第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet

1、第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述10.2 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)10.3 Internet基本概念基本概念10.4 IP協(xié)議協(xié)議10.5 運(yùn)輸層協(xié)議運(yùn)輸層協(xié)議10.6 互聯(lián)網(wǎng)工作過程互聯(lián)網(wǎng)工作過程10.7 Internet基本業(yè)務(wù)基本業(yè)務(wù)第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述10.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展 自從1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer，電子數(shù)字積分計(jì)

2、算機(jī))問世以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為主體的各種遠(yuǎn)程信息處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，計(jì)算機(jī)與通信的結(jié)合也在不斷發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)學(xué)科與通信學(xué)科緊密結(jié)合的產(chǎn)物。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下四個(gè)階段。 第一階段：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)第一階段：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雛形。絡(luò)的雛形。 任何一種新技術(shù)的出現(xiàn)都必須具備兩個(gè)條件，即強(qiáng)烈的社會(huì)需求與先期技術(shù)的成熟。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的形成與發(fā)展也證實(shí)了這條規(guī)律。 1946年ENIAC在美國誕生時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)并沒有直接的聯(lián)系。50年代初，由于美國軍方的需要，美國半

3、自動(dòng)地面防空系統(tǒng)SAGE進(jìn)行了計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的嘗試。它將遠(yuǎn)程雷達(dá)與其他測量設(shè)施測到的信息通過總長度達(dá)到241萬千米的通信線路與一臺(tái)IBM計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行集中的防空信息處理與控制。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 1969年美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署(ARPA：Advanced Research Projects Agency)提出將多個(gè)大學(xué)、公司和研究所的多臺(tái)計(jì)算機(jī)互連成為計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過計(jì)算機(jī)使用本地計(jì)算機(jī)的軟硬件與數(shù)據(jù)資源，也可以使用連網(wǎng)的其他地方計(jì)算機(jī)軟硬件與數(shù)據(jù)資源，以達(dá)到計(jì)算機(jī)資源共享的目的。1969年ARPANet只有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，1973年發(fā)展到40

4、個(gè)節(jié)點(diǎn)，1983年已經(jīng)達(dá)到100多個(gè)節(jié)點(diǎn)。ARPANet通過有線、無線與衛(wèi)星通信線路，使網(wǎng)絡(luò)覆蓋了從美國本土到歐洲與夏威夷的廣闊地域。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet ARPANet是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的里程碑，它對(duì)發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1) 第一個(gè)采用以分組的方式在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交換和傳輸；(2) 首次提出數(shù)據(jù)以無連接的方式進(jìn)行傳輸；(3) 分組在網(wǎng)絡(luò)中以自適應(yīng)選路方式傳輸?shù)侥康亩恕?ARPA網(wǎng)絡(luò)研究成果對(duì)推動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的意義是深遠(yuǎn)的。在它的基礎(chǔ)之上，七、八十年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了大量的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet

5、 第二階段：在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，完成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)第二階段：在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，完成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的研究，形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)與協(xié)議的研究，形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 該階段所取得的成果對(duì)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和應(yīng)用極其重要，它研究的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的理論成果為以后網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。很多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)修改與充實(shí)后仍在廣泛使用。目前國際上應(yīng)用廣泛的Internet網(wǎng)絡(luò)就是在ARPANet的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 但是，20世紀(jì)70年代后期人們已經(jīng)看到了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中出現(xiàn)的危機(jī)，那就是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一限制了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自身的發(fā)展和應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)必須走國際

6、標(biāo)準(zhǔn)化的道路。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 第三階段：提出開放系統(tǒng)互連參考模型與協(xié)議，促進(jìn)了符合第三階段：提出開放系統(tǒng)互連參考模型與協(xié)議，促進(jìn)了符合國際標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。國際標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的計(jì)算機(jī)與信息處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)TC97成立了一個(gè)分委員會(huì)SC16，研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議國際標(biāo)準(zhǔn)化問題。經(jīng)過多年卓有成效的工作，ISO正式制定、頒布了“開放系統(tǒng)互連參考模型”(OSI RM：Open System Interconnection Reference Model)，即ISO/IEC 7498國際標(biāo)準(zhǔn)。ISO/OSI RM 已被國際社

7、會(huì)所公認(rèn)，成為研究和制定新一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 20世紀(jì)80年代，ISO與ITU等組織為參考模型的各個(gè)層次制定了一系列的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，組成了一個(gè)龐大的OSI基本協(xié)議集。我國也于1989年在國家經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范中明確規(guī)定選定OSI標(biāo)準(zhǔn)作為我國網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。ISO/OSI RM及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的制定和完善正在推動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)朝著健康的方向發(fā)展。很多大的計(jì)算機(jī)廠商相繼宣布支持OSI標(biāo)準(zhǔn)，并積極研究和開發(fā)符合OSI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。各種符合OSI RM與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、局部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與城市地區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已開始廣泛應(yīng)用。隨著研究的深入，OSI標(biāo)準(zhǔn)將日趨完善

8、。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 第四階段：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向互連、高速、智能化方向發(fā)展，并第四階段：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向互連、高速、智能化方向發(fā)展，并獲得廣泛的應(yīng)用。獲得廣泛的應(yīng)用。 進(jìn)入20世紀(jì)80年代末期以來，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最引人注目的就是起源于美國的ARPANet，已經(jīng)發(fā)展成世界上規(guī)模最大和增長速度最快的國際性計(jì)算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)Internet。Internet迅猛發(fā)展的原因是歐洲原子核研究組織CERN開發(fā)的萬維網(wǎng)WWW(World Wide Web)使用在Internet上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用，成為Internet的這種指數(shù)級(jí)增長的主要?jiǎng)恿Α５?0章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Int

9、ernet Internet是覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施之一，對(duì)于用戶來說，它像是一個(gè)龐大的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。用戶可以利用Internet實(shí)現(xiàn)全球范圍的電子郵件、電子傳輸、信息查詢、語音與圖像通信服務(wù)功能。實(shí)際上Internet是一個(gè)用路由器(Router)實(shí)現(xiàn)多個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)和局域網(wǎng)互連的網(wǎng)際網(wǎng)，它將對(duì)推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科學(xué)、文化的發(fā)展產(chǎn)生不可估量的作用。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、功能和分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、功能和分類 1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用通信線路將地理位置分散的、具有獨(dú)立功能的許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，按照某種協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，

