计算机网络体系结构与协议

计算机网络计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构的概念为什么分层OSI七层参考模型的划分及其工作方式协议的概念和功能TCP/IP参考模型TCP/IP模型中各层协议国际化标准组织ISO目的：世界范围内促进标准化工作发展，以利于国际商品的交流和互助，并扩大各国在知识、科学、技术和经济领域间的合作。主要工作是制修订与出版国际标准。ISO标准的范围涉及除电工与电子工程以外的所有领域IEEE电气电子工程师协会英文：InstituteofElectricalandElectronicsEngineers具体说明： 是一个国际性非营利组织,也是一个专业组织，致力于电子技术相关的研究。是世界上最大的专业技术组织之一，拥有来自175个国家的36万会员。标准化组制订各种标准，制定内容有：电气与电子设备、试验方法、原器件、符号、定义以及测试方法等802.1—概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量。802.2—逻辑链路控制。这是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。802.3—CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规约。802.4—令牌总线网。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规约。802.5—令牌环形网。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规约。802.6—城域网MAN。定义城域网的MAC子层和物理层的规约。802.7—宽带技术。802.8—光纤技术。802.9—综合话音数据局域网。802.10—可互操作的局域网的安全。802.11—无线局域网。802.12—优先级高速局域网（100Mb/s）。802.14—电缆电视（Cable-TV）。计算机网络是个非常复杂的系统，连接在网络上的两台计算机要互相传送文件首要条件：在这两台计算机之间必须有一条传送数据的通路。通信过程发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。所谓“激活”就是要发出一些信令，保证要传送的计算机数据能在这条通路上正确发送和接收；要告诉网络如何识别接收数据的计算机；发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接收数据；发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好文件接收和存储文件的准备工作；若两个计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成格式转换功能；对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个结点交换机出故障等，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。所以，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。那么，由谁来协调这些工作呢？计算机网络体系结构的概念随着计算机网络技术的不断发展，计算机网络的规模越来越大，面对日益复杂的网络系统，必须采用结构化的方法来描述网络系统的组织、结构和功能，才能更好的研究、设计和实现网络系统。为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计方法，人们把网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模式。所谓的网络体系结构就是指层次结构和各层协议的集合。网络的分层体系结构层次模型，包含了两方面的内容：将网络功能分解为许多层次，在每一个功能层次中，通信双方共同遵守许多约定和规程，这些约定和规程称为同层协议（简称协议）；层次之间逐层过渡，上一层向下一层提出服务要求，下一层完成上一层提出的要求。上一层次必须做好进入下一层次的准备工作，这种两个相邻层次之间要完成的过渡条件称为接口，即相邻层之间交换信息的连接点。网络体系结构的划分原则层内功能内聚。即将相同或相近的功能集中在一层，各层功能明确并且相互独立；层间耦合松散。即层间交互的接口清晰，通过接口传递的信息量尽可能少；层数适中。若层数太少，则每层功能太混杂；若层数太多，则体系结构描述复杂，并且系统组合时层间交叉严重。层次化网络结构的优点各层之间相互独立；结构上独立分割；灵活性好；易于实现和维护；有利于标准化的实现。ISO的OSI七层参考模型随着网络技术的发展，各公司纷纷推出自己的网络体系结构，虽然这些网络体系结构都采用了“分层”技术，但是各层次的划分、功能、采用的技术术语等均不相同。为了实现各种计算机系统、网络设备和计算机网络的互联，开放系统的互连参考模型逐渐产生、发展并完善起来。开放系统互连参考模型(OSI/RM)为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对各类计算机网络体系结构进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型(OSI/RM)，也称为ISO/OSI。“开放”表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。OSI参考模型是一种严格的理论模型，并不是一特定的硬件设备或一套软件例程，而是厂商在设计硬件和软件时必须遵循的一套通信准则，就像是口语中的语法一样。OSI模型准则指出了：网络设备之间如何联系，使用不同协议的设备如何通信；网络设备如何获知何时传输或不传输数据。如何安排、连接物理网络设备。确保网络传输被正确接收的方法。网络设备如何维持数据流的恒定速率。电子数据在网络介质上如何表示。OSI七层参考模型层次划分应用层物理层

