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Internet10.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述10.2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)10.3Internet基本概念10.4IP協(xié)議10.5運(yùn)輸層協(xié)議10.6互聯(lián)網(wǎng)工作過(guò)程10.7Internet基本業(yè)務(wù)10.1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)展自從1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī))問(wèn)世以來(lái)，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。

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)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(guó)誕生時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)并沒(méi)有直接的聯(lián)系。50年代初，由于美國(guó)軍方的需要，美國(guó)半自動(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(cè)量設(shè)施測(cè)到的信息通過(guò)總長(zhǎng)度達(dá)到241萬(wàn)千米的通信線(xiàn)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。1969年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署(ARPA：AdvancedResearchProjectsAgency)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(hù)可以通過(guò)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(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)與衛(wèi)星通信線(xiàn)路，使網(wǎng)絡(luò)覆蓋了從美國(guó)本土到歐洲與夏威夷的廣闊地域。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(wú)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?/p>

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)。

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(guò)適當(dāng)修改與充實(shí)后仍在廣泛使用。目前國(guó)際上應(yīng)用廣泛的Internet網(wǎng)絡(luò)就是在A(yíng)RPANet的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的道路。

第三階段：提出開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型與協(xié)議，促進(jìn)了符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。國(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多年卓有成效的工作，ISO正式制定、頒布了“開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型”(OSIRM：OpenSystemInterconnectionReferenceModel)，即ISO/IEC7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。ISO/OSIRM已被國(guó)際社會(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)。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(guó)也于1989年在《國(guó)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(guó)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。ISO/OSIRM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(chǎng)商相繼宣布支持OSI標(biāo)準(zhǔn)，并積極研究和開(kāi)發(fā)符合OSI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。各種符合OSIRM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(kāi)始廣泛應(yīng)用。隨著研究的深入，OSI標(biāo)準(zhǔn)將日趨完善。

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。進(jìn)入20世紀(jì)80年代末期以來(lái)，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(guó)的ARPANet，已經(jīng)發(fā)展成世界上規(guī)模最大和增長(zhǎng)速度最快的國(guó)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(kāi)發(fā)的萬(wàn)維網(wǎng)WWW(WorldWideWeb)使用在Internet上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)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(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?。Internet是覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施之一，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，它像是一個(gè)龐大的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。用戶(hù)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(xún)、語(yǔ)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。10.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、功能和分類(lèi)

1．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(xiàn)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(lái)，按照某種協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以實(shí)現(xiàn)資源共享的信息系統(tǒng)。

2．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。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(lái)，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(hù)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(lái)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(hù)可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(hù)使用網(wǎng)絡(luò)提供了方便。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(lái)解決問(wèn)題。由此可見(jiàn)，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(hù)提供方便，同時(shí)也減少了費(fèi)用，提高了性能價(jià)格比。

3．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)

(1)按網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)(LAN：LocalAreaNetwork)、廣域網(wǎng)(WAN：WideAreaNetwork)和城域網(wǎng)(MAN：MetropolitanAreaNetwork)。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(chǎng)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?xún)?nèi)，信道傳輸速率可達(dá)1000Mb/s，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布線(xiàn)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(guó)家內(nèi)或幾個(gè)國(guó)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)。(2)按交換方式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為電路交換網(wǎng)絡(luò)(CircuitSwitching)、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)(MessageSwitching)和分組交換網(wǎng)絡(luò)(PacketSwitching)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(shù)型網(wǎng)絡(luò)、總線(xiàn)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。10.110.2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)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)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(lái)，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(lái)越廣。(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(yíng)、工廠(chǎng)等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、終端與各類(lèi)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(10～100Mb/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(fǎng)問(wèn)控制方法。

2．計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的參考模型美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)IEEE802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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可。

IEEE802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(guān)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(shuō)明，應(yīng)比物理層還低，但對(duì)局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)這兩者卻至關(guān)重要，因而在IEEE802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。圖10.2IEEE802參考模型與OSI模型的比較

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(fǎng)問(wèn)控制MAC和邏輯鏈路控制LLC。物理媒介、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)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(lái)了。數(shù)據(jù)鏈路層與媒體接入無(wú)關(guān)的部分都集中在邏輯鏈路控制LLC子層。MAC子層主要有如下功能：(1)將上層來(lái)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(guò)程；(2)實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議；(3)比特差錯(cuò)檢測(cè)。LLC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)。

3．IEEE802標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)包括以下主要部分:(1)IEEE802.1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(cè)量。

(2)IEEE802.2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)IEEE802.3CSMA/CD。定義CSMA/CD總線(xiàn)網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。

(4)IEEE802.4令牌總線(xiàn)網(wǎng)。定義令牌傳遞總線(xiàn)網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。

(5)IEEE802.5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)IEEE802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。10.2.2以太網(wǎng)EthernetIEEE802.3定義了一種基帶總線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其速率為共享總線(xiàn)10Mb/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10Base-2(基帶粗同軸)、10Base-5(基帶細(xì)銅軸)、10Base-T(基帶雙絞線(xiàn))、10Base-FL(基帶光纖)幾種類(lèi)型。

在MAC子層，共享介質(zhì)的訪(fǎng)問(wèn)控制采用CSMA/CD協(xié)議(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)。由于歷史的原因，人們習(xí)慣上將采用IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)稱(chēng)為Ethernet。

