【正文】 某種服務(wù)，在本例中就是訪問(wèn)服務(wù)器所在主機(jī)上的文件。在遠(yuǎn)程登 錄應(yīng)用程序 Tel 中，為客戶提供的服務(wù)是登錄到服務(wù)器主機(jī)上。 在同一層上，雙方都有對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)協(xié)議進(jìn)行通信。例如，某個(gè)協(xié)議允許 TCP 層進(jìn)行通信，而另一個(gè)協(xié)議則允許兩個(gè) IP 層進(jìn)行通信。 在圖 12 的右邊，我們注意到應(yīng)用程序通常是一個(gè)用戶進(jìn)程，而下三層則一般在（操作系統(tǒng)）內(nèi)核中執(zhí)行。盡管這不是必需的，但通常都是這樣處理的，例如 U N I X 操作系統(tǒng)。 在圖 12 中，頂層與下三層之間還有另一個(gè)關(guān)鍵的不同之處。應(yīng)用層關(guān)心的是應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)，而不是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸活動(dòng)。下三層對(duì)應(yīng)用程序一無(wú)所知，但它們要處 理所有的通信細(xì)節(jié)。 在圖 12 中列舉了四種不同層次上的協(xié)議。 FTP 是一種應(yīng)用層協(xié)議， TCP 是一種運(yùn)輸層協(xié)議， IP 是一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，而以太網(wǎng)協(xié)議則應(yīng)用于鏈路層上。TCP/IP 協(xié)議族是一組不同的協(xié)議組合在一起構(gòu)成的協(xié)議族。盡管通常稱該協(xié)議族為 TCP/IP，但 TCP和 IP 只是其中的兩種協(xié)議而已（該協(xié)議族的另一個(gè)名字是 Inter 協(xié)議族 (Inter Protocol Suite)）。 網(wǎng)絡(luò)接口層和應(yīng)用層的目的是很顯然的 — 前者處理有關(guān)通信媒介的細(xì)節(jié)（以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等），而后者處理某個(gè)特定的用戶應(yīng)用程序（ FTP、 Tel等）。但是，從表面上看，網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層之間的區(qū)別不那么明顯。為什么要把它們劃分成兩個(gè)不同的層次呢？為了理解這一點(diǎn)，我們必須把視野從單個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到一組網(wǎng)絡(luò)。 構(gòu)造互連網(wǎng)最簡(jiǎn)單的方法是把兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器進(jìn)行連接。它是一種特殊的用于網(wǎng)絡(luò)互連的硬件盒。路由器的好處是為不同類型的物理網(wǎng)絡(luò)提供連接：以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈接和 FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）等等。 這些盒子也稱作 IP 路由器（ IP Router），但我們這里使用路由器（ Router）這個(gè)術(shù)語(yǔ)。從歷史上說(shuō)，這些盒子稱作網(wǎng)關(guān)（ gateway），在很多 TCP/IP 文獻(xiàn)中都使用這個(gè)術(shù)語(yǔ)?，F(xiàn)在網(wǎng)關(guān)這個(gè)術(shù)語(yǔ)只用來(lái)表示應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)：一個(gè)連接兩種不同協(xié)議族的進(jìn)程（例如， TCP/IP 和 IBM 的 SNA），它為某個(gè)特定的應(yīng)用程序服務(wù)（常常是電子郵件或文件傳輸）。 IP 協(xié)議技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 第 1章 序言 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 4 圖 13 通過(guò)路由器連接的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò) 圖 13是一個(gè)包含兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的互連網(wǎng)：一個(gè)以太網(wǎng)和一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)，通過(guò)一個(gè)路由器互相連接。盡管這里是兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)路由器進(jìn)行通信，實(shí)際上以太網(wǎng)中的任何主機(jī)都可以與令牌環(huán)網(wǎng)中的任何主機(jī)進(jìn)行通信。 在圖 13 中，我們可以劃分出端系統(tǒng)（ End system）（兩邊的兩臺(tái)主機(jī)） 和中間系統(tǒng)（ Intermediate system）（中間的路由器）。應(yīng)用層和運(yùn)輸層使用端到端（ Endtoend）協(xié)議。在圖中，只有端系統(tǒng)需要這兩層協(xié)議。但是，網(wǎng)絡(luò)層提供的卻是逐跳（ Hopbyhop）協(xié)議，兩個(gè)端系統(tǒng)和每個(gè)中間系統(tǒng)都要使用它。 