数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层

数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议物理层

数据链路层网络层主机A主机B路由器路由器物理层

数据链路层网络层通信子网物理介质物理介质OSI参考模型示意图两个主机交换文件文件传送模块主机

1主机

2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块文件传送模块主机

1主机

2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块文件传送模块主机

1主机

2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。物理层为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和过程特性。机械特性：主要定义物理连接的接插装置的形状和尺寸、引脚数量和排列、固定和锁定装置等等。电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制。功能特性：主要定义各条物理线路的功能（如某一电平表示何种意义）。规程特性：主要定义各条物理线路的工作规程和事件的时序关系。物理层包含以下各项数据传输介质(电线电缆、光纤、无线电波和微波)；网络插头；网络拓扑结构；信令与编码方法；数据传输设备；网络接口；信令出错检验。数据链路层数据链路层的作用是构造帧，在两个相邻结点间的线路上，无差错的传送以帧为单位的数据。每一帧均以特定的方式格式化，使得数据传输可以同步以将数据可靠地在结点间传送。这一层将格式化数据，以便作为帧编码为传输结点发送的电子信号，由接收结点解码，并检验错误。数据链路层创建了“数据链路帧”，包含着由地址和控制信息组成的域：帧的起始点；发送帧的设备的地址(源地址)；接收帧的设备的地址(目标地址)；管理或通信控制信息；数据；差错检验信息；报尾(或称帧的末端)标识符。网络层功能：选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接的手段，把上层来的数据组织成数据包(Packet)在节点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥塞控制。网络层读取数据包地址信息并将每一个包沿最优路径(包括物理的和逻辑的)转发以进行有效传输。为确定最优路径，网络层需要持续地收集有关各个网络和结点地址的信息。这一层允许包通过路由器从一个网络发送到另一个网络。网络层可以通过创建虚拟(逻辑)电路在不同的路径上路由数据。虚拟电路是用来发送和接收数据的逻辑通信路径。虚拟电路只针对于网络层。既然网络层沿着多个虚拟电路管理数据，那么数据到达时就有可能出现错误的顺序。网络层在将包传输给下一层前检查数据的顺序，如有必要就对其进行改正。网络层还要对帧编址并调整它们的大小使之符合接收网络协议的需要，并保证帧传输的速度不高于接收层接收的速度。传输层根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，并以可靠和经济的方式，为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。传输层的另一种功能就是当网络使用不同的要求包大小各异的协议时，将消息分段为较小的单元。发送网络上由传输层分割的数据单元被接收端的传输层重新以正确的顺序组合，以便网络层解释。会话层会话层是利用传输层提供的端到端的服务，向表示层或会话用户提供会话服务。在ISO/OSI环境中，所谓一次会话，就是两个用户进程之间为完成一次完整的通信而进行的过程，包括建立、维护和结束会话连接。会话层不参与具体的数据传输，只进行管理，在两个相互通信的应用程序之间建立、组织和协调其交互。会话层负责建立并维护两个结点间的通信链接，也为结点间通信确定正确的顺序。例如，它可以确定首先传输哪个结点。会话层还可以确定结点可以传输多远的距离以及如何从传输错误中恢复。如果传输在低层中无意地中断了，会话层将努力重新建立通信。这个层使每一个给定的结点与唯一的地址一一对应起来，就像邮政编码只与特定的邮政区域相关联。一旦通信会话结束，这一层就与结点断开了。表示层表示层处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题。