 超 文 本 传 输 协 议 110 POP 邮 局 协 议 111 RPC 远 程 过 程 调 用 表 3-4 UDP 端 口 号 与 服 务 进 程 端 口 号 服 务 进 程 说 明 53 DNS 域 名 服 务 67 BOOTP 引 导 程 序 协 议, 又 称 自 举 协 议

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 63 端 口 号 服 务 进 程 说 明 续 表 67 DHCP 服 务 器 68 DHCP 客 户 动 态 主 机 配 置 协 议 是 BOOTP 协 议 的 发 展 后 的 协 议 ; 应 答 配 置 动 态 主 机 配 置 协 议 是 BOOTP 协 议 的 发 展 后 的 协 议 ; 广 播 请 求 配 置 69 TFTP 简 单 文 件 传 输 协 议 111 RPC 远 程 过 程 调 用 123 NTP 网 络 时 间 协 议 161 SNMP 简 单 网 络 管 理 协 议 4 套 接 字 (socket): 应 用 程 序 通 过 指 定 计 算 机 的 IP 地 址 服 务 类 型 (TCP 或 UDP) 以 及 应 用 程 序 监 控 的 端 口 来 创 建 套 接 字 套 接 字 中 的 IP 地 址 组 件 可 以 协 助 标 识 和 定 位 目 标 计 算 机, 而 其 中 的 端 口 则 决 定 数 据 所 要 送 达 的 具 体 应 用 程 序 定 义 : 套 接 字 是 IP 地 址 和 TCP 端 口 或 UDP 端 口 的 组 合,Socket 地 址 又 称 套 接 字 或 插 口, 它 是 应 用 子 程 序 连 接 的 标 识, 也 是 传 输 层 的 一 种 地 址 组 成 : 套 接 字 由 IP 地 址 (32 位 ) 和 端 口 号 (16 位 ), 总 共 48 位 二 进 制 组 成 应 用 : 有 了 编 程 套 接 字 的 信 息, 网 络 通 信 的 编 程 才 能 实 现 例 如 : TCP/UDP+IP+PORT TCP/UDP+IP+PORT 源 主 机 目 的 主 机 其 中, TCP/UDP+IP+PORT 分 别 表 示 了 服 务 协 议 + 计 算 机 + 应 用 程 序 4. 应 用 层 (application) TCP/IP 模 型 的 应 用 层 与 OSI 模 型 的 上 3 层 相 对 应 应 用 层 向 用 户 提 供 调 用 和 访 问 网 络 中 各 种 应 用 程 序 的 接 口, 并 向 用 户 提 供 各 种 标 准 的 应 用 程 序 及 相 应 的 协 议, 用 户 也 可 以 根 据 需 要 自 行 编 制 应 用 程 序 应 用 层 的 协 议 很 多, 常 用 的 有 下 几 类 : (1) 依 赖 于 TCP 协 议 的 应 用 层 协 议 1 Telnet: 远 程 终 端 服 务, 也 称 为 网 络 虚 拟 终 端 协 议 它 使 用 默 认 端 口 23, 用 于 实 现 Internet 或 互 联 网 络 中 的 远 程 登 录 功 能 它 允 许 一 台 主 机 上 的 用 户 登 录 到 另 一 台 远 程 主 机, 并 在 该 主 机 上 进 行 工 作, 用 户 所 在 主 机 仿 佛 是 远 程 主 机 上 的 一 个 终 端 2 超 文 本 传 输 协 议 (hypertext transfer protocol,http): 使 用 默 认 端 口 80, 用 于 WWW 服 务, 实 现 用 户 与 WWW 服 务 器 之 间 的 超 文 本 数 据 传 输 功 能 3 简 单 邮 件 传 输 协 议 (simple mail transfer protocol,smtp): 使 用 默 认 端 口 25 该 协 议 定 义 了 电 子 邮 件 的 格 式 以 及 传 输 邮 件 的 标 准 在 Internet 中, 电 子 邮 件 的 传 递 是 依 靠 SMTP 进 行 的, 即 服 务 器 之 间 的 邮 件 的 传 送 主 要 由 SMTP 负 责 当 用 户 主 机 发 送 电 子 邮 件 时, 首 先 使 用 SMTP 协 议 将 邮 件 发 送 到 本 地 的 SMTP 服 务 器 上, 该 服 务 器 再 将 邮 件 发 送 到 Internet 上 因 此, 用 户 计 算 机 上 需 要 填 写 SMTP 服 务 器 的 域 名 或 IP 地 址, 例 如, 新 浪 网 为 smtp.vip.sina.com

64 第 一 篇 网 络 技 术 篇 4 邮 件 代 理 协 议 (post office protocol,pop3), 由 于 目 前 的 版 本 为 POP 第 三 版, 因 此 又 称 POP3 POP3 协 议 主 要 负 责 接 收 邮 件, 当 用 户 计 算 机 与 邮 件 服 务 器 连 通 时, 它 负 责 将 电 子 邮 件 服 务 器 邮 箱 中 的 邮 件 直 接 传 递 到 用 户 的 本 地 计 算 机 上 因 此, 用 户 计 算 机 上 需 要 填 写 POP3 服 务 器 的 域 名 或 IP 地 址, 例 如, 新 浪 网 为 pop3.vip.sina.com 5 文 件 传 输 协 议 (file transfer protocol,ftp): 使 用 默 认 端 口 20/21 用 于 实 现 Internet 中 交 互 式 文 件 传 输 的 功 能 FTP 为 文 件 的 传 输 提 供 了 途 径, 它 允 许 将 数 据 从 一 台 主 机 上 传 输 到 另 一 台 主 机 上, 也 可 以 从 FTP 服 务 器 上 下 载 文 件, 或 者 是 向 FTP 服 务 器 上 传 文 件 (2) 依 赖 于 无 连 接 的 UDP 协 议 的 应 用 层 协 议 1 简 单 网 络 管 理 协 议 (simple network management protocol,snmp): 使 用 默 认 端 口 161, 用 于 管 理 与 监 控 网 络 设 备 2 TFTP: 简 单 文 件 传 输 协 议, 使 用 默 认 端 口 69, 提 供 单 纯 的 文 件 传 输 服 务 功 能 3 RPC: 远 程 过 程 调 用 协 议, 使 用 默 认 端 口 111, 实 现 远 程 过 程 的 调 用 功 能 (3) 既 依 赖 于 TCP 也 依 赖 于 UDP 协 议 的 应 用 层 协 议 1 域 名 系 统 (domain name system,dns): 服 务 协 议 使 用 默 认 端 口 53, 用 于 实 现 网 络 设 备 名 字 到 IP 地 址 映 射 的 网 络 服 务 功 能 2 CMOT: 通 用 管 理 信 息 协 议 (4) 非 标 准 化 协 议 非 标 准 化 协 议 是 属 于 用 户 自 己 开 发 的 专 用 应 