在 TCP/IP 協(xié)議族中，網(wǎng)絡(luò)層 IP 提供的是一種不可靠的服務(wù)。也就是說(shuō)，它只是盡可能快地把分組從源結(jié)點(diǎn)送到目的結(jié)點(diǎn)，但是并不提供任何可靠性保證。而另一方面， TCP在不可靠的 IP 層上提供了一個(gè)可靠的運(yùn)輸層。為了提供這種可靠的服務(wù)， TCP 采用了超時(shí)重傳、發(fā)送和接收端 到端的確認(rèn)分組等機(jī)制。由此可見(jiàn)，運(yùn)輸層和網(wǎng)絡(luò)層分別負(fù)責(zé)不同的功能。 從定義上看，一個(gè)路由器具有兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口層（因?yàn)樗B接了兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)）。任何具有多個(gè)接口的系統(tǒng)，英文都稱作是多接口的（ multihomed）。一個(gè)主機(jī)也可以有多個(gè)接口，但一般不稱作路由器，除非它的功能只是單純地把分組從一個(gè)接口傳送到另一個(gè)接口。同樣，路由器并不一定指那種在互聯(lián)網(wǎng)中用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組的特殊硬件盒。大多數(shù)的 TCP/IP 實(shí)現(xiàn)也允許一個(gè)多接口主機(jī)來(lái)?yè)?dān)當(dāng)路由器的功能，但是主機(jī)為此必須進(jìn)行特殊的配置。在這種情況下，我們既可以稱該系統(tǒng)為主 機(jī)（當(dāng)它運(yùn)行某一應(yīng)用程序時(shí)，如 FTP 或Tel），也可以稱之為路由器（當(dāng)它把分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)）。在不同的場(chǎng)合下使用不同的術(shù)語(yǔ)。 IP 協(xié)議技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 第 1章 序言 華為技術(shù)有限公司 版 權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 5 互聯(lián)網(wǎng)的目的之一是在應(yīng)用程序中隱藏所有的物理細(xì)節(jié)。雖然這一點(diǎn)在圖 13由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成的互聯(lián)網(wǎng)中并不很明顯，但是應(yīng)用層不能關(guān)心（也不關(guān)心）一臺(tái)主機(jī)是在以太網(wǎng)上，而另一臺(tái)主機(jī)是在令牌環(huán)網(wǎng)上，它們通過(guò)路由器進(jìn)行互連。隨著增加不同類型的物理網(wǎng)絡(luò)，可能會(huì)有 20 個(gè)路由器，但應(yīng)用層仍然是一樣的。物理細(xì)節(jié)的隱藏使得互聯(lián)網(wǎng)功能非常強(qiáng)大，也非常有用。 連接網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)途徑是使用網(wǎng)橋 。網(wǎng)橋是在鏈路層上對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，而路由器則是在網(wǎng)絡(luò)層上對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連。網(wǎng)橋使得多個(gè)局域網(wǎng)（ LAN）組合在一起，這樣對(duì)上層來(lái)說(shuō)就好像是一個(gè)局域網(wǎng)。 TCP/IP的分層 在 TCP/IP 協(xié)議族中，有很多種協(xié)議。圖 14 給出了將要討論的其他協(xié)議。 圖 14 TCP/IP 協(xié)議族中不同層次的協(xié)議 TCP 和 UDP 是兩種最為著名的運(yùn)輸層協(xié)議，二者都使用 IP 作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 雖然 TCP 使用不可靠的 IP 服務(wù)，但它卻提供一種可靠的運(yùn)輸層服務(wù)。 IP 是網(wǎng)絡(luò)層上的主要協(xié)議，同時(shí)被 TCP 和 UDP 使用。 TCP 和 UDP 的每組數(shù)據(jù)都通過(guò)端系統(tǒng) 和每個(gè)中間路由器中的 IP 層在互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行傳輸。在圖 14中，我們給出了一個(gè)直接訪問(wèn) IP 的應(yīng)用程序。 IP 協(xié)議技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 第 1章 序言 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 6 ICMP 是 IP 協(xié)議的附屬協(xié)議。 IP 層用它來(lái)與其他主機(jī)或路由器交換錯(cuò)誤報(bào)文和其他重要信息。盡管 ICMP主要被 IP 使用，但應(yīng)用程序也有可能訪問(wèn)它。我們將分析兩個(gè)流行的診斷工具， Ping和 Traceroute，它們都使用了 ICMP。 IGMP 是 Inter 組管理協(xié)議。它用來(lái)把一個(gè) UDP 數(shù)據(jù)報(bào)多播到多個(gè)主機(jī)。在后續(xù)的專題中我們將詳細(xì)介紹。 