表示层不像OSI/RM的低五层只关心将信息可靠地从一端传输到另外一端，它主要涉及被传输信息的内容和表示形式，如文字、图形、声音的表示。由于不同的软件应用程序经常使用不同的数据格式化方案，所以数据格式化是必需的。另外，数据压缩、数据加密等工作都是由表示层负责处理。应用层应用层是OSI/RM的最高层，它是计算机网络与最终用户间的接口，为网络用户或应用程序提供各种服务，使得网络用户可以通过计算机访问网络资源。常用的网络服务包括文件服务、电子邮件（E-mail）服务、打印服务、集成通信服务、目录服务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路由互连服务、分布式数据库服务、虚拟终端服务等。OSI网络参考模型功能表示应用层与用户应用进程的接口“做什么”表示层数据格式的转换“语法格式”会话层会话管理与数据传输同步“该谁发送”“何时发送”传输层端到端可靠的数据传输“对方在哪儿”网络层分组传送，路由选择，流量控制“走哪条路可以到达对方”数据链路层相邻结点间无差错地传送帧“每一步该怎么走”物理层在物理媒体上透明传输位流“怎样利用物理媒体”七层模型小结计算机网络从逻辑上可以划分为通信子网和资源子网。从功能的角度看，OSI参考模型的下四层（物理层、数据链路层、网络层、传输层）主要提供电信传输功能，以节点到节点之间的通信为主；上三层（会话层、表示层、应用层）则以提供使用者与应用程序之间的处理功能为主。即下四层属于通信功能（通信子网），上三层属于处理功能（资源子网）。物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层第7层第6层第5层第4层第3层第2层第1层处理网络应用数据表示互联主机通信端到端连接寻址和确定路径接入介质二进制传输资源子网通信子网网络中的计算机之间进行通信时的语言被称为“协议”。只有能够讲，而且可以理解这些“语言”的计算机才能在网络上与其他计算机彼此通信。从这个意义上讲，“协议”就是网络的本质。网络协议是通信的系统必须共同遵守的一组事先约定好的规则。协议定义了网络上的各种计算机和设备之间相互通信、数据管理、数据交换的整套规则。协议一个网络协议主要由以下3个要素组成：语法（如何讲），用来规定数据与控制信息的结构和格式，包括数据格式、编码及信号电平等；语义（讲什么），用来说明通信双方应当怎么做，用于协调与差错处理的控制信息，即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应；时序（讲话次序），详细说明事件的先后顺序，速度匹配和排序等。协议的功能分割和重组：分割是指将较大的数据单元分割成较小的数据单元，其反过程为重组；寻址：使得设备彼此认识，同时可以进行路径选择；封装与拆封：在数据单元的始端或末端增加控制信息，其相反过程及拆封；排序：报文发送与接收顺序的控制；信息流控制：在信息流过大时，采取一系列措施控制；差错控制：是数据按误码率要求的指标，在通信线路中正确的传输；同步：可以保证收发双方在数据传输时的一致性；干路传输：使多个用户信息共用干路；连接控制：可以控制通信实体之间建立和终止链路的过程。实体表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。OSI与TCP/IPOSI试图达到一种理想境界，即全世界的计算机网络都遵循这个统一的标准，从而使全世界的计算机都将能够很方便地进行互连和交换数据。但是，由于以下原因，使得TCP/IP成为全世界广大用户和厂商接受的网络互连的事实标准。OSI的专家们缺乏实际经验，他们在完成OSI标准时没有商业驱动力；OSI的协议实现起来过分复杂，而且运行效率很低；OSI标准的制订周期太长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场；TCP/IP协议集是20世纪70年代中期，美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准，到80年代它被确定为因特网的通信协议。由于Internet在全世界的飞速发展，使得TCP/IP协议得到了广泛的应用，虽然TCP/IP不是ISO标准，但广泛的使用也使TCP/IP成为一种“实际上的标准”，并形成了TCP/IP参考模型。不过，ISO的OSI参考模型的制定，也参考了TCP/IP协议集及其分层体系结构的思想。而TCP/IP在不断发展的过程中也吸收了OSI标准中的概念及特征。两种标准法律上的国际标准