用 程 序, 它 们 建 立 在 TCP/IP 协 议 簇 基 础 之 上, 但 并 非 标 准 化 的 程 序 例 如,Windows sockets API 为 使 用 TCP 和 UDP 的 软 件 提 供 了 Microsoft Windows 下 的 标 准 应 用 程 序 接 口, 在 Windows sockets API 上 的 应 用 软 件 可 以 在 TCP/IP 的 许 多 版 本 上 运 行 3.5 TCP/IP 协 议 的 基 本 参 数 Internet 正 是 通 过 TCP/IP 协 议 和 网 络 互 联 设 备 将 分 布 在 世 界 各 地 的 各 种 规 模 的 网 络 计 算 机 互 联 在 一 起 为 了 彼 此 识 别, 网 络 中 的 每 个 节 点 每 台 主 机 都 需 要 有 地 址, 这 个 地 址 就 是 Internet 地 址, 即 IP 地 址 当 前 使 用 的 IP 地 址 是 IPv4 版, 未 来 发 展 的 趋 势 是 使 用 IPv6 版 的 IP 地 址 本 节 将 介 绍 与 IPv4 版 地 址 有 关 的 知 识 与 概 念 3.5.1 IPv4 编 址 技 术 在 TCP/IP 网 络 中, 每 个 节 点 ( 计 算 机 或 设 备 ) 都 有 唯 一 的 IP 地 址 根 据 其 IP 地 址, 可 以 找 到 这 台 计 算 机 所 在 网 络 的 编 号, 以 及 该 计 算 机 在 该 网 络 上 的 主 机 编 号 1.IP 地 址 的 表 示 每 个 IP 地 址 由 32 位 二 进 制 位 组 成,IP 地 址 分 为 4 个 部 分, 每 部 分 的 8 位 二 进 制 使 用 十 进 制 数 字 表 示 表 示 时 用. 分 隔, 一 般 表 示 为 W.X.Y.Z 形 式, 因 此, 被 称 为 点 分 十 进 制 表 示, 如,128.64.32.8

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 65 2.IP 地 址 的 结 构 每 个 IP 地 址 由 两 部 分 组 成, 其 两 层 地 址 结 构 如 图 3-10 所 示, 这 两 部 分 被 称 为 网 络 地 址 和 主 机 地 址 地 址 类 别 LB 网 络 地 址 主 机 地 址 图 3-10 TCP/IP 网 络 中 IP 地 址 的 结 构 (1) 网 络 地 址 网 络 地 址 用 于 区 分 网 络 类 型, 同 一 网 络 中 所 有 TCP/IP 主 机 的 网 络 地 址 都 相 同 网 络 地 址 有 时 还 被 称 为 网 络 编 号 网 络 ID 或 网 络 标 识 (2) 主 机 地 址 主 机 地 址 用 于 区 分 同 一 网 络 中 的 主 机, 有 时 也 被 称 为 主 机 编 号 主 机 ID 或 主 机 标 识 3.IP 地 址 的 划 分 在 网 络 中, 每 台 运 行 TCP/IP 协 议 主 机 或 设 备 的 IP 地 址 必 须 唯 一, 否 则 就 会 发 生 IP 地 址 冲 突, 导 致 计 算 机 ( 设 备 ) 之 间 不 能 正 常 的 通 信 根 据 网 络 规 模,Internet 委 员 会 定 义 了 5 种 标 准 的 IP 地 址 类 型, 以 适 应 各 种 不 同 规 模 的 网 络 在 局 域 网 中, 目 前 仍 沿 用 这 个 分 类 方 法 这 5 种 IP 地 址 的 分 类 结 构 参 见 图 3-11 图 3-11 IP 地 址 的 分 类 结 构 (1)A 类 地 址 A 类 地 址 分 配 给 拥 有 大 量 主 机 的 网 络 A 类 地 址 W 字 段 内 高 端 的 第 1 位 为 LB, 其 值 定 为 0, 与 接 下 来 的 7 位 共 同 表 示 网 络 地 址 ; 其 剩 余 的 24 位 ( 即 X Y Z 字 段 ) 表 示 主 机 地 址 因 此, 总 共 有 126 个 A 类 网 络 ; 每 个 A 类 网 络 中 有 2 24 2 个 主 机,A 类 地 址 的 范 围 是 1.0.0.0~ 126.255.255.255 (2)B 类 地 址 B 类 地 址 一 般 分 配 给 中 等 规 模 的 网 络 B 类 地 址 W 字 段 内 高 端 的 前 2 位 为 LB, 其 值 定 为 10, 与 接 下 来 的 14 位 共 同 表 示 网 络 地 址 ; 其 余 的 16 位 ( 即 Y Z 字 段 ) 表 示 主 机 地 址

66 第 一 篇 网 络 技 术 篇 因 此, 总 共 有 16 384(2 14 ) 个 B 类 网 络 ; 每 个 B 类 网 络 中 有 2 16 2 个 主 机,B 类 地 址 的 范 围 是 128.0.0.0~191.255.255.255 (3)C 类 地 址 C 类 地 址 一 般 分 配 给 小 规 模 的 网 络 C 类 地 址 W 字 段 内 高 端 的 前 3 位 为 LB, 其 值 定 为 110, 与 接 下 来 的 21 位 共 同 表 示 网 络 地 址 ; 其 余 的 8 位 ( 即 Z 字 段 ) 表 示 C 类 网 络 的 主 机 地 址 因 此, 总 共 有 2 21 个,C 类 网 络 每 个 C 类 网 络 中 有 254 个 主 机 C 类 地 址 的 范 围 是 192.0.0.0~223.255.255.255 综 上 所 述,IP 地 址 的 类 型 不 但 定 义 了 网 络 地 址 和 主 机 地 址 应 该 使 用 的 位, 还 定 义 了 每 类 网 络 允 许 的 最 大 网 络 数 目 以 及 每 类 网 络 中 可 以 包 含 的 最 大 主 机 ( 互 联 设 备 ) 的 数 目 (4)D 类 地 址 D 类 地 址 W 字 段 内 的 高 端 的 前 4 位 为 LB, 其 值 定 为 1110 D 类 地 址 用 于 多 播, 所 谓 多 播 就 是 把 数 据 同 时 发 送 给 一 组 主 机, 只 有 那 些 登 记 过 可 以 接 收 多 播 地 址 的 主 机 才 能 接 收 多 播 数 据 包 D 类 地 址 的 范 围 是 224.0.0.0~239.255.255.255 (5)E 类 地 址 E 类 地 址 W 字 段 内 的 高 端 的 前 5 位 为 LB, 其 值 定 为 11110 E 类 地 址 是 为 将 来 预 留 的, 也 可 以 作 为 实 验 地 址, 但 是 不 能 分 配 给 主 机 ( 互 联 设 备 ) 使 用 D 类 地 址 的 范 围 是 240.0.0.0~ 247.255.255.255 说 明 : 表 3-5 表 3-6 表 明 了 A B C 类 IP 地 址 的 定 义 网 络 地 址 和 主 机 编 号 字 段 的 取 值 范 围 在 Internet 