【正文】 I 傳輸控制協(xié)議 和網(wǎng)際協(xié)議的研究與應(yīng)用 一、 簡(jiǎn)介 作為 Inter 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， TCP/IP 的成功在很大程度上歸功于它將不同大小的網(wǎng)絡(luò)和不同類(lèi)型的系統(tǒng)連接在一起的能力。這些網(wǎng)絡(luò)被強(qiáng)制定義為具有預(yù)定義大小的三個(gè)主要類(lèi)（還有其他一些類(lèi)別），每一類(lèi)都可以由系統(tǒng)管理員分成更小的子網(wǎng)。子網(wǎng)掩碼用于將 IP 地址分成兩個(gè)部分。一部分標(biāo)識(shí)主機(jī)（計(jì)算機(jī)），另一部分標(biāo)識(shí)它所屬的網(wǎng)絡(luò)。查看 IP（ Inter 協(xié)議）地址并研究它的組織方式可以幫助您更好地理解 IP 地址和子網(wǎng)掩碼的工作方式 。 在 Microsoft Windows 計(jì)算機(jī)上配置 TCP/IP 協(xié)議時(shí)， TCP/IP 配置設(shè)置中需要 IP 地址和子網(wǎng)掩碼，通常還需要一個(gè)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。要正確配置 TCP/IP ，有必要了解 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的尋址方式以及網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)的劃分方式。本文旨在對(duì) IP 網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)的概念進(jìn)行一般性介紹。本文結(jié)尾包含一個(gè)術(shù)語(yǔ) 表 。 IP 地址 包括 網(wǎng)絡(luò)和主機(jī) ，它 是一個(gè) 32 位數(shù)字，它唯一地標(biāo)識(shí) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)（計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備，如打印機(jī)或路由器）。 IP 地址通常以點(diǎn)分十進(jìn)制格式表示，四個(gè)數(shù)字由句點(diǎn)分隔，例如 。要了解子網(wǎng)掩碼如何用于區(qū)分不同的主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)，請(qǐng)查看以二進(jìn)制表示的 IP 地址。例如，點(diǎn)分十進(jìn)制 IP 地址 在二進(jìn)制表示法中為 32 位數(shù)字 : 110000000101000111101110000100 此數(shù)字的含義可能很難理解，因此它被分成四個(gè)部分，每個(gè)部分有八個(gè)二進(jìn)制 數(shù) 字 。 這 些 八 位 部 分 稱(chēng) 為 八 位 組 。 示 例 IP 地 址 于 是 變成 :。 此數(shù)字表示的含義只是稍微明白了一點(diǎn)，因此在大多數(shù)應(yīng)用中，會(huì)將二進(jìn) 制地址轉(zhuǎn)換為點(diǎn)分十進(jìn)制格式 ()。點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)字是從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制表示法的八位組。 II 二、 IP 的基本工作原理 作為參考，請(qǐng)記住， IP 是 TCP/IP 整套協(xié)議中的一個(gè)協(xié)議。 TCP 完成開(kāi)放系統(tǒng)互連（ OSI）模型中傳輸層，即第四層的功能。它的主要責(zé)任是確保端至端之間的可靠連接。 IP 位于下一層，在 OSI 的網(wǎng)絡(luò)層，即第三層，把每個(gè)包的發(fā)送者和接收者地址告訴一路上各個(gè)路由器。路由器和第三層交換器可以讀出 IP 和其他的第三層協(xié)議。這些信息與路由表以及其他網(wǎng)絡(luò)智能結(jié)合在一起，能通過(guò)TCP/IP 在整 個(gè)房間或圍繞地球進(jìn)行傳遞。 路由過(guò)程始于對(duì)發(fā)送端站而言是唯一的一個(gè) IP 地址，端站可以被分配永久的 IP 地址，或者按需要從動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（ DHCP）服務(wù)器或其他服務(wù)中借用。每個(gè)包攜帶一個(gè)源地址，在目前（ IPv4）規(guī)范下，包長(zhǎng)度是 32 位。在報(bào)頭中，每個(gè)包也攜帶最終目的地的 IP 地址。如果發(fā)送端站確定目的地址不在本地，該包就被送到第一跳路由器，一般來(lái)說(shuō)，該路由器是在附近的，并已被預(yù)先分配給發(fā)送者。