10、以實(shí)現(xiàn)資源共享的信息系統(tǒng)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)既然是以共享為主要目標(biāo)，那么它應(yīng)具備下述幾個(gè)方面的功能。 1) 數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信功能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與終端、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，這是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2) 資源共享 網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)彼此之間可以實(shí)現(xiàn)資源共享，包括軟硬件和數(shù)據(jù)。信息時(shí)代的到來，資源的共享具有重大的意義。首先，從投資考慮，網(wǎng)絡(luò)上的用戶可以共享網(wǎng)上的打印機(jī)、掃描儀等，這樣就節(jié)省了資金。其次，現(xiàn)代的信息量越來越大，單一的計(jì)算機(jī)已經(jīng)不能將其存儲(chǔ)，只能分布在不同的計(jì)算機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)用戶可

11、以共享這些信息資源。再次，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟件層出不窮，在這些浩如煙海的軟件中，不少是免費(fèi)共享的，這是網(wǎng)絡(luò)上的寶貴財(cái)富。任何連入網(wǎng)絡(luò)的人，都有權(quán)利使用它們。資源共享為用戶使用網(wǎng)絡(luò)提供了方便。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 3) 實(shí)現(xiàn)分布式處理 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得分布式計(jì)算成為可能。對(duì)于大型的課題，可以分為許許多多的小題目，由不同的計(jì)算機(jī)分別完成，然后再集中起來解決問題。 由此可見，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以大大擴(kuò)展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，提高可靠性，為用戶提供方便，同時(shí)也減少了費(fèi)用，提高了性能價(jià)格比。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 (1) 按網(wǎng)絡(luò)節(jié)

12、點(diǎn)分布，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)(LAN：Local Area Network)、廣域網(wǎng)(WAN：Wide Area Network)和城域網(wǎng)(MAN：Metropolitan Area Network)。 局域網(wǎng)是一種在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般在一個(gè)建筑物內(nèi)、一個(gè)工廠內(nèi)或一個(gè)事業(yè)單位內(nèi)，為單位獨(dú)有。局域網(wǎng)距離可在十幾千米以內(nèi)，信道傳輸速率可達(dá)1000 Mb/s，結(jié)構(gòu)簡單，布線容易。廣域網(wǎng)范圍很廣，可以分布在一個(gè)省內(nèi)、一個(gè)國家內(nèi)或幾個(gè)國家之間。廣域網(wǎng)連網(wǎng)技術(shù)、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。城域網(wǎng)是在一個(gè)城市內(nèi)部組建的計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)，提供全市的信息服務(wù)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (2) 按交換

13、方式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為電路交換網(wǎng)絡(luò)(Circuit Switching)、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)(Message Switching)和分組交換網(wǎng)絡(luò)(Packet Switching)等。 (3) 按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為星型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等。應(yīng)該指出, 在實(shí)際組網(wǎng)中, 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不一定是單一的, 通常是幾種結(jié)構(gòu)的混用。 10.1第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.2 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)10.2.1 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)1計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)LAN產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一

14、些實(shí)驗(yàn)性的網(wǎng)絡(luò)，到80年代，局域網(wǎng)的產(chǎn)品已經(jīng)大量涌現(xiàn)，其典型代表就是Ethernet。近年來，隨著社會(huì)信息化的發(fā)展，計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)得到很大的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍也越來越廣。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (1) 局域網(wǎng)覆蓋有限的地理范圍，它適用于機(jī)關(guān)、公司、校園、軍營、工廠等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、終端與各類信息處理設(shè)備連網(wǎng)的需求； (2) 局域網(wǎng)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率(10100 Mb/s)、低誤碼率(10-8)的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境； (3) 局域網(wǎng)一般屬于一個(gè)單位所有，易于建立、維護(hù)和擴(kuò)展。 決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)要素是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及I

15、nternet 2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的參考模型計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的參考模型 美國電氣和電子工程師學(xué)會(huì)IEEE 802課題小組為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，大部分得到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可。 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI參考模型的原則，確定最低兩層物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能以及與網(wǎng)絡(luò)層的接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)互連有關(guān)的高層功能。要注意的是，按OSI的觀點(diǎn)，有關(guān)傳輸介質(zhì)的規(guī)格和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的說明，應(yīng)比物理層還低，但對(duì)局域網(wǎng)來說這兩者卻至關(guān)重要，因而在IEEE 802模型中，包含了對(duì)兩者詳細(xì)的規(guī)定，圖10.2是局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的對(duì)比。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 圖圖10.2 IEEE 8

16、02參考模型與參考模型與OSI模型的比較模型的比較應(yīng)用層表示層會(huì)話層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸介質(zhì)OSI 參考模型傳輸介質(zhì)物理層介質(zhì)訪問控制 MAC邏輯鏈路控制 LLCIEEE 802 參考模型高層協(xié)議LLC 業(yè)務(wù)訪問點(diǎn)IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)的范圍第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 局域網(wǎng)參考模型只用到OSI參考模型的最低兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個(gè)子層，媒體訪問控制MAC和邏輯鏈路控制LLC。物理媒介、介質(zhì)訪問控制方法等對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的影響在MAC子層已完全隱蔽起來了。數(shù)據(jù)鏈路層與媒體接入無關(guān)的部分都集中在邏輯鏈路控制LLC子層。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet MA

17、C子層主要有如下功能：子層主要有如下功能：(1) 將上層來的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送，接收時(shí)進(jìn)行相反的過程；(2) 實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議；(3) 比特差錯(cuò)檢測。LLC子層主要有如下功能：子層主要有如下功能：(1) 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；(2) 提供與高層的接口；(3) 差錯(cuò)控制；(4) 給幀加上序號(hào)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 3IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)包括以下主要部分: (1) IEEE 802.1 概述、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互連，以及網(wǎng)絡(luò)管理和性能測量。 (2) IEEE 802.2 邏輯鏈路控制。這是高層協(xié)議與任何一種局域網(wǎng)MAC子層的接口。 (3)

18、IEEE 802.3 CSMA/CD。定義CSMA/CD總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。 (4) IEEE 802.4 令牌總線網(wǎng)。定義令牌傳遞總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。 (5) IEEE 802.5 令牌環(huán)形網(wǎng)。定義令牌傳遞環(huán)形網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。 (6) IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.2.2 以太網(wǎng)以太網(wǎng)Ethernet IEEE 802.3定義了一種基帶總線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其速率為共享總線10 Mb/s。標(biāo)準(zhǔn)包含MAC子層和物理層的內(nèi)容。 根據(jù)物理層介質(zhì)的不同Ethernet可分為10 Base-2(基帶粗同軸)、10