中, 标 准 IP 地 址 的 使 用 和 分 配 由 专 门 机 构 管 理, 但 局 域 网 中 却 不 必 受 这 些 规 定 的 约 束 表 3-5 网 络 类 别 网 络 地 址 和 主 机 编 号 字 段 的 取 值 范 围 网 络 类 别 IP 地 址 网 络 地 址 主 机 编 号 网 络 地 址 中 W 的 取 值 范 围 IP 节 点 近 似 个 数 A W.X.Y.Z W X.Y.Z 1~126 1 700 万 左 右 B W.X.Y.Z W.X Y.Z 128~191 65 000 C W.X.Y.Z W.X.Y Z 192~223 254 表 3-6 归 纳 了 A B C 三 类 网 络 IP 地 址 W 段 的 取 值 范 围 网 络 个 数 及 主 机 个 数 表 3-6 A B C 三 类 网 络 的 特 性 参 数 取 值 范 围 网 络 类 别 网 络 地 址 (W) 的 取 值 范 围 网 络 个 数 ( 近 似 值 ) IP 节 点 个 数 A 1.X.Y.Z~126.X.Y.Z 126(2 7 2) 2 24 2 B 128.X.Y.Z~191.X.Y.Z 16 384(2 14 ) 2 16 2 C 192.X.Y.Z~223.X.Y.Z 大 约 200 万 个 (2 21 ) 2 8 2 4. 特 殊 IP 地 址 及 其 使 用 (1) 本 网 地 址 将 IP 地 址 中 主 机 地 址 各 位 全 为 0 的 IP 地 址 叫 做 本 网 地 址, 也 被 称 为 0 地 址 这 个

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 67 地 址 用 来 表 示 本 地 网 络, 如, 用 128.16.0.0 表 示 128.16 这 个 B 类 网 络 (2) 直 接 广 播 地 址 (directed brordcasting) 将 主 机 号 各 位 全 为 1 的 IP 地 址 称 为 直 接 广 播 地 址 该 地 址 主 要 用 于 广 播, 在 使 用 时 用 来 代 表 该 网 络 中 的 所 有 主 机, 例 如,200.200.200.0 是 一 个 C 类 的 网 络 IP 地 址, 该 网 络 的 直 接 广 播 地 址 就 是 200.200.200.255, 当 该 网 络 中 的 某 台 主 机 需 要 发 送 广 播 时, 就 可 以 使 用 这 个 地 址 向 该 网 络 上 的 所 有 主 机 发 送 报 文 (3) 有 限 广 播 地 址 (limiting brordcasting) TCP/IP 协 议 规 定,32 位 全 为 1 的 IP 地 址 (255.255.255.255) 为 受 限 广 播 地 址, 这 个 地 址 主 要 用 来 进 行 本 网 广 播 当 需 要 在 本 网 内 广 播, 又 不 知 道 本 网 的 网 络 号 时, 即 可 使 用 受 限 广 播 地 址 (4) 回 送 地 址 IP 地 址 中 以 127 开 始 的 IP 地 址 作 为 保 留 地 址, 被 称 为 回 送 地 址 回 送 地 址 用 于 网 络 软 件 的 测 试 以 及 本 地 进 程 的 通 信 顾 名 思 义, 任 何 程 序 一 旦 接 到 使 用 了 回 送 地 址 为 目 的 地 址, 则 该 程 序 将 不 再 转 发 数 据, 而 是 将 其 立 即 回 送 给 源 地 址 例 如, 使 用 ping 127.0.0.1 可 以 通 过 ping 命 令 测 试 本 地 网 卡 进 程 之 间 的 通 信 3.5.2 IP 地 址 的 使 用 IP 地 址 是 Internet 中 使 用 的 一 种 地 址 访 问 时, 用 户 可 以 使 用 IP 地 址 来 访 问 Internet 的 各 种 资 源 此 外,IP 地 址 也 是 Intranet 和 普 通 局 域 网 中 使 用 最 为 广 泛 的 一 种 逻 辑 地 址 1.IP 地 址 中 网 络 地 址 的 使 用 规 则 无 论 在 Internet 还 是 在 局 域 网 上, 分 配 和 使 用 网 络 地 址 ( 网 络 ID) 时, 其 取 值 范 围 可 参 见 表 3-3, 此 外, 给 网 络 节 点 ( 计 算 机 或 网 络 设 备 ) 分 配 IP 地 址 时 还 应 遵 循 以 下 规 则 : 1 网 络 地 址 必 须 唯 一 2 网 络 地 址 的 各 位 不 能 全 为 0, 如 果 全 为 0 就 表 示 信 息 发 送 到 本 网 络 中 网 络 编 号 指 定 的 主 机 例 如, 当 主 机 或 路 由 器 发 送 信 息 的 源 地 址 为 200.200.200.1, 目 的 地 址 为 0.0.0.2 时, 表 示 将 信 息 包 发 送 到 这 个 网 络 的 2 号 主 机 上 3 网 络 地 址 字 段 的 各 位 不 能 全 为 1 4 网 络 地 址 不 能 以 127 开 头 因 为 127 开 头 的 IP 地 址 保 留 给 诊 断 用 的 回 送 函 数 使 用 127.0.0.1 被 称 为 环 回 地 址, 该 地 址 代 表 本 地 主 机 (loacal host) 的 IP 地 址, 用 于 测 试 因 此, 该 地 址 以 及 127 开 头 的 IP 地 址 不 能 分 配 给 网 络 上 的 任 何 计 算 机 使 用 5 IP 地 址 的 32 位 全 为 1, 即 配 置 的 IP 地 址 为 255.255.255.255, 这 个 地 址 被 称 为 受 限 广 播 地 址, 发 送 到 该 地 址 的 数 据 包 会 发 送 给 本 地 物 理 网 络 中 的 所 有 主 机 2.IP 地 址 中 主 机 地 址 的 使 用 规 则 1 在 网 络 地 址 相 同 时, 主 机 地 址 ( 编 号 ) 必 须 唯 一 2 主 机 编 号 的 各 位 不 能 全 为 0 在 Internet 或 Intranet 中, 每 个 网 络 都 有 一 个 IP 地 址, 这 就 是 每 个 网 络 中 主 机 号 各 位 全 0 的 IP 地 址, 如 200.200.200.0 或 13.2.0.0 3 主 机 编 号 的 各 位 不 能 全 为 1, 主 机 号 全 为 1 的 地 址 被 称 为 直 接 广 播 地 址 当 需 要