OSI

ISO制定，没有得到市场的认可。非国际标准TCP/IPTCP/IP常被称为事实上的国际标准,获得了最广泛的应用。TCP/IP参考模型模型的名称与制定者（1）TCP/IP的名称TCP/IP模型是一个协议集；中文名称是“传输控制协议／互连网络协议”；（2）制定者——ARPA英文全称是“AdvancedResearchProjectsAgency”，其中文名称是“美国国防部高级研究计划局”TCP/IP协议的特点开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP的层次结构TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如下图所示：TCP/IP分层结构网络接口层网络接口层，也被称为网络访问层，它对应OSI的物理层和数据链路层。功能：提供IP报文的发送和接收服务，负责网际层与硬件设备间的联系。协议实例：TCP/IP协议簇本身没有对网络接口层的内容作出具体的定义。网际层网际层是在TCP/IP标准中正式定义的第一层。功能：解决计算机到计算机之间的通信问题。网际层处理来自传输层的分组，将分组形成数据包（IP数据包），并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机。协议实例：IP、ICMP、ARP、RARP等传输层传输层又称运输层。功能：解决计算机程序到计算机程序间的通信问题，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结点间应用程序之间的连接服务。协议实例：TCP、UDP应用层TCP/IP模型中的最高层，它与OSI模型中的高三层的任务相同，用于向应用程序提供规范的操作服务，比如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。协议实例：HTTP、FTP、SMTP等说明：应用层常用的协议有下几类：依赖于TCP协议的应用层协议；依赖于无连接UDP协议的应用层协议；非标准化协议：属于用户自己开发的专用应用程序，它们建立在TCP/IP协议簇基础上。TCP/IP协议集网际层的协议——IP网际协议IP(InternetProtocol)IP协议的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址、目的主机的IP地址和其他一些信息。IP协议的另一项工作是分割和重编在传输层被分割的数据包。由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，IP协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，IP协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者IP包的次序会混乱。因此，要实现数据包的可靠传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的TCP协议。网际层的协议——ICMP网际控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)用于处理路由、协助IP层实现报文传送的控制机制，并为IP协议提供差错报告。由于IP是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生错误时它不能检测错误。向发送IP数据包的主机汇报错误就是ICMP的责任。例如，如果某台设备不能将一个IP数据包转发到另一个网络，它就向发送数据包的源主机发送一个消息，并通过ICMP解释这个错误。ICMP能够报告的一些普通错误类型有：目标无法到达、阻塞、回波请求和回波应答等。网际层的协议——IGMP网际主机组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议IGMP完成。它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的设备（路由器）支持多播发送。网际层的协议——ARP和RARP地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)和反向地址解析协议RARP计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道彼此的物理地址（OSI模型中数据链路层的地址）。因此，在TCP/IP的网际层有ARP协议和RARP协议，它们的作用是将源主机和目的主机的IP地址与它们的物理地址相匹配。说明：在参考模型的不同结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；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。传输层协议——TCP传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)TCP协议是传输层一种面向连接的、高可靠性的、提供流量与拥塞控制的传输层协议。对于大量数据的传输，通常都要求有可靠的传送。TCP协议将源主机应用层的数据分成多个分段，然后将每个分段传送到网际层，网际层将数据封装为IP数据包，并发送到目的主机。目的主机的网际层将IP数据包中的分段传送给传输层，再由传输层对这些分段进行重组，还原成原始数据，传送给应用层。TCP协议还要完成流量控制和差错检验的任务，以保证可靠的数据传输。传输层协议——UDP用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)UDP协议是一种面向无连接的协议，因此，它不能提供可靠的数据传输，而且UDP不进行差错检验，必须由应用层的应用程序实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。UDP和TCP协议之间的比较UDP和TCP协议的主要区别是两者在如何实现信息的可靠传递方面不同。