1．帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)法(CSMA/CD)CSMA/CD含有兩方面的內(nèi)容，即載波偵聽(tīng)(CSMA)和沖突檢測(cè)(CD)。CSMA/CD訪(fǎng)問(wèn)控制方式主要用于總線(xiàn)型和樹(shù)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(jiǎn)稱(chēng)信包，發(fā)展為IEEE802.3基帶CSMA/CD局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。CSMA/CD的設(shè)計(jì)思想如下：

1)偵聽(tīng)(監(jiān)聽(tīng))總線(xiàn)查看信道上是否有信號(hào)是CSMA系統(tǒng)的首要問(wèn)題，各個(gè)站點(diǎn)都有一個(gè)“偵聽(tīng)器”，用來(lái)測(cè)試總線(xiàn)上有無(wú)其他工作站正在發(fā)送信息(也稱(chēng)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(zhēng)取發(fā)送權(quán)；如果偵聽(tīng)總線(xiàn)是空閑的，沒(méi)有其他工作站發(fā)送的信息就立即搶占總線(xiàn)進(jìn)行信息發(fā)送。查看信號(hào)的有無(wú)稱(chēng)為載波偵聽(tīng)，而多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)指多個(gè)工作站共同使用一條線(xiàn)路。CSMA技術(shù)中要解決的另一個(gè)問(wèn)題是偵聽(tīng)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(cè)到信道被占用后，繼續(xù)偵聽(tīng)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(chēng)為持續(xù)的載波偵聽(tīng)多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)。方法二：當(dāng)某工作站檢測(cè)到信道被占用后，就延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后再檢測(cè)，不斷重復(fù)上述過(guò)程，直到發(fā)現(xiàn)信道空閑后，開(kāi)始發(fā)送信息，這種方法稱(chēng)為非持續(xù)載波偵聽(tīng)多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)。2)沖突檢測(cè)(碰撞檢測(cè))

當(dāng)信道處于空閑時(shí)，某一個(gè)瞬間，如果總線(xiàn)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(cè)到信道是空閑的，同時(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(tīng)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(wèn)題。3)沖突加強(qiáng)如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過(guò)程中檢測(cè)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)(JammingSignal)”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(cè)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)。4)重新發(fā)送數(shù)據(jù)完成“沖突加強(qiáng)”過(guò)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)。IEEE802.3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(guò)16次，則認(rèn)為線(xiàn)路故障，系統(tǒng)進(jìn)入“沖突過(guò)多”結(jié)束狀態(tài)。如重發(fā)次數(shù)N≤16，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(xiàn)忙、閑狀態(tài)，重復(fù)發(fā)送流程。

如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過(guò)程中沒(méi)有檢測(cè)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)。

CSMA/CD的發(fā)送流程可簡(jiǎn)單地概括成四點(diǎn)：先聽(tīng)后發(fā)，邊發(fā)邊聽(tīng)，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(guò)CSMA/CD方法去競(jìng)爭(zhēng)總線(xiàn)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(jìng)爭(zhēng)型介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方法。2．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，IEEE802.3制定了以下一個(gè)簡(jiǎn)明的表示法：

<以Mb/s為單位的傳輸速率><信號(hào)調(diào)制方式><以百米為單位的網(wǎng)段的最大長(zhǎng)度>

例如10Base-2，10代表傳輸速率是10Mb/s，Base代表采用基帶信號(hào)方式，2代表一個(gè)網(wǎng)段的長(zhǎng)度是200米。表10.1IEEE802.310Mb/s物理層介質(zhì)比較百兆以太網(wǎng)百兆以太網(wǎng)指100Base-T或快速Ethernet,IEEE802.3委員會(huì)于1995制訂了快速Ethernet標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3μ，該新標(biāo)準(zhǔn)作為對(duì)IEEE802.3的補(bǔ)充和擴(kuò)充，保持了和原有標(biāo)準(zhǔn)的兼容性?？焖貳thernet在MAC子層仍然使用CSMA/CD協(xié)議，幀結(jié)構(gòu)和幀的最小長(zhǎng)度也保持不變，但幀的發(fā)送間隔從9.6μs減少到0.96μs，以支持在共享介質(zhì)上100Mb/s基帶信號(hào)的傳輸速率。

千兆Ethernet

千兆Ethernet標(biāo)準(zhǔn)在IEEE802.3委員會(huì)制定的IEEE802.3z中定義，它與Ethernet和快速Ethernet工作原理相同，在定義新的介質(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0.096μs。目前千兆Ethernet標(biāo)準(zhǔn)包含的主要物理層介質(zhì)是：

1000Base-LX:使用62.5μm或50μm多模光纖，最長(zhǎng)網(wǎng)段距離為550m；采用1μm單模光纖，最長(zhǎng)網(wǎng)段距離為5km。工作波長(zhǎng)范圍為1270～1355nm。(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(zhǎng)距離使用光纖，短距離則使用銅線(xiàn)，以解決由于100兆Ethernet普及后，對(duì)骨干網(wǎng)帶寬的壓力。