68 第 一 篇 网 络 技 术 篇 将 数 据 包 发 送 ( 广 播 ) 到 指 定 网 络 上 的 所 有 主 机 时, 才 使 用 这 个 地 址 这 种 情 况 下, 各 路 由 器 均 不 转 发 这 个 信 息 包 例 如, 当 某 台 主 机 使 用 的 目 的 地 址 为 200.200.200.255 时, 表 示 这 个 信 息 将 直 接 广 播 发 送 给 200.200.200.0 网 络 中 的 所 有 主 机 3. 私 有 地 址 和 公 有 地 址 允 许 在 Internet 中 使 用 的 IP 地 址 为 公 有 地 址, 仅 在 局 域 网 中 使 用 的 IP 地 址 为 私 有 地 址 (1) 公 有 地 址 为 了 确 保 IP 地 址 的 唯 一 性, 在 Internet( 公 网 ) 中 使 用 IP 地 址 前, 必 须 到 指 定 的 机 构 ( 即 InterNIC,Internet 网 络 信 息 中 心 ) 去 申 请 申 请 到 的 通 常 是 网 络 地 址, 其 中 主 机 地 址 由 该 网 络 的 管 理 员 分 配 因 此, 将 可 以 在 Internet 中 使 用 的 IP 地 址 称 为 公 有 地 址, 将 Internet 称 为 共 有 网 络 (2) 私 有 地 址 与 公 有 地 址 对 应 的 是 在 Internet 上 无 效 且 只 能 在 内 部 网 络 中 使 用 的 地 址, 通 常 称 其 为 私 有 地 址 ; 使 用 私 有 地 址 的 网 络 又 被 称 为 私 有 网 络 私 有 网 络 中 的 主 机 只 能 在 私 有 网 络 的 内 部 进 行 通 信, 而 不 能 与 Internet 上 的 其 他 网 络 或 主 机 进 行 互 联 但 是, 私 有 网 络 中 的 主 机 可 以 通 过 路 由 器 或 代 理 服 务 器 与 Internet 上 的 主 机 通 信 在 私 有 网 络 实 现 地 址 转 换 服 务 的 是 NAT 服 务 器, 它 可 以 提 供 私 有 地 址 与 公 有 地 址 之 间 的 转 换 通 过 这 种 方 式, 私 有 网 络 中 的 主 机 既 可 以 访 问 公 网 上 的 主 机, 也 可 以 有 效 地 保 证 私 有 网 络 的 安 全 InterNIC 在 IP 地 址 中 专 门 保 留 了 3 个 区 域 作 为 私 有 地 址, 这 些 地 址 的 范 围 如 下 : 1 10.0.0.0/8:10.0.0.0~10.255.255.255,8 表 示 32 位 二 进 制 中 的 前 8 位 是 网 络 地 址 2 172.16.0.0/12:172.16.0.0~172.31.255.255,12 表 示 32 位 中 的 前 12 位 是 网 络 地 址 3 200.200.200.0/16:200.200.200.0~192.168.255.255,16 表 示 32 位 中 的 前 16 位 是 网 络 地 址 4.IP 地 址 的 分 配 和 使 用 的 基 本 原 则 在 分 配 和 使 用 IP 地 址 时 应 遵 循 如 下 一 些 原 则 : 1 同 一 个 网 络 内 的 所 有 主 机 应 当 分 配 相 同 的 网 络 地 址, 而 同 一 个 网 络 内 的 所 有 主 机 必 须 分 配 不 同 的 主 机 编 号 例 如,B 类 网 络 132.112.0.0 中 的 A 主 机 和 B 主 机 分 别 使 用 的 IP 地 址 为 132.112.0.1 和 132.112.0.2 2 不 同 网 络 内 的 主 机 必 须 分 配 不 相 同 的 网 络 地 址, 但 是 可 以 分 配 相 同 的 主 机 编 号 例 如, 不 同 网 络 132.112.0.0 和 152.112.0.0 中 的 A 主 机 和 X 主 机, 分 别 使 用 了 132.112.0.1 和 152.112.0.1 在 私 有 网 络 中, 仅 使 用 IP 地 址 是 无 法 区 分 网 络 地 址 和 主 机 编 号 的 因 此,IP 地 址 必 须 结 合 子 网 掩 码 一 起 使 用 例 如, 在 局 域 网 中 的 IP 地 址 132.112.0.1, 可 以 认 为 其 网 络 地 址 为 132, 也 可 以 认 为 是 132.112 ; 而 在 Internet 上 其 网 络 地 址 只 能 是 132.112 3.5.3 TCP/IP 协 议 的 基 本 参 数 在 配 置 TCP/IP 协 议 时, 一 共 有 3 个 重 要 参 数 :IP 地 址 子 网 掩 码 和 默 认 网 关 1. 子 网 掩 码 (subnet masks) (1) 什 么 是 子 网 掩 码 在 TCP/IP 网 络 中, 每 一 台 主 机 和 路 由 器 至 少 都 会 配 置 IP 地 址 和 子 网 掩 码 两 个 参 数 子 网 掩 码 是 由 前 面 连 续 的 1 和 后 面 连 续 的 0 组 成, 总 共 使 用 32 位 二 进 制 来 表 示

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 69 子 网 掩 码 中 1 所 对 应 的 IP 地 址 部 分 是 网 络 地 址 ; 而 0 所 对 应 的 部 分 是 主 机 地 址 如, 某 A 类 网 络 中 某 主 机 的 IP 地 址 为 64.128.8.1, 其 子 网 掩 码 为 255.0.0.0, 因 此, 可 以 区 分 出 该 IP 地 址 中 的 网 络 地 址 的 位 数 为 8, 其 值 为 64; 而 主 机 编 号 的 位 数 为 24, 其 值 为 128.8.1 (2) 默 认 子 网 掩 码 的 类 型 在 没 有 划 分 子 网 的 TCP/IP 网 络 中 使 用 的 是 默 认 子 网 掩 码 不 同 类 型 的 网 络 的 默 认 子 网 掩 码 的 值 是 不 同 的, 表 3-7 给 出 了 各 类 网 络 所 使 用 的 默 认 子 网 掩 码 表 3-7 各 类 网 络 默 认 的 子 网 掩 码 网 络 类 别 子 网 掩 码 ( 以 二 进 制 位 表 示 ) 子 网 掩 码 ( 以 十 进 制 表 示 ) A 11111111.00000000.00000000.00000000 255.0.0.0 B 11111111.11111111.00000000.00000000 255.255.0.0 C 11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0 (3) 子 网 掩 码 的 两 个 功 能 1 区 分 IP 地 址 的 网 络 编 号 与 主 机 编 号 : 在 主 机 之 间 通 信 时, 计 算 机 会 自 动 将 目 的 主 机 的 IP 地 址 ( 二 进 制 表 示 ) 与 子 网 掩 码 ( 二 进 制 表 示 ) 按 位 进 行 与 运 算 这 样 通 过 屏 蔽 IP 地 址 中 的 一 部 分, 可 区 分 出 IP 地 址 中 的 网 络 号 和 主 机 号 同 时, 还 可 以 进 一 步 区 分 出 目 的 主 机 是 在 本 地 网 络 上, 还 是 在 远 程 网 络 上 示 例 1: 源 