ARP（地址解析協(xié)議）和 RARP（逆地址解析協(xié)議）是某些網(wǎng)絡(luò)接口（如以太網(wǎng) 和令牌環(huán)網(wǎng)）使用的特殊協(xié)議，用來(lái)轉(zhuǎn)換 IP 層和網(wǎng)絡(luò)接口層使用的地址。 互聯(lián)網(wǎng)的地址 我們把 Inter 看成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。所謂 IP 地址就是給每一個(gè)連接在 Inter上的主機(jī)分配一個(gè)唯一的 32bit地址。 IP 地址的結(jié)構(gòu)使我們可以 Inter上很方便地進(jìn)行尋址，這就是：先按 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 id 把網(wǎng)絡(luò)找到，再按主機(jī)號(hào)碼 hostid 把主機(jī)找到。所以 IP 地址并不只是一個(gè)計(jì)算機(jī)的號(hào)碼，而是指出了連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)計(jì)算機(jī)。 IP 地址有美國(guó)國(guó)防數(shù)據(jù)網(wǎng) DDN 的 網(wǎng)絡(luò)信息中心 NIC 進(jìn)行分配。 為了便于對(duì) IP 地址進(jìn)行管理，同時(shí)還考慮到網(wǎng)絡(luò)的差異很大，有的網(wǎng)絡(luò)擁有很多的主機(jī)，而有的網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)則很少。因此 Inter 的 IP 地址就分成為五類，即 A類到 E 類。這樣， IP 地址由三個(gè)字段組成，即： ? 類別字段（又稱為類別比特），用來(lái)區(qū)分 IP 地址的類型； ? 網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼字段 id； ? 主機(jī)號(hào)碼字段 hostid。 D 類地址是一種組播地址，主要是留給 Inter體系結(jié)構(gòu)委員會(huì) IAB（ Inter Architecture Board）使用。 E類地址保留在今后使用。目前大量 IP 地址僅 A至 C 類三種。 IP 協(xié)議技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 第 1章 序言 華為技術(shù)有限公司 版 權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 7 0 n et i d host i d1 0 i d host i d1 1 0 i d h ost i d1 1 1 0 組播地址1 1 1 1 0 保留為今后使用0 1 2 3 4 8 16 24 31A 類B 類C 類D 類E 類圖 2 I P 地址的五種類型n e t id —網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼， h o s t i d —主機(jī)號(hào)碼 圖 15 IP 地址的結(jié)構(gòu) A 類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼數(shù)不多。目前幾乎沒(méi)有多余的可供分配?，F(xiàn)在能夠申請(qǐng)到的 IP 地址只有 B類和 C 類兩種。當(dāng)某個(gè)單位向 IAB 申請(qǐng)到 IP 地址時(shí)，實(shí)際上只是拿到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 id。具體的各個(gè)主機(jī)號(hào)碼 hostid 則由該單位自行分配，只要做到在該單位管轄的范圍內(nèi)無(wú)重復(fù)的主機(jī)號(hào)碼即可。 為方便起見(jiàn)，一般將 32bit 的 IP 地址中的每 8 個(gè)比特用它的等效十進(jìn)制數(shù)字表示，并且在這些數(shù)字之間加上一個(gè)點(diǎn)。例如，有下面這樣的 IP 地址： 10000000 00001011 00000011 00011111 這是一個(gè) B 類 IP 地址，可記為 ，這顯然更方便得多。 在使用 IP 地址時(shí)，還要知道下列地址是保留作為特殊用途的，一般不使用。 ? 全 0 的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼，這表示“本網(wǎng)絡(luò)”或“我不知道號(hào)碼的這個(gè)網(wǎng)絡(luò)”。 ? 全 1 的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼。 ? 全 0 的主機(jī)號(hào)碼，這表示該 IP 地址就是網(wǎng)絡(luò)的地址。 ? 全 1 的主機(jī)號(hào)碼，表示廣播地址，即對(duì)該網(wǎng)絡(luò)上所有的主機(jī)進(jìn)行廣播。 ? 全 0 的 IP 地址，即 。 ? 網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼為 .，這里 為任何數(shù)。這樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼用作本地軟件回送測(cè)試（ Loopback test）之用。 ? 全 1 地址 ，這表示“向我的網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)廣播”。原先是使用 。 這樣，我們就可得出表 11所示的 IP 地址的使用范圍。 