19、Base-5(基帶細(xì)銅軸)、10 Base-T(基帶雙絞線)、10 Base-FL(基帶光纖)幾種類型。 在MAC子層，共享介質(zhì)的訪問控制采用CSMA/CD協(xié)議(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)。由于歷史的原因，人們習(xí)慣上將采用IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)稱為Ethernet。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 1帶有碰撞檢測的載波偵聽多點(diǎn)訪問法帶有碰撞檢測的載波偵聽多點(diǎn)訪問法(CSMA/CD) CSMA/CD含有兩方面的內(nèi)容，即載波偵聽(CSMA)和沖突檢測(CD)。CSMA/CD訪問控制方式主要用于總線型

20、和樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基帶傳輸系統(tǒng)。信息傳輸是以“包”為單位，簡稱信包，發(fā)展為IEEE 802.3基帶CSMA/CD局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet CSMA/CD的設(shè)計(jì)思想如下：的設(shè)計(jì)思想如下： 1) 偵聽(監(jiān)聽)總線 查看信道上是否有信號(hào)是CSMA系統(tǒng)的首要問題，各個(gè)站點(diǎn)都有一個(gè)“偵聽器”，用來測試總線上有無其他工作站正在發(fā)送信息(也稱為載波識(shí)別)，如果信道已被占用，則此工作站等待一段時(shí)間后再爭取發(fā)送權(quán)；如果偵聽總線是空閑的，沒有其他工作站發(fā)送的信息就立即搶占總線進(jìn)行信息發(fā)送。查看信號(hào)的有無稱為載波偵聽載波偵聽，而多點(diǎn)訪問多點(diǎn)訪問指多個(gè)工作站共同使用一條線路。第10章 計(jì)算

21、機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet CSMA技術(shù)中要解決的另一個(gè)問題是偵聽信道已被占用時(shí)，等待的一段時(shí)間如何確定。通常采用以下兩種方法： 方法一：當(dāng)某工作站檢測到信道被占用后，繼續(xù)偵聽下去，一直等到發(fā)現(xiàn)信道空閑后，立即發(fā)送，這種方法稱為持續(xù)的載波偵聽多點(diǎn)訪問。 方法二：當(dāng)某工作站檢測到信道被占用后，就延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后再檢測，不斷重復(fù)上述過程，直到發(fā)現(xiàn)信道空閑后，開始發(fā)送信息，這種方法稱為非持續(xù)載波偵聽多點(diǎn)訪問。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2) 沖突檢測(碰撞檢測) 當(dāng)信道處于空閑時(shí)，某一個(gè)瞬間，如果總線上兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作站同時(shí)都想發(fā)送信息，那么該瞬間它們都可能檢測到信道是空閑的，同

22、時(shí)都認(rèn)為可以發(fā)送信息，從而一齊發(fā)送，這就產(chǎn)生了沖突(碰撞)；另一種情況是某站點(diǎn)偵聽到信道是空閑的，但這種空閑可能是較遠(yuǎn)站點(diǎn)已經(jīng)發(fā)送了信包(由于在傳輸介質(zhì)上信號(hào)傳送的延時(shí)，信包還未傳送到此站點(diǎn)的緣故)，如果此站點(diǎn)又發(fā)送信息，則也將產(chǎn)生沖突，因此消除沖突是一個(gè)重要的問題。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 3) 沖突加強(qiáng) 如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過程中檢測出沖突，在CSMA/CD介質(zhì)存取方法中，首先進(jìn)入發(fā)送“沖突加強(qiáng)信號(hào)(Jamming Signal)”階段。CSMA/CD采用沖突加強(qiáng)措施的目的是確保有足夠的沖突持續(xù)時(shí)間，以使網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)都能檢測出沖突存在，廢棄沖突幀，減少因沖突浪費(fèi)的時(shí)間，提高信道利

23、用率。沖突加強(qiáng)中發(fā)送的阻塞(JAM)信號(hào)一般為4字節(jié)的任意數(shù)據(jù)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 4) 重新發(fā)送數(shù)據(jù) 完成“沖突加強(qiáng)”過程后，節(jié)點(diǎn)停止當(dāng)前幀發(fā)送，進(jìn)入重發(fā)狀態(tài)。進(jìn)入重發(fā)狀態(tài)的第一步是計(jì)算重發(fā)次數(shù)。IEEE 802.3協(xié)議規(guī)定一個(gè)幀最大重發(fā)次數(shù)為16次。如果重發(fā)次數(shù)超過16次，則認(rèn)為線路故障，系統(tǒng)進(jìn)入“沖突過多”結(jié)束狀態(tài)。如重發(fā)次數(shù)N16，則允許節(jié)點(diǎn)隨機(jī)延遲后再重發(fā)。 在計(jì)算后退延遲時(shí)間，并且等待后退延遲時(shí)間到之后，節(jié)點(diǎn)將重新判斷總線忙、閑狀態(tài)，重復(fù)發(fā)送流程。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過程中沒有檢測出沖突，在數(shù)據(jù)幀發(fā)送結(jié)束后，進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。 C

24、SMA/CD的發(fā)送流程可簡單地概括成四點(diǎn)：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停止，隨機(jī)延遲后重發(fā)。 從以上可以看出，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)都要通過CSMA/CD方法去競爭總線使用權(quán)，從它準(zhǔn)備發(fā)送到成功發(fā)送的發(fā)送等待延遲時(shí)間是不確定的。因此CSMA/CD方法為隨機(jī)競爭型介質(zhì)訪問控制方法。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2以太網(wǎng)物理層介質(zhì)以太網(wǎng)物理層介質(zhì) 對(duì)于具體可選用的物理層的實(shí)現(xiàn)方案，IEEE 802.3制定了以下一個(gè)簡明的表示法： 例如10 Base-2，10代表傳輸速率是10 Mb/s，Base代表采用基帶信號(hào)方式，2代表一個(gè)網(wǎng)段的長度是200米。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 表表1

25、0.1 IEEE 802.3 10 Mb/s物理層介質(zhì)比較物理層介質(zhì)比較 10 Base-5 10 Base-2 10 Base-T 10 Base-F 傳輸介質(zhì) 同軸電纜(粗) 同軸電纜(細(xì)) 非屏蔽雙絞線 850nm 光纖對(duì) 編碼技術(shù) 基帶(曼徹斯特碼) 基帶(曼徹斯特碼 基帶(曼徹斯特碼 基帶(曼徹斯特碼 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線 總線 星型 星型 最大段長/m 500 185 100 500 每段最大節(jié)點(diǎn)數(shù) 100 30 33 線纜直徑 10 mm 5 mm 0.40.6 mm 62.5/125 m 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 百兆以太網(wǎng)百兆以太網(wǎng) 百兆以太網(wǎng)指100 Base-T或