主 机 64.128.8.1 向 目 的 主 机 64.128.8.2 发 送 信 息 包 : 第 一 步 : 将 源 主 机 IP 地 址 和 子 网 掩 码 转 换 为 二 进 制, 并 进 行 与 运 算, 结 果 如 下 ; 64.128.8.1 0100000 10000000 0001000 00000001 255.0.0.0 1111111 00000000 0000000 00000000 按 位 与 运 算 01000000 00000000 0000000 00000000 源 网 络 IP 地 址 十 进 制 表 示 64.0.0.0 第 二 步 : 将 目 的 主 机 的 IP 地 址 及 源 主 机 的 子 网 掩 码 转 换 为 二 进 制, 并 进 行 与 运 算, 结 果 如 下 : 64.128.8.2 0100000 10000000 0001000 00000001 255.0.0.0 1111111 00000000 0000000 00000000 按 位 与 运 算 01000000 00000000 0000000 00000000 目 的 网 络 IP 地 址 十 进 制 表 示 64.0.0.0 第 三 步 : 由 运 算 结 果 可 知, 目 的 网 络 和 源 网 络 的 网 络 地 址 是 相 同 的 ; 因 此, 判 断 出 这 两 台 主 机 位 于 同 一 个 网 段 ; 可 以 将 数 据 包 转 接 发 送 给 目 的 主 机 2 用 于 划 分 子 网 : 子 网 掩 码 的 另 一 个 重 要 功 能 是 划 分 子 网 2. 默 认 网 关 或 IP 路 由 (default gateway 或 IP router) 在 两 台 主 机 间 进 行 通 信 时, 有 些 人 可 能 认 为 只 要 知 道 对 方 的 IP 地 址 就 可 以 进 行 通 信 了 ; 但 实 际 上, 在 两 台 计 算 机 之 间 存 在 的 通 信 路 径 可 能 有 很 多 条 因 此, 两 台 计 算 机 通 信 时, 必 须 先

70 第 一 篇 网 络 技 术 篇 判 断 彼 此 是 否 在 同 一 个 网 络 上 如 果 是, 就 直 接 进 行 通 信 ; 否 则, 就 转 发 到 本 网 络 的 出 口, 即 默 认 网 关 地 址 默 认 网 关 又 称 IP 路 由 简 单 地 说, 默 认 网 关 就 是 通 向 远 程 网 络 的 接 口 在 局 域 网 的 子 网 之 间 进 行 通 信 时, 各 子 网 的 主 机 也 是 通 过 默 认 网 关 将 数 据 发 送 到 目 的 主 机 的, 默 认 网 关 的 设 备 通 常 是 路 由 器 第 三 层 交 换 机 或 代 理 服 务 器 默 认 网 关 负 责 对 非 本 网 段 的 数 据 包 进 行 处 理, 并 转 发 到 目 的 网 络 上 由 于 默 认 网 关 是 发 送 给 远 程 网 络 ( 目 的 主 机 ) 信 息 包 的 地 方, 因 此, 在 配 置 TCP/IP 时 若 没 有 指 明 默 认 网 关, 则 通 信 仅 局 限 于 本 地 网 络 综 上 所 述, 当 TCP/IP 主 机 在 不 同 网 络 ( 包 含 子 网 段 ) 之 间 通 信 时, 至 少 应 当 配 置 IP 地 址 子 网 掩 码 和 默 认 网 关 3 个 参 数 通 过 IP 地 址 和 子 网 掩 码 可 以 区 分 出 目 的 主 机 是 位 于 本 地 子 网 还 是 远 程 网 ; 而 默 认 网 关 地 址 指 明 了 转 发 数 据 的 出 口 地 址 这 个 出 口 可 以 是 路 由 器, 也 可 以 是 加 装 了 代 理 服 务 器 软 件 的 计 算 机 同 一 个 网 络 段 的 计 算 机 之 间 可 以 直 接 通 信 不 同 网 络 段 中 的 计 算 机 通 信 时, 则 需 要 使 用 默 认 网 关 设 备 转 发 数 据 示 例 2: 源 主 机 64.128.8.1 向 目 的 主 机 68.128.8.2 发 送 信 息 : 第 一 步 : 将 源 主 机 IP 地 址 和 子 网 掩 码 转 换 为 二 进 制, 并 进 行 与 运 算, 结 果 如 下 ; 64.128.8.1 01000000 10000000 00001000 00000001 255.0.0.0 11111111 00000000 00000000 00000000 按 位 与 运 算 01000000 00000000 00000000 00000000 源 网 络 IP 地 址 十 进 制 表 示 64.0.0.0 第 二 步 : 将 目 的 主 机 的 IP 地 址, 及 源 主 机 的 子 网 掩 码 转 换 为 二 进 制, 并 进 行 与 运 算, 结 果 如 下 : 68.128.8.2 01000100 10000000 00001000 00000001 255.0.0.0 11111111 00000000 00000000 00000000 按 位 与 运 算 10000100 00000000 0000000 00000000 目 的 网 络 地 址 十 进 制 表 示 68.0.0.0 第 三 步 : 由 运 算 结 果 可 知, 目 的 网 络 与 源 网 络 的 网 络 地 址 不 相 同 ; 因 此, 可 以 判 断 这 两 台 主 机 不 在 同 一 个 网 段, 应 当 先 将 数 据 包 发 送 到 默 认 网 关 指 出 的 主 机 或 设 备 处, 再 由 默 认 网 关 处 的 主 机 或 设 备 转 发 到 远 程 主 机 3.5.4 划 分 子 网 子 网 掩 码 的 另 一 个 重 要 功 能 是 划 分 子 网 那 么 为 什 么 要 划 分 子 网 呢? 划 分 子 网 的 基 本 思 路 是 什 么? 应 当 如 何 划 分 子 网 呢? 1. 子 网 和 超 网 基 于 人 们 对 网 络 性 能 安 全 和 管 理 方 面 的 考 虑, 人 们 常 常 把 一 个 较 大 的 网 络 分 成 多 个 较 小 的 物 理 网 络, 并 通 过 路 由 器 或 第 三 层 交 换 机 将 多 个 子 网 连 接 起 来 由 于 每 个 小 的 物 理 网 络 使 用