(2)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(jiǎn)單，而且成本低，提供寬帶的能力也強(qiáng)于A(yíng)TM，由于與現(xiàn)有的企業(yè)、機(jī)構(gòu)局域網(wǎng)互通簡(jiǎn)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)。10.210.3Internet基本概念10.3.1互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及協(xié)議模型

1．Internet結(jié)構(gòu)從網(wǎng)絡(luò)通信的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，Internet是一個(gè)由TCP/IP把各個(gè)國(guó)家、各個(gè)機(jī)構(gòu)、各個(gè)部門(mén)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的龐大的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；從信息資源的角度來(lái)看，Internet是一個(gè)集各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)部門(mén)內(nèi)各種信息資源共享為目的的信息資源網(wǎng)；從技術(shù)的角度來(lái)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。

圖10.8為全球互連網(wǎng)絡(luò)示意圖。每個(gè)國(guó)家內(nèi)部由骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)及用戶(hù)駐地園區(qū)網(wǎng)組成。國(guó)家之間由骨干網(wǎng)互連起來(lái)，用戶(hù)就可以共享全球任意一個(gè)國(guó)家的資源。中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部與美國(guó)Sprint電信公司于1994年8月30日簽署了中華人民共和國(guó)通過(guò)SprintLink與Internet互連的協(xié)議。目前，用戶(hù)可以通過(guò)運(yùn)營(yíng)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。圖10.8全球互連網(wǎng)絡(luò)示意圖2．TCP/IP分層模型關(guān)于協(xié)議分層，前面我們?cè)敿?xì)介紹了ISO開(kāi)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(lái)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(kāi)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(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為T(mén)CP/IP賦予了極大的靈活性和適應(yīng)性。TCP/IP共分五層。與OSI七層模型相比，TCP/IP沒(méi)有表示層和會(huì)話(huà)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(chēng)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(lèi)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(hù)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。圖10.9TCP/IP族

3．TCP/IP模型各層功能

1)應(yīng)用層

TCP/IP應(yīng)用層為用戶(hù)提供訪(fǎng)問(wèn)Internet的一組應(yīng)用高層協(xié)議，即一組應(yīng)用程序，如FTP、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(shuō)，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T(mén)CP/IP的內(nèi)容。實(shí)際上，用戶(hù)可以在Internet之上(運(yùn)輸層之上)建立自己的專(zhuān)用程序。設(shè)計(jì)使用這些專(zhuān)用應(yīng)用程序要用到TCP/IP，但不屬于TCP/IP。2)運(yùn)輸層

TCP／IP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)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(hù)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(xún)等。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(lái)自運(yùn)輸層的分組發(fā)送請(qǐng)求。收到請(qǐng)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。(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(wèn)題。

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、擁塞控制和路由控制等。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(guò)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。10.3.2IP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(lái)的高層軟件技術(shù)，在統(tǒng)一的過(guò)程中，首先要解決的問(wèn)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)地址)?；ヂ?lián)網(wǎng)中采用了一種全局通用的地址格式，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(lái)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)。

1．分類(lèi)編址機(jī)制最初的互聯(lián)網(wǎng)采用簡(jiǎn)單的分類(lèi)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0x8.0x43.0x10.0x26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)ID，如圖10.10所示。圖10.10IP地址的組成

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(yíng)、B、C、D和E類(lèi)IP地址，如表10.2所示。表10.2IP地址劃分方法A類(lèi)：一個(gè)A類(lèi)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(lèi)：一個(gè)B類(lèi)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(lèi)：一個(gè)C類(lèi)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"。D類(lèi)：用于多點(diǎn)播送。第一個(gè)字節(jié)以“1110”開(kāi)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(lèi)：以“11110”開(kāi)始，為將來(lái)使用保留。

傳統(tǒng)分類(lèi)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)。

2．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(lèi)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(kāi)發(fā)了一種地址擴(kuò)展來(lái)保存網(wǎng)絡(luò)前綴，這種方法稱(chēng)為子網(wǎng)編址(SubnetAddressing)，允許多個(gè)物理地址共享一個(gè)前綴。子網(wǎng)劃分用來(lái)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(lèi)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(kāi)始借位變?yōu)樾碌淖泳W(wǎng)位，所剩余的部分則仍為主機(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)。

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10.11子網(wǎng)劃分原理掩碼（Mask）與子網(wǎng)掩碼(SubnetMask)

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(lèi)網(wǎng)絡(luò)134.211進(jìn)行了子網(wǎng)劃分，如果子網(wǎng)掩碼為(整個(gè)掩碼為/20，即11111111.11111111.11110000.00000000)。10.3.3域名系統(tǒng)在Internet中IP地址由32bit組成，對(duì)于這種數(shù)字型地址，用戶(hù)很難記憶和理解。為了向用戶(hù)提供一種直觀(guān)明白的主機(jī)標(biāo)識(shí)符，TCP/IP開(kāi)發(fā)了一種命名協(xié)議，即域名系統(tǒng)DNS(DomainNameSystem)。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。

1．命名機(jī)制

Internet允許每個(gè)用戶(hù)為自己的計(jì)算機(jī)命名，并且允許用戶(hù)輸入計(jì)算機(jī)的名字來(lái)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(wèn)題的特定解決方法，便構(gòu)成了特定的命名機(jī)制。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中最先采用的是無(wú)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)。

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)“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。