26、快速Ethernet, IEEE 802.3委員會(huì)于1995制訂了快速Ethernet標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3 ，該新標(biāo)準(zhǔn)作為對(duì)IEEE 802.3的補(bǔ)充和擴(kuò)充，保持了和原有標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。 快速Ethernet在MAC子層仍然使用CSMA/CD協(xié)議，幀結(jié)構(gòu)和幀的最小長度也保持不變，但幀的發(fā)送間隔從9.6 s減少到0. 96 s，以支持在共享介質(zhì)上100 Mb/s基帶信號(hào)的傳輸速率。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 千兆千兆Ethernet 千兆Ethernet標(biāo)準(zhǔn)在IEEE 802.3委員會(huì)制定的IEEE 802.3z中定義，它與Ethernet和快速Ethernet 工作原理相同，在定

27、義新的介質(zhì)和傳輸規(guī)范時(shí)，千兆Ethernet保留了CSMA/CD協(xié)議和MAC幀格式，幀間隔則提升到0. 096 s。 目前千兆Ethernet標(biāo)準(zhǔn)包含的主要物理層介質(zhì)是： 1000 Base-LX: 使用62.5 m或50 m多模光纖，最長網(wǎng)段距離為550 m；采用1 m單模光纖，最長網(wǎng)段距離為5 km。工作波長范圍為12701355 nm。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (1) 在局域網(wǎng)方面：主要用于組建網(wǎng)絡(luò)骨干，在局域網(wǎng)交換機(jī)到交換機(jī)的互連中使用千兆Ethernet接口，例如，長距離使用光纖，短距離則使用銅線，以解決由于100兆Ethernet普及后，對(duì)骨干網(wǎng)帶寬的壓力。 (2)

28、在廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)中：由于千兆Ethernet與ATM技術(shù)相比，不但技術(shù)簡單，而且成本低，提供寬帶的能力也強(qiáng)于ATM，由于與現(xiàn)有的企業(yè)、機(jī)構(gòu)局域網(wǎng)互通簡單，因而它目前也被廣泛用于組建基于IP的城域網(wǎng)和IP廣域骨干網(wǎng)。10.2第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.3 Internet基本概念基本概念10.3.1 互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及協(xié)議模型互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及協(xié)議模型 1Internet結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 從網(wǎng)絡(luò)通信的觀點(diǎn)來看，Internet是一個(gè)由TCP/IP把各個(gè)國家、各個(gè)機(jī)構(gòu)、各個(gè)部門的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接起來的龐大的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；從信息資源的角度來看，Internet是一個(gè)集各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)部門內(nèi)各種信息資源共享為目

29、的的信息資源網(wǎng)；從技術(shù)的角度來看，Internet是一個(gè)“不同網(wǎng)絡(luò)互連的網(wǎng)絡(luò)”(網(wǎng)際網(wǎng))，實(shí)際是由許多網(wǎng)絡(luò)(包括局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng))互連形成的。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 圖10.8為全球互連網(wǎng)絡(luò)示意圖。每個(gè)國家內(nèi)部由骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)及用戶駐地園區(qū)網(wǎng)組成。國家之間由骨干網(wǎng)互連起來，用戶就可以共享全球任意一個(gè)國家的資源。 中國信息產(chǎn)業(yè)部與美國Sprint電信公司于1994年8月30日簽署了中華人民共和國通過Sprint Link與Internet互連的協(xié)議。目前，用戶可以通過運(yùn)營商提供的ChinaNet、CERNet、金橋網(wǎng)、科學(xué)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入Internet，實(shí)現(xiàn)全球資源共享。第1

30、0章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 圖圖10.8 全球互連網(wǎng)絡(luò)示意圖全球互連網(wǎng)絡(luò)示意圖城域網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)城域網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)城域網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)國家骨干網(wǎng)城域網(wǎng)國家骨干網(wǎng)國際骨干網(wǎng)第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2TCP/IP分層模型分層模型 關(guān)于協(xié)議分層，前面我們詳細(xì)介紹了ISO開放系統(tǒng)互連OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型，同樣TCP/IP也采用分層體系結(jié)構(gòu)。TCP/IP與OSI模型是不同的，OSI模型來自于標(biāo)準(zhǔn)化組織，而TCP/IP則不是人為制定的標(biāo)準(zhǔn)，而是產(chǎn)生于Internet網(wǎng)的研究和應(yīng)用實(shí)踐中。TCP/IP完全撇開了網(wǎng)絡(luò)的物理性，“網(wǎng)絡(luò)”是一個(gè)高度抽象的概念，即將任何一個(gè)能傳輸

31、數(shù)據(jù)分組的通信系統(tǒng)都看作網(wǎng)絡(luò)。這種概念為協(xié)議的設(shè)計(jì)提供了極大的方便，大大簡化了網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為TCP/IP賦予了極大的靈活性和適應(yīng)性。 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet TCP/IP共分五層。與OSI七層模型相比，TCP/IP沒有表示層和會(huì)話層，這兩層的功能由最高層應(yīng)用層提供。同時(shí)，TCP/IP分層協(xié)議模型在各層名稱定義及功能定義等方面與OSI模型也存在著差異。 TCP/IP是由許多協(xié)議組成的協(xié)議族，其詳細(xì)的協(xié)議分類如圖10.9所示。圖中同時(shí)給出了OSI模型的對(duì)應(yīng)層。對(duì)于OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，TCP/IP不提供任何協(xié)議，由網(wǎng)絡(luò)接入層協(xié)議負(fù)責(zé)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層，TCP/IP提供了

32、一些協(xié)議，但主要是IP協(xié)議，對(duì)于運(yùn)輸層，TCP/IP提供了兩個(gè)協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP；對(duì)于應(yīng)用層，TCP/IP提供了大量的協(xié)議，作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如 Telnet、FTP等。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 圖圖10.9 TCP/IP族族TelenetFtpSmtpDNSTFTPNFSSNMPTCPUDPIP層（ARP、RARP、ICMP）網(wǎng)絡(luò)接入層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 3TCP/IP模型各層功能模型各層功能 1) 應(yīng)用層 TCP/IP應(yīng)用層為用戶提供訪問 Internet的一組應(yīng)用高層協(xié)議，即一組應(yīng)用程序，如F