如果發(fā)送端站確定目的地址不在本地，該包就被送到第一跳路由器，一般來(lái)說(shuō)，該路由器是在附近的，并已被預(yù)先分配給發(fā)送者。該路由 器檢查包的IP 地址，查找路由表，看看目的端點(diǎn)是否位于本地（物理位置）網(wǎng)絡(luò)，它通常叫做 IP 子網(wǎng)， IP 子網(wǎng)一般被分配到路由器的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口上。 如果目的 IP 地址為本地的，該路由器就搜尋存儲(chǔ)著 IP 地址和本地設(shè)備介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（ MAC）地址的內(nèi)部存儲(chǔ)器，這個(gè)存儲(chǔ)器 叫做 地址分辨協(xié)議（ ARP）高速緩存。 ARP 是把 IP 地址映射到 MAC 地址的通用工具。如果目的地的 MAC 地址出現(xiàn)了，該路由器就把這個(gè) MAC 地址裝進(jìn)包的報(bào)頭中 （ 取掉自己的 MAC 地址，因?yàn)椴辉傩枰?） ，把該包送到目的端站。萬(wàn)一目的地的 MAC 地址沒(méi)有出現(xiàn)在 ARP高 速緩存中（例如，有可能超時(shí)了），路由器必須向與包的目的 IP 地址有關(guān)的子網(wǎng)廣播一個(gè) ARP 請(qǐng)求，擁有此 IP 地址的端站就作出響應(yīng)，把 MAC 地址發(fā)送回去，路由器因此更新高速緩存，把新的 MAC 地址裝進(jìn)包的報(bào)頭并發(fā)送該包。 如果查找路由表顯示包的目的地不在本地子網(wǎng)，路由器就利用下一跳路由器的 MAC 地址把包轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。路由表由智能發(fā)現(xiàn)協(xié)議，如路由信息協(xié)議 III 或者開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議，不斷地被建立和再建立。每個(gè)路由器的路由表顯示了到達(dá)目的地址的最佳路徑，對(duì)于要有幾跳的地址，它顯示出最佳的下一跳路由器。 為了讓 TCP/IP 廣域網(wǎng) (WAN) 以一個(gè)網(wǎng)絡(luò)集的形式高效工作，在網(wǎng)絡(luò)間傳遞數(shù)據(jù)包的路由器并不知道信息包的目標(biāo)主機(jī)的確切位置。路由器只知道主機(jī)是哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成員，并使用存儲(chǔ)在路由表中的信息來(lái)確定如何將數(shù)據(jù)包送達(dá)目標(biāo)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)數(shù)據(jù)包被傳送到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)后，該數(shù)據(jù)包就會(huì)被傳送到相應(yīng)的主機(jī)。 為了讓此過(guò)程順利進(jìn)行， IP 地址分為兩個(gè)部分。 IP 地址的前一部分作為網(wǎng)絡(luò)地址，后一部分作為主機(jī)地址。以 為例，將它分為這兩個(gè)部分之后，會(huì)得到： (.—— 網(wǎng)絡(luò) ， .132—— 主機(jī) )或 (—— 網(wǎng)絡(luò)地址 ,—— 主機(jī)地址 )。 IV 三、 子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩碼是 TCP/IP 正常工作所必需的。 TCP/IP 協(xié)議使用子網(wǎng)掩碼確定主機(jī)是在本地子網(wǎng)中還是在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中。在 TCP/IP 中，將哪部分 IP 地址用作網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址并不固定，所以除非您掌握詳細(xì)的信息，否則無(wú)法確定上述網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。此信息在另一個(gè) 32 位數(shù)字中提供，稱(chēng)為子網(wǎng)掩碼。在本例中，子網(wǎng)掩碼為 。如果您不知道二進(jìn)制表示法中的 255 等于 11111111，可能并不 清楚該數(shù)字表示的含義；照此分析，子網(wǎng)掩碼為： 。 將 IP 地址和子網(wǎng)掩碼排列在一起比較，就可以分清該地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分： 地址 () () 前 24 位（子網(wǎng)掩碼中的數(shù)字 1）被標(biāo)識(shí)為網(wǎng)絡(luò)地址，后 8 位（子網(wǎng)掩碼中剩余的數(shù)字 0） 被標(biāo)識(shí)為主機(jī)地址。