2．Internet域名

TCP/IP命名協(xié)議只是一種抽象說(shuō)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(guò)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。表10.3一級(jí)Internet域名comnetorgedugovmilcoopbizinfoaerointcnuk…h(huán)kjsshbjorgnetgoveducomac…pkufudansjtutsinghua…樹(shù)根cctvibmhpmot…頂級(jí)域名二級(jí)域名三級(jí)域名mailep四級(jí)域名mailcsnetl……seu

3．DNS管理在Internet中，分組傳送時(shí)必須使用IP地址。用戶(hù)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(hù)機(jī)/服務(wù)器模型，其服務(wù)器稱(chēng)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(hù)。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。10.310.4IP協(xié)議10.4.1IP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(lái)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)。IP分組的格式如圖10.14所示。圖10.14IP分組格式IP分組頭由以下字段組成：

(1)版本：長(zhǎng)度為4bit，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(chēng)作IPv4。

(2)分組頭長(zhǎng)度：長(zhǎng)度為4bit，用于指明IP分組頭的長(zhǎng)度，其單位是4個(gè)字節(jié)(32bit)，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(zhǎng)度是可變的，因此，該字段是必不可少的。(3)服務(wù)類(lèi)型(TOS)：長(zhǎng)度為8bit，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)3bit的優(yōu)先級(jí)子字段，優(yōu)先級(jí)取值范圍0～7；D、T、R各占1bit，表示該分組所期望的服務(wù)類(lèi)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10.15服務(wù)類(lèi)型字段(4)總長(zhǎng)度：長(zhǎng)度為16個(gè)比特，用于指名整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位。它包括分組頭和數(shù)據(jù)區(qū)的長(zhǎng)度，利用分組頭部長(zhǎng)度字段和總長(zhǎng)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(zhǎng)度。由于該字段長(zhǎng)16bit，所以IP分組最長(zhǎng)可達(dá)65535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?？傞L(zhǎng)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(zhǎng)度。例如，以太網(wǎng)的最小幀長(zhǎng)為46字節(jié)，但是IP分組可能會(huì)更短。如果沒(méi)有總長(zhǎng)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。(5)標(biāo)識(shí)符：長(zhǎng)度為16個(gè)bit，和源地址、目的地址、用戶(hù)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?cè)?0.5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?cè)賮?lái)分析標(biāo)志字段和片偏移字段。

(6)標(biāo)志：長(zhǎng)度為3bit，在3bit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(zhǎng)度為13bit，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。(8)生存時(shí)間TTL(Time-To-Live)：長(zhǎng)度為8bit，用于指明IP分組可在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)淖铋L(zhǎng)時(shí)間，TTL的初始值由源主機(jī)設(shè)置(通常為32位或64位)，一旦經(jīng)過(guò)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(wú)休止地傳輸。

(9)協(xié)議：長(zhǎng)度為8bit，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。(10)分組頭校驗(yàn)和：長(zhǎng)度為16bit，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(zhǎng)度為32bit，用于指明發(fā)送IP分組的源主機(jī)IP地址。

(12)目的地址：長(zhǎng)度為32bit，用于指明接收IP分組的目標(biāo)主機(jī)IP地址。(13)任選項(xiàng)：長(zhǎng)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(jiàn)RFC1108)；●記錄路徑(讓每個(gè)路由器都記下它的IP地址，見(jiàn)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(jiàn)7.4節(jié))；●寬松的源站選路(為分組指定一系列必須經(jīng)過(guò)的IP地址)；●嚴(yán)格的源站選路(與寬松的源站選路類(lèi)似，但是它要求只能經(jīng)過(guò)指定的這些地址，不能經(jīng)過(guò)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)。(14)填充：長(zhǎng)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(zhǎng)度字段所要求的)，因此，當(dāng)使用任選項(xiàng)的IP分組頭長(zhǎng)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(lái)滿(mǎn)足這一要求。10.4.2IP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(zhǎng)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(chēng)為分片。相反地，到了目的端將多個(gè)數(shù)據(jù)塊組合起來(lái)，稱(chēng)為重裝。

IP分組格式中，分片偏移量和標(biāo)志字段用來(lái)對(duì)IP分組的分片與重裝，分片過(guò)程如圖10.16所示。圖10.16IP分組的分片過(guò)程

原始數(shù)據(jù)長(zhǎng)度404個(gè)8位位組，在網(wǎng)絡(luò)層傳輸過(guò)程中分為兩個(gè)數(shù)據(jù)塊，一塊長(zhǎng)度為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(zhǎng)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(zhǎng)度為196個(gè)8位位組，分片偏移量為26個(gè)64bit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。10.410.5運(yùn)輸層協(xié)議10.5.1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，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。10.5.2用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP

用戶(hù)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(wú)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10.17UDP報(bào)文格式(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(zhǎng)度：指示數(shù)據(jù)報(bào)總長(zhǎng)度，包括報(bào)頭和數(shù)據(jù)區(qū)總長(zhǎng)度。最小值為8，即UDP報(bào)頭部分的長(zhǎng)度。

(4)UDP校驗(yàn)和：該字段為可選項(xiàng)。為0表示未選校驗(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)。