33、TP、Telnet等。 應(yīng)用層的作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，并完成應(yīng)用所要求的服務(wù)。數(shù)據(jù)格式化的目的是便于傳輸與接收。 嚴(yán)格地說，應(yīng)用程序并不是TCP/IP的一部分，只是由于TCP/IP對(duì)此制定了相應(yīng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，所以將它們作為TCP/IP的內(nèi)容。實(shí)際上，用戶可以在Internet之上(運(yùn)輸層之上)建立自己的專用程序。設(shè)計(jì)使用這些專用應(yīng)用程序要用到TCP/IP，但不屬于TCP/IP。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2) 運(yùn)輸層 TCPIP運(yùn)輸層的作用是提供應(yīng)用程序間(端到端)的通信服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)可靠傳輸，該層協(xié)議規(guī)定接收端必須向發(fā)送端發(fā)回確認(rèn)；若有分組丟失時(shí)，必須重新發(fā)送。該層提供了以下兩個(gè)協(xié)

34、議： (1) 傳輸控制協(xié)議TCP：負(fù)責(zé)提供高可靠的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，主要用于一次傳送大量報(bào)文，如文件傳送等。 (2) 用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP：負(fù)責(zé)提供高效率的服務(wù)，用于一次傳送少量的報(bào)文，如數(shù)據(jù)查詢等。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 3) IP層 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層的核心是IP協(xié)議，同時(shí)還提供多種其他協(xié)議。IP協(xié)議提供主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳送能力，其他協(xié)議提供IP協(xié)議的輔助功能，協(xié)助IP協(xié)議更好地完成數(shù)據(jù)報(bào)文傳送。 IP層的主要功能有三點(diǎn)： (1) 處理來自運(yùn)輸層的分組發(fā)送請求。收到請求后，將分組裝人IP數(shù)據(jù)報(bào)，填充報(bào)頭，選擇路由，然后將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet

35、 (2) 處理輸入數(shù)據(jù)報(bào)。首先檢查輸入的合法性，然后進(jìn)行路由選擇。假如該數(shù)據(jù)報(bào)已到達(dá)目的地(本機(jī))，則去掉報(bào)頭，將剩下的部分(即運(yùn)輸層分組)交給適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議；假如該數(shù)據(jù)報(bào)未到達(dá)目的地，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)。 (3) 處理差錯(cuò)與控制報(bào)文。處理路由、流量控制、擁塞控制等問題。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 網(wǎng)絡(luò)層提供的其他協(xié)議主要有： (1) 地址解析協(xié)議ARP：用于將Internet地址轉(zhuǎn)換成物理地址； (2) 反向地址解析協(xié)議RARP：與ARP的功能相反，用于將物理地址轉(zhuǎn)換成Internet地址； (3) 網(wǎng)間控制信息協(xié)議ICMP：用于報(bào)告差錯(cuò)和傳送控制信息，其控制功能包括：差錯(cuò)控制、擁塞

36、控制和路由控制等。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 4) 網(wǎng)絡(luò)接入層 網(wǎng)絡(luò)接入層是 TCP/IP協(xié)議軟件的最低一層，主要功能是負(fù)責(zé)接收IP分組，并且通過特定的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出IP分組，上交給運(yùn)輸層。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.3.2 IP編址方式編址方式 在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，地址是一種標(biāo)識(shí)符，用于標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中的某個(gè)對(duì)象，不同的物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有不同的編址方式。IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是將不同物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)統(tǒng)一起來的高層軟件技術(shù)，在統(tǒng)一的過程中，首先要解決的問題就是地址的統(tǒng)一。對(duì)于地址，首先的要求是唯一性，即在同一系統(tǒng)中一個(gè)地址只能對(duì)應(yīng)一臺(tái)主機(jī)(一臺(tái)主機(jī)則不一定對(duì)應(yīng)一個(gè)

37、地址)?；ヂ?lián)網(wǎng)中采用了一種全局通用互聯(lián)網(wǎng)中采用了一種全局通用的地址格式的地址格式，為全網(wǎng)的每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，依次來屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)地址的差異，從而為保證其以一個(gè)一致性實(shí)體的形象出現(xiàn)奠定了重要基礎(chǔ)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 1分類編址機(jī)制分類編址機(jī)制 最初的互聯(lián)網(wǎng)采用簡單的分類編址機(jī)制，一個(gè)IP地址由4個(gè)8位字節(jié)數(shù)字串組成，這4個(gè)字節(jié)通常用小數(shù)點(diǎn)分隔。每個(gè)字節(jié)可用十進(jìn)制或十六進(jìn)制表示，如2或0 x8.0 x43.0 x10.0 x26 就是用十進(jìn)制或十六進(jìn)制表示的IP地址。IP地址也可以用二進(jìn)制表示。 一個(gè)IP地址包括兩個(gè)標(biāo)識(shí)碼(ID)，即網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)I

38、D，如圖10.10所示。圖圖10.10 IP地址的組成地址的組成網(wǎng)絡(luò) ID主機(jī) ID第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)都用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID，網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)(包括網(wǎng)絡(luò)上工作站、服務(wù)器和路由器等)有一個(gè)主機(jī)ID與其對(duì)應(yīng)。據(jù)此把IP地址的4個(gè)字節(jié)劃分為兩個(gè)部分，一部分用以標(biāo)明具體的網(wǎng)絡(luò)段，即網(wǎng)絡(luò)ID；另一部分用以標(biāo)明具體的節(jié)點(diǎn)，即宿主機(jī)ID。 在這32位地址信息內(nèi)有五種定位的劃分方式，這五種劃分方法分別對(duì)應(yīng)于A、B、C、D和E類IP地址，如表10.2所示。 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 表表10.2 IP地址劃分方法地址劃分方法第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Inte

39、rnet A類：一個(gè)A類IP地址由1個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和3個(gè)字節(jié)的主機(jī)地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址的最高位必須是“0”(每個(gè)字節(jié)有8位二進(jìn)制數(shù))。 B類：一個(gè)B類IP地址由2個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和2個(gè)字節(jié)的主機(jī)地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址的最高兩位必須是“10”。 C類：一個(gè)C類地址由3個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和1個(gè)字節(jié)的主機(jī)地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址的最高三位必須是“110。 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet D類：用于多點(diǎn)播送。第一個(gè)字節(jié)以“1110”開始。因此，任何第一個(gè)字節(jié)大于223小于240的IP地址是多點(diǎn)播送地址。 E類：以“11110”開始，為將來使用保留。 傳統(tǒng)分類編址方式使得同一物理網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)共享一個(gè)相同