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 71 了 不 同 的 网 络 编 号, 因 此 将 这 样 的 小 网 络 称 为 子 网 子 网 技 术 都 可 以 提 高 IP 地 址 资 源 利 用 率 网 络 层 设 备 的 工 作 效 率 以 及 网 络 的 安 全 性 和 可 管 理 性 等 子 网 的 类 型 有 IP 子 网 超 网 和 VLAN 子 网 等 (1)IP 子 网 (subnet) 子 网 技 术 就 是 将 一 个 大 网 络 划 分 成 几 个 较 小 网 络 的 技 术 子 网 是 多 网 络 环 境 中 的 一 个 网 络 将 网 络 分 解 成 多 个 子 网 时, 要 求 各 子 网 使 用 不 同 的 子 网 编 号 划 分 后 每 个 小 网 络 都 拥 有 其 自 己 的 子 网 IP 地 址 (2) 超 网 (supernet) 由 于 Internet 迅 猛 发 展, 网 络 中 的 主 机 数 目 剧 增,IPv4 中 的 地 址 已 消 耗 殆 尽 为 了 解 决 这 个 问 题,Internet 信 息 管 理 中 心 设 计 了 超 网 的 管 理 方 法 超 网 就 是 将 一 个 单 位 所 属 的 多 个 同 类 型 的 网 络 地 址 ( 大 多 是 C 类 地 址 ) 合 并 为 一 个 更 大 地 址 范 围 的 逻 辑 网 络 这 样 既 可 以 满 足 用 户 的 需 求, 又 避 免 了 IP 地 址 的 浪 费 例 如, 某 单 位 网 络 仅 有 2 000 个 主 机, 如 果 给 它 分 配 一 个 B 类 地 址 ( 每 个 B 类 网 络 容 纳 2 16 2=65 534 台 主 机 ) 显 然 会 造 成 巨 大 的 浪 费, 而 分 给 它 一 个 C 类 地 址 又 无 法 满 足 它 的 需 求 因 此, 可 以 给 它 分 配 8 个 C 类 网 络 的 地 址, 由 于 每 个 C 类 网 络 最 多 容 纳 254 台 主 机, 因 此,8 个 C 类 网 络 合 并 后, 总 共 可 容 纳 2 032 台 主 机 超 网 技 术 就 是 实 现 将 这 8 个 C 类 网 络 聚 合 为 一 个 网 络 的 技 术 2. 划 分 IP 子 网 的 原 因 (1) 充 分 利 用 现 有 的 IP 地 址 资 源 通 过 划 分 子 网 可 以 提 高 IP 地 址 的 有 效 利 用 率 例 如,130.1.0.0 是 一 个 B 类 网 络, 它 允 许 的 主 机 ( 即 主 机 地 址 数 量 ) 个 数 为 2 16 2, 其 地 址 空 间 很 大 如 果 将 这 个 B 类 网 络 分 配 给 一 个 单 位 使 用 就 会 造 成 IP 地 址 的 浪 费 为 了 有 效 地 利 用 IP 地 址 资 源, 管 理 员 通 常 采 用 子 网 划 分 技 术 将 这 个 网 络 中 的 IP 地 址 资 源 分 配 给 多 个 子 网 使 用 (2) 减 轻 网 络 的 拥 挤, 提 高 网 络 的 性 能 在 使 用 集 线 器 和 传 统 交 换 机 的 网 络 中, 随 着 网 络 节 点 数 目 的 增 加, 大 量 网 络 数 据 和 广 播 信 息 在 网 络 中 的 传 输 直 接 导 致 了 网 络 性 能 效 率 的 下 降, 使 网 络 变 得 十 分 拥 挤 如 果 将 大 的 网 络 划 分 为 小 的 子 网, 并 使 用 第 三 层 交 换 机 或 路 由 器 连 接 各 个 子 网, 则 网 络 层 的 设 备 会 在 各 个 子 网 间 转 发 信 息 包 时 自 动 丢 弃 广 播 信 息, 从 而 使 网 络 的 性 能 得 以 改 善 (3) 提 高 网 络 层 设 备 的 工 作 效 率 网 络 中 的 IP 地 址 数 目 越 多, 网 络 层 设 备 的 工 作 效 率 就 越 低 这 是 因 为 网 络 层 设 备 在 执 行 路 由 选 择 算 法 时, 主 机 数 越 多, 路 由 表 就 越 大, 相 应 的 计 算 时 间 就 越 长 划 分 子 网 可 以 减 少 每 个 网 络 的 IP 地 址 数, 从 而 达 到 提 高 路 由 效 率 的 目 的 (4) 提 高 安 全 性 和 可 管 理 性 一 个 网 络 划 分 为 多 个 子 网 时, 就 减 少 了 每 个 网 络 被 管 理 的 对 象 数 目, 因 此, 将 有 利 于 管 理 员 对 网 络 用 户 资 源 和 计 算 机 的 管 理 另 外, 由 于 子 网 的 划 分 缩 小 了 广 播 域 的 范 围, 因 而 提 高 了 网 络 的 安 全 性 (5) 利 于 混 合 不 同 的 物 理 网 络 技 术 划 分 子 网 有 利 于 在 每 个 物 理 网 络 中 使 用 不 同 的 技 术, 例 如, 某 校 园 连 接 的 子 网 有 以 太 网

72 第 一 篇 网 络 技 术 篇 FDDI 和 ATM 等 多 种 网 络 3. 划 分 子 网 后 IP 地 址 的 三 层 结 构 (1) 划 分 子 网 的 思 想 在 实 际 应 用 中, 经 常 遇 到 网 络 地 址 不 够 的 问 题 示 例 3: 某 学 校 仅 申 请 到 一 个 可 以 在 Internet 上 使 用 的 IP 网 络 地 址, 而 需 要 划 分 的 内 部 子 网 数 目 为 多 个 这 种 情 况 下, 就 需 要 把 某 种 类 型 的 网 络 划 分 成 多 个 子 网 解 决 思 路 : 就 是 将 原 来 ( 申 请 到 的 ) 主 机 编 号 部 分 的 一 些 二 进 制 位 贡 献 出 来, 用 于 内 部 网 络 的 编 号 由 于 从 Internet 到 此 网 络 的 路 径 都 是 一 样 的, 即 无 论 是 否 划 分 子 网,IP 地 址 的 网 络 地 址 部 分 不 变, 因 此, 外 界 到 此 网 络 中 各 子 网 的 路 由 都 是 一 样 的 这 种 情 况 下, 外 部 路 由 将 所 有 子 网 看 成 一 个 网 络, 而 内 部 路 由 器 ( 或 第 三 层 交 换 机 ) 可 以 区 分 出 不 同 子 网 总 之, 划 分 子 网 就 是 将 原 来 IP 地 址 两 层 结 构 中 的 主 机 地 址 部 分 位 转 化 为 子 网 地 址 的 位 ; 将 原 来 IP 地 址 的 两 层 地 址 结 构 网 络 地 址 + 主 机 地 址 转 化 为 如 图 3-12 所 示 的 3 层 结 构 地 址 类 别 LB 网 络 地 址 原 主 机 地 址 LB 网 络 地 址 子 网 地 址 主 机 地 址 图 3-12 TCP/IP 网 络 中 IP 地 址 的 三 层 结 构 (2) 三 级 层 次 结 构 IP 地 址 的 特 点 1 第 一 级 网 络 地 址 : 定 义 了 网 点 的 位 置, 其 值 与 未 划 分 子 网 时 的 网 络 地 址 相 同 2 第 二 级 子 网 号 : 定 义 了 网 点 中 的 物 理 子 网 位 置, 其 值 需 要 计 算 后 确 定 3 第 三 级 主 机 号 : 定 义 了 子 网 中 到 节 点 的 连 接, 其 值 需 要 计 算 后 确 定 在 三 级 层 次 结 构 的 网 络 中, 转 发 一 个 IP 数 据 分 组 的 路 由 选 择 分 为 3 步 : 第 一 步 转 发 给 网 点, 如 路 由 器 ; 第 二 步 转 发 给 物 理 子 网, 如 第 三 层 交 换 机 ; 第 三 步 转 发 给 子 网 节 点, 如 主 机 4. 