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(lái)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。10.5.3運(yùn)輸控制協(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(cè)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。1．TCP分組格式圖10.18TCP分組格式(1)源端口：標(biāo)識(shí)源端應(yīng)用進(jìn)程。

(2)目的端口：標(biāo)識(shí)目的端應(yīng)用進(jìn)程。

(3)序號(hào)：在SYN標(biāo)志未置位時(shí)，該字段指示了用戶(hù)數(shù)據(jù)區(qū)中第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)；在SYN標(biāo)志置位時(shí)，該字段指示的是初始發(fā)送的序列號(hào)。

(4)確認(rèn)號(hào)：用來(lái)確認(rèn)本端TCP實(shí)體已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)，其值表示期待對(duì)端發(fā)送的下一個(gè)字節(jié)的序號(hào)，實(shí)際上告訴對(duì)方，在這個(gè)序號(hào)減1以前的字節(jié)已正確接收。

(5)數(shù)據(jù)偏移：表示以32位字為單位的TCP分組頭的總長(zhǎng)度，用于確定用戶(hù)數(shù)據(jù)區(qū)的起始位置。(6)URG：緊急指針字段有效。

(7)ACK：確認(rèn)好有效。

(8)PSH：Push操作。TCP分組長(zhǎng)度不定，為提高傳輸效率，往往要收集到足夠的數(shù)據(jù)后才發(fā)送。這種方式不適合實(shí)時(shí)性要求很高的應(yīng)用，因此，TCP提供“Push”操作，以強(qiáng)迫傳輸當(dāng)前的數(shù)據(jù)，不必等待緩沖區(qū)滿(mǎn)才傳送。

(9)RST：連接復(fù)位，重新連接。

(10)SYN：同步序號(hào)，該比特置位表示連接建立分組。

(11)FIN：字符串發(fā)送完畢，沒(méi)有其他數(shù)據(jù)需要發(fā)送，該比特置位表示連接確認(rèn)分組。(12)窗口：?jiǎn)挝皇亲止?jié)，指明該分組的發(fā)送端愿意接收的從確認(rèn)字段中的值開(kāi)始的字節(jié)數(shù)量。

(13)校驗(yàn)和：對(duì)TCP分組的頭部和數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行校驗(yàn)。

(14)緊急指針：指出窗口中緊急數(shù)據(jù)的位置(從分組序號(hào)開(kāi)始的正向位移，指向緊急數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié))，這些緊急數(shù)據(jù)應(yīng)優(yōu)先于其他數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送。

(15)任選項(xiàng)：用于處理一些特殊情況。目前被正式使用的選項(xiàng)字段可用于定義通信過(guò)程中的最大分組長(zhǎng)度，只能在連接建立時(shí)使用。

(16)填充：用于保證任選項(xiàng)為32bit的整數(shù)倍。2．TCP連接建立、拆除

TCP協(xié)議是面向字節(jié)流的，提供高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。在數(shù)據(jù)傳輸前，TCP協(xié)議必須在兩個(gè)不同主機(jī)的傳輸端口之間建立一條連接，一旦連接建立成功，在兩個(gè)進(jìn)程間就建立起來(lái)一條虛電路，數(shù)據(jù)分組在建立好的虛連接上依次傳輸。

(1)TCP在連接建立機(jī)制上，提供了三次握手的方法，如圖10.19所示。圖10.19TCP三次握手建立連接

兩臺(tái)主機(jī)應(yīng)用進(jìn)程在傳輸數(shù)據(jù)前，建立TCP連接的過(guò)程：第一次握手，發(fā)端發(fā)出連接請(qǐng)求(ConnectRequest)，包括發(fā)端的初始分組序號(hào)；第二次握手，接收端收到連接請(qǐng)求后，發(fā)回連接確認(rèn)(ConnectConfirm)，包含收端的初始分組序號(hào)，以及對(duì)發(fā)端初始分組的確認(rèn)；第三次握手，發(fā)端向接收端發(fā)送連接確認(rèn)已收到，連接已建立。(2)TCP連接的拆除。由于TCP連接是一個(gè)全雙工的數(shù)據(jù)通道，一個(gè)連接的關(guān)閉必須由通信雙方共同完成。當(dāng)通信的一方?jīng)]有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給對(duì)方時(shí)，可以使用終止連接(FIN)向?qū)Ψ桨l(fā)送關(guān)閉連接請(qǐng)求。這時(shí)，它雖然不再發(fā)送數(shù)據(jù)，但并不排斥在這個(gè)連接上繼續(xù)接收數(shù)據(jù)。只有當(dāng)通信的對(duì)方也遞交了終止連接的請(qǐng)求后，這個(gè)TCP連接才會(huì)完全關(guān)閉，如圖10.20所示。在終止連接時(shí)，既可以由一方發(fā)起而另一方響應(yīng)，也可以雙方同時(shí)發(fā)起。無(wú)論怎樣，收到關(guān)閉連接請(qǐng)求的一方必須使用終止確認(rèn)(ACK)給予確認(rèn)。實(shí)際上，TCP連接的關(guān)閉過(guò)程是一個(gè)四次握手的過(guò)程。圖10.20TCP終止連接的過(guò)程3．TCP連接的完整通信過(guò)程圖10.21TCP完整的通信過(guò)程10.510.6互聯(lián)網(wǎng)工作過(guò)程10.6.1路由協(xié)議路由協(xié)議使路由器能夠與其他路由器交換有關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂蛇_(dá)性的信息。任何路由器的首要目標(biāo)都是保證網(wǎng)絡(luò)中所有的路由器都具有一個(gè)完整準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)，這樣，每個(gè)路由器都根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?shù)據(jù)庫(kù)來(lái)計(jì)算各自的路由表。正確的路由表能夠提高IP分組正確到達(dá)目的地的概率；不正確或不完整的路由表易于導(dǎo)致IP分組不能到達(dá)其目的地，更壞的情況是它可能在網(wǎng)絡(luò)上循環(huán)一段較長(zhǎng)時(shí)間，白白地消耗了帶寬和路由器上的資源。