40、的前綴網(wǎng)絡(luò)ID，在互聯(lián)網(wǎng)中選路時(shí)，只檢查目的地址的網(wǎng)絡(luò)ID，就可以找到目的主機(jī)所在的物理網(wǎng)絡(luò)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2子網(wǎng)編址子網(wǎng)編址 20世紀(jì)80年代，隨著局域網(wǎng)的流行，傳統(tǒng)分類編址方式為每個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)獨(dú)特的前綴會(huì)迅速耗盡地址空間，因此開發(fā)了一種地址擴(kuò)展來保存網(wǎng)絡(luò)前綴，這種方法稱為子網(wǎng)編址(Subnet Addressing)，允許多個(gè)物理地址共享一個(gè)前綴。 子網(wǎng)劃分用來把一個(gè)單一的IP網(wǎng)絡(luò)地址劃分成多個(gè)更小的子網(wǎng)(Subnet)。這種技術(shù)可使一個(gè)較大的分類IP地址能夠被進(jìn)一步劃分。子網(wǎng)劃分基于以下原理：采用借位的方式，從主機(jī)位最高位開始借位變?yōu)樾碌淖泳W(wǎng)位，所剩余的部

41、分則仍為主機(jī)位。這使得IP地址的結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)號(hào)加主機(jī)號(hào)變?yōu)槿糠郑壕W(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 子網(wǎng)劃分的方法如圖10.11所示。在Internet地址中，網(wǎng)絡(luò)地址部分不變，原主機(jī)地址劃分為子網(wǎng)地址和主機(jī)地址。圖圖10.11 子網(wǎng)劃分原理子網(wǎng)劃分原理網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)地址主機(jī)地址第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 掩碼（掩碼（Mask）與子網(wǎng)掩碼）與子網(wǎng)掩碼(Subnet Mask) 掩碼用于識(shí)別IP地址網(wǎng)絡(luò)部分/主機(jī)部分。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都選用32位的掩碼，掩碼中的1對(duì)應(yīng)著IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，掩碼中的0對(duì)應(yīng)著IP地址的主機(jī)號(hào)。 子網(wǎng)掩碼則是掩碼的一部分，可以進(jìn)一步劃分

42、出子網(wǎng)。 例如：IP地址為，掩碼為，將這兩個(gè)數(shù)進(jìn)行二進(jìn)制的邏輯與，得到結(jié)果為：網(wǎng)絡(luò)部分是134.211，IP地址剩余部分就是主機(jī)號(hào)32.1。 如果對(duì)B類網(wǎng)絡(luò)134.211進(jìn)行了子網(wǎng)劃分，如果子網(wǎng)掩碼為0 . 0 . 2 4 0 . 0 ( 整 個(gè) 掩 碼 為 2 5 5 . 2 5 5 . 2 4 0 . 0 / 2 0 ， 即11111111.11111111.11110000.00000000)。 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.3.3 域名系統(tǒng)域名系統(tǒng) 在Internet中IP地址由32 bit組成，對(duì)于這種數(shù)字型地址，用戶很難

43、記憶和理解。為了向用戶提供一種直觀明白的主機(jī)標(biāo)識(shí)符，TCP/IP開發(fā)了一種命名協(xié)議，即域名系統(tǒng)DNS(Domain Name System)。這是一種字符型的主機(jī)命名機(jī)制，用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)名與主機(jī)地址間的映射。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 1命名機(jī)制命名機(jī)制 Internet允許每個(gè)用戶為自己的計(jì)算機(jī)命名，并且允許用戶輸入計(jì)算機(jī)的名字來代替機(jī)器的地址。Internet提供了將主機(jī)名字翻譯成地址的服務(wù)。 對(duì)主機(jī)名字的首要要求是全局惟一性，這樣才可在整個(gè)網(wǎng)中通用；其次要便于管理，這里包括名字的分配、確認(rèn)和回收等工作；最后要便于名字與IP地址之間的映射。對(duì)這樣三個(gè)問題的特定解決方法，便構(gòu)成了特

44、定的命名機(jī)制。 在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中最先采用的是無層次命名機(jī)制，由于其能力有限，現(xiàn)已被淘汰。TCP/IP采用的是層次型命名機(jī)制，其層次型命名結(jié)構(gòu)與Internet網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 在層次型命名管理中，首先由中央管理機(jī)構(gòu)將最高一級(jí)名字空間劃分為若干部分，并將各部分的管理權(quán)授予相應(yīng)機(jī)構(gòu)；各管理機(jī)構(gòu)可以將自己管轄的名字空間再進(jìn)一步劃分成若干子部分，并將這些子部分的管理權(quán)再授予若干子機(jī)構(gòu)。 一個(gè)通用的完整的層次型主機(jī)名格式如下： 本地名組名網(wǎng)點(diǎn)名其中，一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)是Internet中的一個(gè)部分，由若干在地址位置或組織關(guān)系上聯(lián)系非常緊密的網(wǎng)絡(luò)組成；一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)又可分為若干個(gè)“

45、管理組”，并以此作為基礎(chǔ)；在組名之下是各主機(jī)“本地名”。 為保證主機(jī)名的惟一性，則只要保證同層名字不發(fā)生沖突即可。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 2Internet域名域名 TCP/IP命名協(xié)議只是一種抽象說法，任何組織都可根據(jù)其層次型名字空間的要求，構(gòu)造自己組織內(nèi)部的域名，不過這些城名的使用也僅限于其系統(tǒng)內(nèi)部。 Internet為保證其域名系統(tǒng)的通用性，特規(guī)定了一組正式的通用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)，作為第一級(jí)域的域名，如表10.3所示。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 表表10.3 一級(jí)一級(jí)Internet域名域名域 名 域描述 COM 商業(yè)組織 EDU 教育機(jī)構(gòu) GOV 政府部門 MIL

46、軍事部門 NET 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和服務(wù)中心 ORG 其他組織機(jī)構(gòu) INT 國際組織 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet com netorgedugovmilcoopbizinfoaerointcnukhkjsshbjorgnetgoveducom acpkufudansjtutsinghua樹根cctvibmhpmot頂級(jí)域名二級(jí)域名三級(jí)域名mailep四級(jí)域名mailcsnetlseu第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 3DNS管理管理 在Internet中，分組傳送時(shí)必須使用IP地址。用戶輸入的是主機(jī)名字，DNS的作用是將名字自動(dòng)翻譯成IP地址。 DNS使用客戶機(jī)/服務(wù)器模型，其服務(wù)器

47、稱為域名服務(wù)器。在域名服務(wù)器中保存了某一組織的全部主機(jī)的名字及其對(duì)應(yīng)的IP地址。當(dāng)某個(gè)應(yīng)用程序需要將某一主機(jī)名翻譯成IP地址時(shí)，該應(yīng)用程序即成為DNS的一個(gè)客戶。該應(yīng)用程序與域名服務(wù)器建立連接，將其主機(jī)名發(fā)送到域名服務(wù)器，域名服務(wù)器查找其對(duì)應(yīng)的IP地址，然后將正確的IP地址回送給該應(yīng)用程序。這樣該應(yīng)用程序在以后的所有通信中將使用該IP地址。10.3第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.4 IP 協(xié)協(xié) 議議10.4.1 IP分組格式分組格式 IP分組由分組頭和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分組成。其中，分組頭部分用來存放IP協(xié)議的具體控制信息，而數(shù)據(jù)區(qū)則包含了上層協(xié)議(如TCP)提交給IP協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)。I