據(jù)此可以得到： () () 這樣，我們就可以知道，在這個(gè)使用 子網(wǎng)掩碼的示例中，網(wǎng)絡(luò) ID 為 ，主機(jī)地址為 。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá) 子網(wǎng)（從本地子網(wǎng)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)），而且它的目標(biāo)地址為 時(shí)，您的計(jì)算機(jī)將從網(wǎng)絡(luò)接收它并對(duì)它進(jìn)行處理。幾乎所有十進(jìn)制子網(wǎng)掩碼都轉(zhuǎn)換為左側(cè)全部是一、右側(cè)全部是零的二進(jìn)制數(shù)字。其他一些常見(jiàn)的子網(wǎng)掩碼有： 十進(jìn)制 二進(jìn)制 Inter RFC 1878 描述了 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中使用的有效 子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼。 V 四、 網(wǎng)絡(luò)類(lèi) Inter 地址由管理 Inter 的機(jī)構(gòu) Inter NIC 來(lái)分配。這些 IP 地址分成若干類(lèi)。其中最常見(jiàn)的是 A、 B 和 C 類(lèi)。也有 D 和 E 類(lèi)，但是最終用戶(hù)通常不會(huì)使用。每個(gè)地址類(lèi)都有不同的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼?？梢酝ㄟ^(guò)查看 IP 地址的第一個(gè)八位組來(lái)識(shí)別該 IP 地址的類(lèi)別。下面是 A、 B 和 C 類(lèi) Inter 地址的范圍，每一類(lèi)地址都有一個(gè)示例： ? A 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)使用的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為 ，第一個(gè)八位組為 0127。地址 就是一個(gè) A 類(lèi)地 址。它的第一個(gè)八位組為 10，介于 1 至126 之間（包括 1 和 126）。 ? B 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)使用的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為 ，第一個(gè)八位組為128191。地址 B類(lèi)地址。它的第一個(gè)八位組為 172，介于 128 至 191 之間（包括 128 和 191）。 ? C 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)使用的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為 ，第一個(gè)八位組為192223。地址 就是一個(gè) C 類(lèi)地址。它的第一個(gè)八位組為 192，介于 192 至 223 之間（包括 192 和 223）。 在某些情況 下，由于網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浠蛞驗(yàn)榫W(wǎng)絡(luò)（或主機(jī)）的數(shù)目在默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼限制之下并不適用，所以默認(rèn)子網(wǎng)掩碼值可能不適合機(jī)構(gòu)的需要。下一部分將解釋如何使用子網(wǎng)掩碼劃分網(wǎng)絡(luò)。 VI 五、 子網(wǎng)配置 系統(tǒng)管理員可以進(jìn)一步劃分 A、 B 或 C 類(lèi) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)或?qū)@些網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行子網(wǎng)配置。當(dāng)您將 Inter 的邏輯地址結(jié)構(gòu)（ IP 地址和子網(wǎng)的抽象世界）與真實(shí)世界中使用的物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)時(shí)，就有必要進(jìn)行子網(wǎng)配置。 接受 IP 地址塊分配的系統(tǒng)管理員可以用輕松符合這些地址的方式管理未經(jīng)組織的網(wǎng)絡(luò)。例如，您有一個(gè)廣域網(wǎng)，在該廣域網(wǎng)中， TCP/IP 路由器連接的三個(gè)網(wǎng)絡(luò)（位于不同城市）中有 150 個(gè)主機(jī)。