路由協(xié)議可以分為域內(nèi)(Intradomain)和域間(Interdomain)兩類(lèi)。一個(gè)域通常又可以被稱(chēng)為自治系統(tǒng)(AS：AutonomousSystem)。AS是一個(gè)由單一實(shí)體進(jìn)行控制和管理的路由器集合，采用一個(gè)唯一的AS(如AS3)號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。域內(nèi)協(xié)議被用在同一個(gè)AS中的路由器之間，其作用是計(jì)算AS中的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的最快或者費(fèi)用最低的通路，以達(dá)到最佳的網(wǎng)絡(luò)性能。域間協(xié)議被用在不同自治域中的路由器之間，其作用是計(jì)算那些需要穿越不同自治域系統(tǒng)的通路。由于這些自治域系統(tǒng)是由不同的組織管理的，因此在選擇穿越AS的通路時(shí)，我們所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)將不只局限于通常所說(shuō)的性能，而且要依據(jù)多種特定的策略和標(biāo)準(zhǔn)，如費(fèi)用、可用性、性能、AS之間的商業(yè)關(guān)系等。

1．RIPRIP最初是為Xerox網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Xeroxparc通用而設(shè)計(jì)的協(xié)議，是Internet中常用的路由協(xié)議。RIP采用距離向量算法，即路由器根據(jù)距離選擇路由，所以也稱(chēng)為距離向量協(xié)議。路由器收集所有可到達(dá)目的地的不同路由，并且保存有關(guān)到達(dá)每個(gè)目的地的最少站點(diǎn)數(shù)的路由信息，除到達(dá)目的地的最佳路徑外，任何其他信息均予以丟棄。同時(shí)路由器也把所收集的路由信息用RIP通知相鄰的其他路由器。這樣，正確的路由信息逐漸擴(kuò)散到了全網(wǎng)。

RIP使用非常廣泛，它簡(jiǎn)單、可靠、便于配置。但是RIP只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗试S的最大站點(diǎn)數(shù)為15，任何超過(guò)15個(gè)站點(diǎn)的目的地均被標(biāo)記為不可達(dá)。而且RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴的重要原因之一。

2．OSPF協(xié)議

20世紀(jì)80年代中期，RIP已不能適應(yīng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，OSPF隨之產(chǎn)生。它是互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組織(IETF)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組為IP網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的一種路由協(xié)議。

OSPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個(gè)路由器向其同一管理域的所有其他路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其他一些變量。利用OSPF的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計(jì)算出到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。而基于距離向量的路由協(xié)議僅向其鄰接路由器發(fā)送有關(guān)路由更新信息。

與RIP不同，OSPF將一個(gè)自治域再劃分為區(qū)，相應(yīng)地，有兩種類(lèi)型的路由選擇方式：當(dāng)源和目的地在同一區(qū)時(shí)，采用區(qū)內(nèi)路由選擇；當(dāng)源和目的地在不同區(qū)時(shí)，則采用區(qū)間路由選擇。這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，并增加了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)一個(gè)區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時(shí)并不影響自治域內(nèi)其他區(qū)路由器的正常工作，這也給網(wǎng)絡(luò)的管理、維護(hù)帶來(lái)了方便。

3．BGP協(xié)議

BGP是為T(mén)CP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于多個(gè)自治域之間。BGP的主要目標(biāo)是為處于不同AS中的路由器之間進(jìn)行路由信息通信提供保證。它既不是基于純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其他自治域交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性信息。在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的時(shí)候，不同自治域的相鄰路由器(運(yùn)行BGP協(xié)議)之間互相打開(kāi)一個(gè)TCP連接(保證傳輸?shù)目煽啃?，然后交換整個(gè)路由信息庫(kù)。從那以后，只有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和策略發(fā)生改變時(shí)，才會(huì)使用BGP更新消息發(fā)送。一個(gè)BGP更新消息可以聲明或撤銷(xiāo)到一個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性。在BGP更新消息中也可以包含通路的屬性，屬性信息可被BGP路由器用于在特定策略下建立和發(fā)布路由表。

4．路由協(xié)議生成路由表的過(guò)程我們以O(shè)SPF為例介紹路由表的生成過(guò)程，其工作過(guò)程如下：

OSPF的目的是計(jì)算出一條經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的最小費(fèi)用的路由，這個(gè)費(fèi)用基于用戶(hù)可設(shè)置的費(fèi)用量度。用戶(hù)可以將費(fèi)用設(shè)置為表示時(shí)延、數(shù)據(jù)率、現(xiàn)金花費(fèi)或其他因素的一個(gè)函數(shù)。OSPF能夠在多個(gè)同等費(fèi)用的路徑之間平均分配負(fù)載。每個(gè)路由器都維護(hù)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)反映了該路由器所掌握的所屬自治系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擁有有向圖表示。