48、P分組的格式如圖10.14所示。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 圖圖10.14 IP分組格式分組格式版本 分組頭長度 服務(wù)類型標(biāo)識(shí)符生存時(shí)間協(xié)議總長度標(biāo)志分片偏移量分組頭校驗(yàn)和源IP地址目的IP地址填充任選項(xiàng)分組頭數(shù)據(jù)區(qū)第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet IP分組頭由以下字段組成： (1) 版本：長度為4 bit，表示與IP分組對(duì)應(yīng)的IP協(xié)議版本號(hào)。在處理IP分組前，IP軟件都要檢查IP分組的版本字段，以保證分組格式與軟件期待的一致。目前的協(xié)議版本號(hào)是4，因此IP有時(shí)也稱作IPv4。 (2) 分組頭長度：長度為4 bit，用于指明IP分組頭的長度，其單位是4個(gè)字節(jié)(32 bit)，

49、即分組頭部是4個(gè)字節(jié)整數(shù)倍的數(shù)目。由于IP分組頭的長度是可變的，因此，該字段是必不可少的。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (3) 服務(wù)類型(TOS)：長度為8 bit，用于指明IP分組所希望得到的有關(guān)優(yōu)先級(jí)、可靠性、吞吐量、時(shí)延等方面的服務(wù)質(zhì)量要求, 如圖10.15所示。它包括一個(gè)3 bit的優(yōu)先級(jí)子字段，優(yōu)先級(jí)取值范圍07；D、T、R各占1 bit，表示該分組所期望的服務(wù)類型。D為最小時(shí)延，T為最大吞吐量, R為最高可靠性。如果所有比特位均為0, 那么就意味著該服務(wù)為普遍服務(wù)。圖圖10.15 服務(wù)類型字段服務(wù)類型字段優(yōu)先級(jí) D T R 未用 第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (

50、4) 總長度：長度為16個(gè)比特，用于指名整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度，以字節(jié)為單位。它包括分組頭和數(shù)據(jù)區(qū)的長度，利用分組頭部長度字段和總長度字段，我們就可以知道IP分組中數(shù)據(jù)內(nèi)容的起始位置和長度。由于該字段長16 bit，所以IP分組最長可達(dá)65 535字節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)被分片時(shí)，該字段的值也隨著變化。 總長度字段是IP分組頭中必要的內(nèi)容，因?yàn)橐恍?shù)據(jù)鏈路(如以太網(wǎng))需要填充一些數(shù)據(jù)以達(dá)到最小長度。例如，以太網(wǎng)的最小幀長為46字節(jié)，但是IP分組可能會(huì)更短。如果沒有總長度字段，那么IP層就不知道46字節(jié)中有多少是IP數(shù)據(jù)報(bào)的內(nèi)容。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (5) 標(biāo)識(shí)符：長度為16個(gè)bit，和

51、源地址、目的地址、用戶協(xié)議一起惟一地標(biāo)識(shí)主機(jī)發(fā)送的每一個(gè)分組。通常每發(fā)送一個(gè)分組它的值就會(huì)加1。我們在10.5節(jié)介紹分片和重組時(shí)再詳細(xì)討論它。同樣，在討論分片時(shí)我們再來分析標(biāo)志字段和片偏移字段。 (6) 標(biāo)志：長度為3 bit，在3 bit中1位保留，另兩位DF和MF分別用于指明IP分組不分片和分片。 (7) 分片偏移量：長度為13 bit，以8字節(jié)為1單位，用于指明當(dāng)前分組片在原始分組中的位置，這是分段和重組所必需的。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (8) 生存時(shí)間TTL(Time-To-Live)：長度為8 bit，用于指明IP分組可在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)淖铋L時(shí)間，TTL的初始值由源主機(jī)設(shè)

52、置(通常為32位或64位)，一旦經(jīng)過一個(gè)處理它的路由器，它的值就減去1。當(dāng)該字段的值減為0時(shí)，該分組被丟棄，并發(fā)送ICMP消息通知源主機(jī)。這個(gè)字段用于保證IP分組不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)時(shí)無休止地傳輸。 (9) 協(xié)議：長度為8 bit，用于指明調(diào)用IP協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)母邔訁f(xié)議，高層協(xié)議的號(hào)碼由TCP/IP權(quán)威管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一分配。例如，ICMP的值為1，TCP的值為6，UDP的值為17。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (10) 分組頭校驗(yàn)和：長度為16 bit，用于保證IP分組頭的完整性。只對(duì)IP分組頭部(不對(duì)分組頭部后面的數(shù)據(jù)區(qū))計(jì)算的檢驗(yàn)和。其算法為：該字段初始值為0，然后對(duì)IP分組頭以每16位為

53、單位進(jìn)行求異或，并將結(jié)果求反，便得到校驗(yàn)和。 (11) 源IP地址：長度為32 bit，用于指明發(fā)送IP分組的源主機(jī)IP地址。 (12) 目的地址：長度為32 bit，用于指明接收IP分組的目標(biāo)主機(jī)IP地址。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (13) 任選項(xiàng)：長度可變，該字段允許在以后版本中包括在當(dāng)前設(shè)計(jì)的分組頭中未出現(xiàn)的信息，其使用有一些特殊的規(guī)定。目前，這些任選項(xiàng)定義如下： 安全和處理限制(用于軍事領(lǐng)域，詳細(xì)內(nèi)容參見RFC 1108)； 記錄路徑(讓每個(gè)路由器都記下它的IP地址，見7.3節(jié))； 時(shí)間戳(讓每個(gè)路由器都記下它的IP地址和時(shí)間，見7.4節(jié))； 寬松的源站選路(為分組指定一

54、系列必須經(jīng)過的IP地址)； 嚴(yán)格的源站選路(與寬松的源站選路類似，但是它要求只能經(jīng)過指定的這些地址，不能經(jīng)過其他的地址)。 這些選項(xiàng)很少被使用，并非所有的主機(jī)和路由器都支持這些選項(xiàng)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (14) 填充：長度不定，由于IP分組頭必須是4字節(jié)的整數(shù)倍(這是分組頭長度字段所要求的)，因此，當(dāng)使用任選項(xiàng)的IP分組頭長度不足4字節(jié)的整數(shù)倍時(shí)，必須用0填入填充字段來滿足這一要求。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.4.2 IP的分片與重裝的分片與重裝 在互聯(lián)網(wǎng)中各個(gè)網(wǎng)絡(luò)定義的最大分組長度可能不同，網(wǎng)絡(luò)層需要將收到的數(shù)據(jù)報(bào)分割成較小的數(shù)據(jù)塊，稱為分片。相反地，到