IP 協(xié)議技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 第 1章 序言 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 8 表 11 IP 地址的使用范圍 網(wǎng)絡(luò)類別 最大網(wǎng)絡(luò)數(shù) 第一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 最后一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最大主機(jī)數(shù) A 126 1 126 B C 254 IP 地址有一些重要的特點(diǎn)： (1) IP 地址有一些是一種非等級(jí)的地址結(jié)構(gòu)。這就是說(shuō)， 和電話號(hào)碼的結(jié)構(gòu)不一樣， IP 地址不能反映任何有關(guān)主機(jī)位置的地理信息。 (2) 當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)（ 作路由器用的主機(jī)即為這種情況），該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的 IP 地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 id 是不同的，這種主機(jī)成為多地址主機(jī)（ multihomed host） . (3) 按照 Inter 的觀點(diǎn)，用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來(lái)的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 id. (4) 在 IP 地址中，所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 id 的網(wǎng)絡(luò)（不管是小的局域網(wǎng)還是很大的廣域網(wǎng)）都是平等的。 IP 地址的設(shè)計(jì)有 不夠合理的地方。例如， IP 地址中的 A至 C 類地址，可供分配的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼超過(guò) 211 萬(wàn)個(gè)，而這些網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)號(hào)碼的總數(shù)則超過(guò) 億個(gè)，初看起來(lái)，似乎 IP 地址足夠全世界來(lái)使用，（在 70 年代初期設(shè)計(jì) IP 地址是就是這樣認(rèn)為的）。其實(shí)不然。第一，當(dāng)初沒(méi)有預(yù)計(jì)到微機(jī)會(huì)普及得如此之快。各種局域網(wǎng)和局域網(wǎng)上的主機(jī)數(shù)目急劇增長(zhǎng)。第二， IP 地址在使用時(shí)有很大的浪費(fèi)。例如：某個(gè)單位申請(qǐng)到了一個(gè) B 類地址。但該單位只有 1萬(wàn)臺(tái)主機(jī)。于是，在一個(gè) B類地址中的其余 5 萬(wàn) 5 千多個(gè)主機(jī)號(hào)碼就白白地浪費(fèi)了。因?yàn)槠渌麊挝坏闹鳈C(jī)無(wú)法使用這些號(hào)碼。 從 1985年起，為了使 IP 地址的使用更加靈活，在 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 id，而后面的主機(jī)號(hào)碼 hostid則是受本單位控制，由本單位進(jìn)行分配。本單位所有的主機(jī)都使用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼。當(dāng)一個(gè)單位的主機(jī)很多而且分布在很大的地理范圍是，往往需要用一些網(wǎng)橋（而不是路由器，因?yàn)槁酚善鬟B接的主機(jī)具有不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼）將這些主機(jī)互連起來(lái)。網(wǎng)橋的缺點(diǎn)較多。例如容易引起廣播風(fēng)暴，同時(shí)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)也不太容易隔離和管理。為了使本單位的各子網(wǎng)之間使用路由器來(lái)互連，因而便于管理。需要注意的是，子網(wǎng)的劃分純屬本單位內(nèi)部的是，在本單位以 外是看不見(jiàn)這樣的劃分。從外部看，這個(gè)單位只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼。只有當(dāng)外面的分組進(jìn)入到本單位范圍后，本單位的路由器在根據(jù)子網(wǎng)號(hào)碼進(jìn)行選路，最后找到目的主機(jī)。若本單位按照主機(jī)所在的地理位置劃分子網(wǎng)，那么在管理方面就會(huì)方便得多。 IP 協(xié)議技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 第 1章 序言 華為技術(shù)有限公司 版 權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 9 這里應(yīng)注意， TCP/IP 體系的“子網(wǎng)”（ sub）是本單位網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個(gè)更小些的網(wǎng)絡(luò)，和前面講的 OSI 體系中的子網(wǎng)（ subwork）不同。它們的英文名字不同，但中文譯名都是一樣的。 圖 16說(shuō)明是在劃分子網(wǎng)時(shí)要用到的子網(wǎng)掩碼（ sub mask）的意義。圖 16（ a）舉了一個(gè) B 類 IP 地址作為例子。圖 16（ b）表示將本地控制部分再增加一個(gè)子網(wǎng)字段，子網(wǎng)號(hào)字段究竟選為多長(zhǎng)，由本單位根據(jù)情況確