圖10.22是一個(gè)用6個(gè)路由器將5個(gè)子網(wǎng)連接起來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)示例。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)路由器都維護(hù)一個(gè)有向圖的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是通過(guò)從互聯(lián)網(wǎng)的其他路由器上得到的鏈路狀態(tài)信息拼湊而成的。路由器使用Dijkstra算法對(duì)有向圖進(jìn)行分析，計(jì)算到所有目的網(wǎng)絡(luò)的最小費(fèi)用路徑。圖10.22(a)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，圖10.22(b)是網(wǎng)絡(luò)有向圖。在有向圖中，每個(gè)路由器接口的輸出側(cè)都有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的費(fèi)用，這個(gè)費(fèi)用可以由系統(tǒng)管理員配置。圖10.22(b)中的弧被標(biāo)記為相應(yīng)的路由器到輸出接口的費(fèi)用，沒(méi)有標(biāo)記費(fèi)用的弧，其費(fèi)用為0。從網(wǎng)絡(luò)到路由器的弧的費(fèi)用永遠(yuǎn)為0(這是一個(gè)約定)，比如N1到R1、R2、R3，N2到R3，N3到R4、R5、R6，N4到R5以及N5到R6的費(fèi)用始終為0。圖10.22簡(jiǎn)單互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)最短路徑計(jì)算過(guò)程(a)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；(b)網(wǎng)絡(luò)有項(xiàng)圖；(c)路由器1的生成樹(shù)圖圖10.22簡(jiǎn)單互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)最短路徑計(jì)算過(guò)程(a)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；(b)網(wǎng)絡(luò)有項(xiàng)圖；(c)路由器1的生成樹(shù)圖圖10.22簡(jiǎn)單互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)最短路徑計(jì)算過(guò)程(a)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；(b)網(wǎng)絡(luò)有項(xiàng)圖；(c)路由器1的生成樹(shù)圖

圖10.22(c)為路由器1經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到的生成樹(shù)。需要注意的是，從R1到達(dá)N3的路由有兩條，分別為R1→R4→N3和R1→N1→R2→N5→N3，兩條路由的費(fèi)用分別為10和14，費(fèi)用為10的路由被保留下來(lái)，另外一條路由則被刪除。表10.5路由器R1的路由表10.6.2分組在路由器上的轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)路由器收到一個(gè)IP分組時(shí)，路由器的處理軟件首先檢查該分組的生存時(shí)間，如果其生存時(shí)間為0，則丟棄該分組，并給其源點(diǎn)返回一個(gè)分組超時(shí)ICMP消息。如果生存期未到，則從IP分組頭中提取目的地IP地址。目的IP地址與網(wǎng)絡(luò)掩碼進(jìn)行屏蔽操作找出目的地網(wǎng)絡(luò)號(hào)，在路由表中按照最長(zhǎng)匹配原則查找與其相匹配的表項(xiàng)。如果在路由表中未找到與其相匹配的表項(xiàng)，則將該分組放入默認(rèn)的網(wǎng)關(guān)對(duì)應(yīng)路由的緩沖區(qū)排隊(duì)輸出，并向源端返回不可到達(dá)信息；如果找到匹配項(xiàng)，則選擇最佳路由，進(jìn)行頭校驗(yàn)，TTL減1，封裝鏈路層信息，并將該分組放入下一跳對(duì)應(yīng)輸出端口的緩沖區(qū)進(jìn)行排隊(duì)輸出。圖10.23是路由器處理IP分組的流程圖。圖10.23路由器處理IP分組流程圖

為了進(jìn)一步理解路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的工作原理，圖10.24給出了一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)通信的實(shí)例。其通信子網(wǎng)的IP編號(hào)為、和，路由器1與網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2直接相連，與網(wǎng)絡(luò)1相連的端口1的IP地址為，與網(wǎng)絡(luò)2相連的端口3的IP地址為；路由器2與網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3直接相連，與網(wǎng)絡(luò)2相連的端口5的IP地址為0，與網(wǎng)絡(luò)3相連的端口8的IP地址為。下面我們來(lái)看用戶(hù)A要傳送一個(gè)數(shù)據(jù)文件給用戶(hù)B時(shí)每個(gè)路由器的工作過(guò)程。圖10.24路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組實(shí)例