划 分 子 网 的 规 则 与 计 算 公 式 (1) 划 分 子 网 时 的 注 意 事 项 由 于 原 有 主 机 编 号 的 位 数 是 固 定 的, 因 此 建 立 的 子 网 数 目 越 多, 需 要 的 位 数 就 越 多, 而 每 个 子 网 中 所 能 容 纳 的 主 机 数 目 就 越 少 因 此, 需 要 综 合 考 虑 子 网 的 数 目 和 子 网 主 机 的 数 目 (2) 按 照 RFC-950 标 准 划 分 子 网 的 计 算 公 式 1 C 类 地 址 :N max =2 m 2 和 H max =2 (8 m) 2 2 B 类 地 址 :N max =2 m 2 和 H max =2 (16 m) 2 3 A 类 地 址 :N max =2 m 2 和 H max =2 (24 m) 2 (3) 不 按 照 RFC-950 标 准 划 分 子 网 的 计 算 公 式 1 C 类 地 址 :N max =2 m 和 H max =2 (8 m) 2 2 B 类 地 址 :N max =2 m 和 H max =2 (16 m) 2 3 A 类 地 址 :N max =2 m 和 H max =2 (24 m) 2 (4) 划 分 子 网 计 算 公 式 中 的 符 号 说 明 1 m: 为 原 主 机 地 址 ( 编 号 ) 部 分 转 化 为 子 网 地 址 ( 编 号 ) 的 位 数

第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 73 2 N max : 为 划 分 子 网 时, 允 许 划 分 的 最 大 子 网 数 目 ; 其 值 应 当 大 于 或 等 于 实 际 需 要 的 子 网 数 n 3 H max : 为 划 分 子 网 后, 每 子 网 所 允 许 的 最 大 IP 地 址 数 目 ; 其 值 减 1, 应 当 大 于 或 等 于 子 网 实 际 包 括 的 最 大 主 机 数 h 说 明 : 1 RFC: 英 文 全 称 为 Request for Comments, 其 中 文 的 含 义 就 是 请 求 注 解 RFC 涵 了 有 关 Internet 大 部 分 重 要 的 文 字 资 料 一 个 RFC 文 件 在 成 为 官 方 标 准 前 一 般 至 少 要 经 历 3 个 阶 段 : 建 议 标 准 草 案 标 准 和 因 特 网 标 准, 最 终 的 RFC 成 为 Internet 的 标 准 2 RFC-950 文 档 是 子 网 划 分 的 规 范, 它 禁 止 使 用 子 网 地 址 ( 编 号 ) 全 为 1 或 全 为 0 的 子 网 网 络 虽 然,Internet 的 RFC-950 规 定 了 子 网 划 分 的 规 则, 但 是, 在 实 际 中 很 多 产 品 也 支 持 未 按 照 该 标 准 划 分 的 子 网, 如, 在 常 用 微 软 操 作 系 统 中 就 允 许 不 符 合 RFC-950 标 准 的 子 网 存 在 例 如, 在 IP 地 址 为 200.200.200.0 的 C 类 网 络 中, 如 果 子 网 编 号 为 m=2 时, 按 照 RFC-950 标 准 规 定, 子 网 200.200.200.0(00 000000) 和 200.200.200.192(11 000000) 为 无 效 子 网 但 是,Windows Server 2003 支 持 以 上 子 网 地 址 5. 设 计 示 例 (1) 设 计 条 件 与 要 求 1 某 公 司 申 请 到 一 个 C 类 的 网 络 IP 地 址 200.200.200.0 2 公 司 共 有 4 个 部 门, 部 门 拥 有 的 最 大 主 机 数 为 29 台, 需 要 的 IP 地 址 数 量 是 30 3 具 体 设 计 要 求 : 确 定 各 部 门 可 以 使 用 的 子 网 IP 地 址 和 子 网 掩 码 写 出 可 以 分 配 给 子 网 主 机 的 有 效 IP 地 址 范 围 (2)4 个 部 门 按 照 RFC-950 标 准 划 分 的 结 果 1 按 照 RFC-950 标 准 是 指 不 使 用 子 网 地 址 的 各 位 全 为 1 和 全 为 0 的 子 网 2 求 出 最 大 子 网 数 目 每 个 子 网 的 最 大 主 机 数 目 子 网 掩 码 如 下 : 按 C 类 地 址 公 式 :N max =2 m 2 4, 同 时 满 足 H max =2 (8 m) 2 29; 求 出 m=3 验 算 : N max =2 m 2=2 3 2=6 > n=4;h max =2 (8 m) 2=2 (8 3) 2 =30 29 按 照 RFC-950 标 准 时, 由 于 m=3, 所 以 各 子 网 主 机 的 子 网 掩 码 为 255.255.255.224 各 子 网 的 地 址 和 IP 地 址 范 围 参 见 表 3-8 表 3-8 遵 循 RFC-950 标 准 的 子 网 划 分 结 果 子 网 编 号 子 网 地 址 子 网 直 接 广 播 地 址 子 网 主 机 的 有 效 IP 地 址 初 值 子 网 主 机 的 有 效 IP 地 址 终 值 1 200.200.200.32 200.200.200.63 200.200.200.33 200.200.200.62 2 200.200.200.64 200.200.200.95 200.200.200.65 200.200.200.94 3 200.200.200.96 200.200.200.127 200.200.200.97 200.200.200.126 4 200.200.200.128 200.200.200.159 200.200.200.129 200.200.200.158 5 200.200.200.160 200.200.200.191 200.200.200.161 200.200.200.190 6 200.200.200.192 200.200.200.223 200.200.200.193 200.200.200.222