這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有 50個(gè)主機(jī)。向您分配了 C 類(lèi)網(wǎng)絡(luò) 。（此地址是為了便于說(shuō)明，實(shí)際上來(lái)自 Inter 中未分配的范圍。）這意味著可以將地址 至 用于您的 150 個(gè)主機(jī)。 在示例中不能使用的兩個(gè)地址為 和 ，因?yàn)橹鳈C(jī)部分全部為一和全部為零的二進(jìn)制地址無(wú)效。零地址無(wú)效的原因是使用它在未指定主機(jī)的情況下指定了網(wǎng)絡(luò)。 255 地址 （在二進(jìn)制表示法中全部為一的主機(jī)地址）用來(lái)向網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)主機(jī)廣播消息。只需記住，任何網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)中的第一個(gè)地址和最后一個(gè)地址不能分配給任何單獨(dú)主機(jī)。 現(xiàn)在，您應(yīng)該能夠?qū)?IP 地址給予 254 個(gè)主機(jī)。如果所有 150 臺(tái)計(jì)算機(jī)都在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，則此操作會(huì)進(jìn)行得很順利。但是，您的 150 臺(tái)計(jì)算機(jī)位于三個(gè)單獨(dú)的物理網(wǎng)絡(luò)中。不用為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求更多地址塊，只需將網(wǎng)絡(luò)分成使您可以在多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中使用一個(gè)地址塊的子網(wǎng)。 在此情況下，使用使網(wǎng)絡(luò)地址更大和可能的主機(jī)地址范圍更小的子網(wǎng)掩碼將網(wǎng)絡(luò)分成四個(gè)子網(wǎng)。也就是說(shuō)，您正在 “ 借用 ” 某些通常 用于主機(jī)地址的位，并將它們用于地址的網(wǎng)絡(luò)部分。子網(wǎng)掩碼 給予您四個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有 62 個(gè) 主 機(jī) 。 由 于 用 二 進(jìn) 制 表 示 與 相同，所以此操作可以順利進(jìn)行。最后一個(gè)八位組的前兩位數(shù)字變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)地址，所以您獲得了附加網(wǎng)絡(luò) 00000000(0)、01000000(64)、 10000000 (128)和 11000000(192)。（某些管理員只使用將 VII 作為子網(wǎng)掩碼的其中兩 個(gè)子網(wǎng)。有關(guān)此主題的更多信息，請(qǐng)參閱 RFC1878。）在這四個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，最后 6 個(gè)二進(jìn)制數(shù)字可用于主機(jī)地址。 使用子網(wǎng)掩碼 ，則您的 網(wǎng)絡(luò)變?yōu)樗膫€(gè)網(wǎng)絡(luò)、 、 和 。這四個(gè)網(wǎng)絡(luò)將擁有以下有效主機(jī)地址： 再次 重審，全部為一或全部為零的二進(jìn)制主機(jī)地址無(wú)效，所以您不能使用最后一個(gè)八位組為 0、 6 6 12 12 19 192 或 255 的地址。 現(xiàn)在，看兩個(gè)主機(jī)地址 和 ，您就會(huì)了解其原理。如果使用默認(rèn) C 類(lèi)子網(wǎng)掩碼 ，則這兩個(gè)地址都位于 網(wǎng)絡(luò)中。但是，如果使用子網(wǎng)掩碼 ，則它們位于 不 同 網(wǎng) 絡(luò) 中 ； 位于 網(wǎng) 絡(luò) 中 ， 位于 網(wǎng)絡(luò)中。 VIII 六、 默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 如果 TCP/IP 計(jì)算機(jī)需要與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)進(jìn)行通信，它通常通過(guò)稱(chēng)為路由器的設(shè)備進(jìn)行通信。在 TCP/IP 術(shù)語(yǔ)中，主機(jī)中指定的、用于將主機(jī)子網(wǎng)鏈接到其他網(wǎng)絡(luò)的路由器稱(chēng)為默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。本節(jié)解釋 TCP/IP 如何確定是否將數(shù)據(jù)包發(fā)送到其默認(rèn)網(wǎng)關(guān)以到達(dá)