55、了目的端將多個(gè)數(shù)據(jù)塊組合起來，稱為重裝。 IP分組格式中，分片偏移量和標(biāo)志字段用來對(duì)IP分組的分片與重裝，分片過程如圖10.16所示。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 圖圖10.16 IP分組的分片過程分組的分片過程分組頭數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)長度 208 個(gè) 8 位位組分片偏移量 0標(biāo)志 1分組頭數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)長度 196 個(gè) 8 位位組分片偏移量 26 個(gè) 64 比特單元(208 個(gè) 8 位位組)標(biāo)志 0分組頭數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)長度 404 個(gè) 8 位位組分片偏移量 0標(biāo)志 0第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 原始數(shù)據(jù)長度404個(gè)8位位組，在網(wǎng)絡(luò)層傳輸過程中分為兩個(gè)數(shù)據(jù)塊，一塊長度

56、為208個(gè)8位位組，另外一塊為196個(gè)8位位組。在第一分片中，數(shù)據(jù)長度為208個(gè)8位位組，分片偏移量為0，(后續(xù))標(biāo)志為1，表示后續(xù)有分片的數(shù)據(jù)。在第二分片中，數(shù)據(jù)長度為196個(gè)8位位組，分片偏移量為26個(gè)64 bit單元(208個(gè)8位位組)，(后續(xù))標(biāo)志為0，表示后續(xù)不再有分片的數(shù)據(jù)。到了目的端后，根據(jù)分片偏移量和后續(xù)標(biāo)志對(duì)分片的數(shù)據(jù)進(jìn)行重裝。10.4第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.5 運(yùn)運(yùn) 輸輸 層層 協(xié)協(xié) 議議10.5.1 運(yùn)輸層端口運(yùn)輸層端口 運(yùn)輸層與網(wǎng)絡(luò)層在功能上的最大區(qū)別是前者提供進(jìn)程通信能力，后者則不提供。在進(jìn)程通信的意義上，網(wǎng)絡(luò)通信的最終地址就不僅僅是主機(jī)地址了，

57、還包括可以描述的某種標(biāo)識(shí)符。為此，TCP/IP提出協(xié)議端口的概念，用于標(biāo)識(shí)通信的進(jìn)程。為了區(qū)分不同的端口，用端口號(hào)對(duì)每個(gè)端口進(jìn)行標(biāo)識(shí)。 端口分為兩部分，一部分是保留端口，另外一部分是自由端口。其中保留端口只占很小的數(shù)目，以全局方式進(jìn)行分配，即由一個(gè)公認(rèn)的機(jī)構(gòu)統(tǒng)一進(jìn)行分配，并將結(jié)果公諸于眾。自由端口占全端口的絕大部分，以本地方式進(jìn)行分配。TCP和UDP均規(guī)定，小于256的端口號(hào)才能作為保留端口使用。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.5.2 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP建立在IP協(xié)議之上，同IP協(xié)議一起提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸。相對(duì)與IP協(xié)議，它惟一增加的能力

58、是提供協(xié)議端口，以保證進(jìn)程通信。 UDP由兩大部分組成：報(bào)頭和數(shù)據(jù)區(qū)，如圖10.17所示。圖圖10.17 UDP報(bào)文格式報(bào)文格式UDP 源端口號(hào)UDP 報(bào)文長度UDP 目的端口號(hào)UDP 校驗(yàn)和數(shù)據(jù)01531報(bào)頭16第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (1) UDP源端口號(hào)：指示發(fā)送方的UDP端口號(hào)，當(dāng)不需要返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，可將這個(gè)字段的值置0。 (2) UDP目的端口號(hào)：指示接收方的UDP端口號(hào)。UDP將根據(jù)該字?jǐn)嗟膬?nèi)容將報(bào)文送給指定的應(yīng)用進(jìn)程。 (3) UDP報(bào)文長度：指示數(shù)據(jù)報(bào)總長度，包括報(bào)頭和數(shù)據(jù)區(qū)總長度。最小值為8，即UDP報(bào)頭部分的長度。 (4) UDP校驗(yàn)和：該字段為可選項(xiàng)。為0表

59、示未選校驗(yàn)和，而全1表示校驗(yàn)和為0。校驗(yàn)和的可選性是UDP效率的又一體現(xiàn)，因?yàn)橛?jì)算校驗(yàn)和是一個(gè)非常耗時(shí)的工作，如果應(yīng)用程序?qū)π实囊蠓浅８?，則可不選此項(xiàng)。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 當(dāng)IP模塊收到一個(gè)IP分組時(shí)，它就將其中的UDP數(shù)據(jù)報(bào)遞交給UDP模塊。UDP模塊在收到由IP層傳來的UDP數(shù)據(jù)報(bào)后，首先檢驗(yàn)UDP校驗(yàn)和。如果校驗(yàn)和為0，表示發(fā)送方?jīng)]有計(jì)算校驗(yàn)和。如果校驗(yàn)和非0，并且校驗(yàn)和不正確，則UDP將丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)。如果校驗(yàn)和非0，并且校驗(yàn)和正確，則UDP根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)的目的端口號(hào)，將其送給指定應(yīng)用程序等待隊(duì)列。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 10.5.3 運(yùn)輸控制協(xié)議運(yùn)輸

60、控制協(xié)議TCP 運(yùn)輸控制協(xié)議TCP是運(yùn)輸層的另一個(gè)重要協(xié)議。它用于在各種網(wǎng)絡(luò)上提供有序可靠的面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。與UDP相比，TCP最大特點(diǎn)是以犧牲效率為代價(jià)換取高可靠的服務(wù)。為了達(dá)到這種高可靠性，TCP必須檢測分組的丟失，在收不到確認(rèn)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)重傳、流量控制、擁塞控制等。第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet 1TCP分組格式分組格式圖圖10.18 TCP分組格式分組格式數(shù)據(jù)偏移保留確認(rèn)號(hào)序號(hào)源端口目的端口窗口校驗(yàn)和緊急指針任選項(xiàng)填充081631分組頭數(shù)據(jù)區(qū)URG ACK PSHRST SYNFIN第10章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及Internet (1) 源端口：標(biāo)識(shí)源端應(yīng)用進(jìn)程。 (2) 目的端