74 第 一 篇 网 络 技 术 篇 6. 划 分 子 网 的 步 骤 归 纳 1 确 定 所 需 的 子 网 数 目 和 子 网 中 主 机 的 数 目 2 确 定 子 网 地 址 需 要 的 位 数 m 3 确 定 新 的 子 网 掩 码 4 确 定 各 子 网 的 IP 地 址 5 确 定 各 子 网 的 广 播 地 址 6 确 定 各 子 网 中 主 机 可 配 置 使 用 的 IP 范 围, 即 有 效 地 址 范 围 7 确 定 各 子 网 之 间 通 信 时 的 连 接 设 备 和 网 络 结 构 示 意 图 注 意 : 连 接 各 子 网 的 第 三 层 网 络 设 备 的 端 口 会 占 据 子 网 的 一 个 IP 地 址, 因 此, 求 出 的 子 网 最 大 主 机 数 量 减 一 才 是 实 际 允 许 的 主 机 数 目 3.6 与 网 络 相 关 的 三 个 著 名 标 准 化 组 织 1. 国 际 标 准 化 组 织 (international standards organization,iso) (1) 组 成 由 美 国 国 家 标 准 组 织 (American national standards institute,ansi) 及 其 他 各 国 的 国 家 标 准 组 织 的 代 表 组 成 (2) 主 要 贡 献 开 放 系 统 互 连 (open system interconnection,osi) 参 考 模 型, 也 就 是 七 层 网 络 通 信 模 型 的 格 式, 通 常 称 为 七 层 模 型 2. 电 气 电 子 工 程 师 协 会 (the institute of electrical and electronic engineer,ieee) (1) 组 成 IEEE 是 世 界 上 最 大 的 专 业 组 织 之 一, 由 IEEE 802 各 委 员 会 组 成 (2) 主 要 贡 献 对 于 网 络 而 言,IEEE 最 主 要 的 一 项 贡 献 就 是 对 IEEE 802 协 议 进 行 了 定 义 IEEE 802 协 议 主 要 用 于 局 域 网, 其 中 比 较 著 名 的 有 : 1 IEEE 802.3:CSMA/CD, 以 太 网 使 用 的 协 议 2 IEEE 802.5:Token Ring, 令 牌 环 网 使 用 的 协 议 3. 美 国 国 防 部 高 级 研 究 计 划 局 (advanced research projects agency,arpa) (1) 组 成 ARPA 又 被 称 为 DARPA, 其 中 的 D(Defense) 是 指 国 防 部 (2) 主 要 贡 献 ARPA 从 20 世 纪 60 年 代 开 始 致 力 于 研 究 不 同 类 型 计 算 机 网 络 之 间 的 互 相 连 接 问 题, 并 成 功 地 开 发 出 著 名 的 TCP/IP 协 议 (transmission control protocol/internet protocol), 它 是 ARPAnet 网 络 结 构 的 一 部 分, 提 供 了 连 接 不 同 厂 家 计 算 机 主 机 的 通 信 协 议 事 实 上,TCP/IP 通 信 标 准 是 由 一 组 通 信 协 议 所 组 成 的 协 议 集 其 中 两 个 主 要 协 议 是 : 1 网 际 协 议 (IP)

2 传 输 控 制 协 议 (TCP) 第 3 章 计 算 机 网 络 协 议 与 体 系 结 构 75 习 题 1. 网 络 的 本 质 是 什 么? 网 络 中 通 信 的 语 言 是 什 么? 协 议 应 具 备 哪 些 功 能? 2. 研 究 网 络 体 系 结 构 的 基 本 方 法 是 什 么? 这 种 方 法 的 优 点 是 什 么? 3.OSI 参 考 模 型 包 括 哪 些 层 次? 说 明 每 一 个 层 次 所 表 示 的 功 能 4.OSI 参 考 模 型 中 物 理 层 的 主 要 功 能 是 什 么? 其 机 械 特 性 电 气 特 性 功 能 特 性 和 规 程 特 性 各 定 义 了 什 么 功 能? 5. 试 简 述 OSI 参 考 模 型 和 TCP/IP 参 考 模 型 的 异 同 6. 在 OSI 的 七 层 结 构 中, 哪 些 层 实 现 虚 通 信? 哪 一 层 实 现 实 通 信? 试 举 例 说 明 7.TCP/IP 参 考 模 型 分 为 几 层? 各 层 的 功 能 如 何? 各 层 包 含 的 主 要 协 议 有 哪 些? 8. 什 么 是 同 层 协 议? 它 的 作 用 如 何? 它 是 如 何 实 现 的? 9. 什 么 是 接 口 协 议? 它 的 作 用 如 何? 它 是 如 何 实 现 的? 10. 试 简 述 同 层 协 议 和 接 口 协 议 之 间 的 联 系 与 区 别 11. 什 么 是 体 系 结 构? 常 用 体 系 结 构 中, 哪 个 是 指 导 性 参 考 模 型? 哪 个 是 实 用 参 考 模 型? 12.OSI 参 考 模 型 每 个 层 次 完 成 的 功 能 是 什 么? 13. 试 举 例 说 明 什 么 是 透 明 传 输 14. 什 么 是 端 口 号? 什 么 是 全 局 端 口 号? 全 局 端 口 号 的 取 值 范 围 是 多 少? 15.OSI 参 考 模 型 每 一 层 传 输 的 数 据 单 元 是 什 么? 处 理 的 地 址 又 是 什 么? 16. 什 么 是 套 接 字? 它 有 什 么 作 用? 它 是 如 何 组 成 的? 17. 在 局 域 网 和 Internet 中 IP 地 址 的 使 用 是 否 一 样? 如 果 不 一 样, 试 说 明 在 局 域 网 中 使 用 的 地 址 范 围 18. 什 么 是 IP 地 址? 它 有 什 么 作 用? 又 是 如 何 分 类 的? 19. 试 写 出 TCP/IP 协 议 3 个 基 本 参 数 的 名 称 和 作 用 20. 为 什 么 要 划 分 子 网? 划 分 子 网 的 优 点 有 哪 些? 21. 网 络 相 关 的 三 个 著 名 标 准 化 组 织 的 名 称 是 什 么? 贡 献 又 是 什 么? 22. 设 计 题 现 有 一 个 公 司 需 要 创 建 内 部 Intranet 网 络, 该 公 司 包 括 工 程 技 术 部 市 场 部 财 务 部 人 力 资 源 部 研 发 部 办 公 室 等 八 大 部 门 为 了 管 理 方 便, 同 时 提 高 各 部 门 的 性 能 和 安 全 性, 需 要 将 几 个 部 门 从 网 络 上 进 行 分 开 如 果 该 公 司 申 请 使 用 的 IP 地 址 为 一 个 C 类 地 址, 其 网 络 地 址 为 192.168.1.0 应 当 如 何 划 分 网 络, 才 能 保 证 各 个 部 门 的 安 全 性? 设 计 要 求 如 下 : 1 不 遵 循 RFC-950 标 准, 也 就 是 使 用 子 网 号 全 0 和 全 1 的 子 网 2 为 了 安 全, 要 求 划 分 子 网 将 各 个 部 门 分 开 3 写 出 分 配 给 每 个 部 门 网 络 的 IP 地 址 范 围 以 及 每 个 部 门 允 许 的 最 大 计 算 机 数 目 4 确 定 各 部 门 的 网 络 IP 地 址 子 网 掩 码 直 接 广 播 地 址 以 及 子 网 IP 的 地 址 范 围