首先用戶(hù)A把數(shù)據(jù)文件以IP分組的形式送到默認(rèn)路由器1，其目的站點(diǎn)的IP地址為。第一步，分組被路由器1接收，通過(guò)子網(wǎng)掩碼屏蔽操作確定了該IP分組的目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)為。第二步，通過(guò)查找路由表(通過(guò)運(yùn)行路由協(xié)議維護(hù))，路由器1在路由表中找到與其匹配的表項(xiàng)，獲得輸出端口號(hào)為3和下一跳路由器的IP地址為0(指路由器2與網(wǎng)絡(luò)2相連網(wǎng)絡(luò)端口的IP地址)。第三步，路由處理軟件將該IP分組放入路由器1端口3的發(fā)送緩沖區(qū)，并將下一跳IP地址遞交給網(wǎng)絡(luò)接口處理軟件。第四步，網(wǎng)絡(luò)接口軟件調(diào)用ARP完成下一跳IP地址到物理地址(MAC)的映射。在一個(gè)正常運(yùn)行的路由器高速緩存中，保存其相鄰路由器端口的IP地址對(duì)應(yīng)的MAC地址，不必每接收一個(gè)IP分組都使用ARP來(lái)獲得下一跳的MAC地址。獲得下一跳的MAC地址后，便將原IP分組封裝成適合網(wǎng)絡(luò)2傳送的數(shù)據(jù)幀，排隊(duì)等待發(fā)送。

分組被送到路由器2后，根據(jù)目的IP地址確定目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，經(jīng)過(guò)查找路由表獲得該目的網(wǎng)絡(luò)與路由器2直接相連。路由處理軟件將該IP分組放入網(wǎng)絡(luò)端口8的發(fā)送緩沖區(qū)，并將目的IP地址遞交給網(wǎng)絡(luò)端口處理軟件。因?yàn)榉纸M到達(dá)最后一個(gè)路由器，所以需調(diào)用ARP獲得目的主機(jī)的MAC地址，然后對(duì)IP分組進(jìn)行封裝，封裝后的幀直接發(fā)送給目的主機(jī)B。10.7Internet基本業(yè)務(wù)10.7.1電子郵件電子郵件是一種通過(guò)Internet與其他用戶(hù)進(jìn)行聯(lián)系的快捷、簡(jiǎn)便、廉價(jià)的現(xiàn)代化通信手段，也是目前Internet用戶(hù)使用最頻繁的一種服務(wù)功能。電子郵件系統(tǒng)采用了簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議SMTP，保證不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)之間電子郵件的傳送。該協(xié)議采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，通過(guò)建立SMTP客戶(hù)機(jī)與遠(yuǎn)程主機(jī)上SMTP服務(wù)器間的連接來(lái)傳送電子郵件。

1．電子郵件的系統(tǒng)組成電子郵件系統(tǒng)組成如圖10.25所示。其中，用戶(hù)代理負(fù)責(zé)報(bào)文的生成與處理，報(bào)文傳送代理負(fù)責(zé)建立與遠(yuǎn)程主機(jī)間的通信和郵件傳送。圖10.25電子郵件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

郵件可能在報(bào)文傳送代理間直接傳送，也可能經(jīng)中繼報(bào)文傳送代理。當(dāng)郵件被中繼時(shí)，整個(gè)報(bào)文全部傳輸?shù)街虚g主機(jī)(郵件網(wǎng)關(guān))，然后伺機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，即使用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。在接收主機(jī)，郵件被放到輸人隊(duì)列中，然后送到用戶(hù)郵箱存儲(chǔ)區(qū)。當(dāng)用戶(hù)調(diào)用用戶(hù)代理程序時(shí)，用戶(hù)代理通常顯示郵箱中到達(dá)郵件的總覽信息。用戶(hù)代理的主要功能有：(1)顯示用戶(hù)郵箱的郵件信息；(2)將接收到的或要發(fā)送的報(bào)文存放在本地文件中；(3)向用戶(hù)提示報(bào)文的接收者或主題；(4)為用戶(hù)提供生成報(bào)文的編輯器；(5)對(duì)接收到的或要發(fā)送的報(bào)文進(jìn)行排隊(duì)和管理。

由于Internet電子郵件系統(tǒng)是建立在面向連接、高可靠的TCP基礎(chǔ)上的，因此，其電子郵件非?？煽?。

Internet電子郵件使用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模型。

2．電子郵件的工作過(guò)程

(1)寫(xiě)信或留便條；

(2)告訴郵件客戶(hù)程序?qū)⑿虐l(fā)至某個(gè)人或某些人；

(3)客戶(hù)程序?qū)-mail發(fā)給服務(wù)提供者郵件服務(wù)器；

(4)郵件服務(wù)器使用SMTP(簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議)將郵件在服務(wù)器之間傳遞，郵件在Internet上傳遞時(shí)分成包的形式；

(5)郵件到達(dá)目的地服務(wù)器；

(6)目的地服務(wù)器將郵件放到接收者的郵箱里；

(7)接收者用其郵件客戶(hù)程序閱讀郵件。10.7.2遠(yuǎn)程文件傳輸文件傳輸協(xié)議(FTP：FileTransferProtocol)是Internet最早、最重要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之一。FTP的主要作用是在不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間傳送文件，它與兩臺(tái)計(jì)算機(jī)所處的位置、連接的方式以及使用的操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。

1．FTP模型與電子郵件一樣，F(xiàn)TP也采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器方式，其模型如圖10.26所示。為了實(shí)現(xiàn)文件傳送，F(xiàn)TP在客戶(hù)與服務(wù)器間建立了兩個(gè)連接：控制連接和數(shù)據(jù)連接?？刂七B接用于傳送客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器之間的命令和響應(yīng)。數(shù)據(jù)連接用于客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器間交換數(shù)據(jù)。圖10.26FTP客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模型FTP使用TCP作為其傳輸控制協(xié)議。

FTP