TCP协议中包含了专门的传递保证机制，当数据接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其他信息，否则将一直等待直到收到确认信息为止与TCP不同；UDP协议并不提供数据传送的保证机制，如果从发送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失，协议本身并不能做出任何检测或提示。因此，通常人们把UDP协议称为不可靠的传输协议相对于TCP协议，UDP协议的另外一个不同之处在于如何接收突发性的多个数据报。不同于TCP，UDP并不能确保数据的发送和接收顺序UDP协议与TCP协议相比，具有明显的速度优势，因此在有些情况下，UDP协议可能会变得非常有用。因为虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。而UDP由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大地降低了执行时间，使速度得到了保证。尽管UDP协议发布时间已经很长，但是UDP协议仍然继续在主流应用中发挥着作用。包括视频电话会议系统在内的许多应用都证明了UDP协议的存在价值。因为相对于可靠性来说，这些应用更加注重实际性能，所以为了获得更好的使用效果（例如，更高的画面帧刷新速率）往往可以牺牲一定的可靠性（例如，会面质量）。这就是UDP和TCP两种协议的权衡之处。根据不同的环境和特点，两种传输协议都将在今后的网络世界中发挥更加重要的作用。TCP或UDP端口号（PORT）定义：不同的进程用进程号或进程标识惟一地标识出来。进程标识符就是“端口号”，又被称为“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0~65535之间的任意十进制整数。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。默认端口号的值定义在0~1023范围内。端口号与传输层协议的关联：TCP和UDP有各自独立的端口号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…… 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67 DHCP 动态主机配置协议 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 简单网络管理协议应用层协议远程终端协议TELNET本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序；文件传输协议FTP实现主机之间的文件传送；简单邮件传输协议SMTP实现主机之间电子邮件的传送；域名服务DNS用于实现主机名与IP地址之间的映射；动态主机配置协议DHCP实现对主机的地址分配和配置工作。应用层协议路由信息协议RIP用于网络设备之间交换路由信息；超文本传输协议HTTP用于Internet中的客户机与WWW服务器之间的数据传输；网络文件系统NFS实现主机之间的文件系统的共享；引导协议BOOTP用于无盘主机或工作站的启动简单网络管理协议SNMP实现网络的管理；IP地址在TCP/IP网络中，每个节点（计算机或设备）都有一个惟一的地址称为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地址的表示在IPV4编址技术中，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。使用点分十进制的方式表示，如。2. IP地址的结构每个IP地址由两部分组成地址类别网络地址主机地址（1）网络地址网络地址用于辨认网络，又被称为：网络编号、网络ID或网络标识。（2）主机地址主机地址用于辨认同一网络中的主机，也被称为主机ID、主机编号或主机标识。3. IP地址的划分Internet委员会定义了5种标准的IP地址类型A类地址:一般分配给大规模的网络。B类地址:一般分配给中等规模的网络。C类地址:一般分配给小规模的网络。D类地址：用于多播，所谓的多播就是把数据同时发送给一组主机。E类地址：是为将来预留的，也可以作为实验地址。IP地址的分类结构IP地址的使用规则网络地址必须惟一；网络地址的各位不能全为“0”；网络地址字段的各位不能全为“1”；网络地址不能以127开头；IP地址的32位不等全为“1”；在网络地址相同时，主机地址（编号）必须惟一；主机编号的各位不能全为0；主机编号的各位不能全为“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。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：不同网络和中的A主机和X主机。A类地址范围从0-127，0是保留地址，表示所有IP地址，而127也是保留的地址，用于测试环回。因此A类地址的范围其实是从1-126之间。如：第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。转换为2进制来说，一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”，地址范围从

到。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机（2的24次方的主机数目）。B类地址范围从128-191如第一和第二段号码为网络号码，剩下的2段号码为本地计算机的号码。转换为2进制来说，一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从到55。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机。C类地址范围从192-223如第一，第二，第三段号码为网络号码，剩下的最后一段号码为本地计算机的号码。转换为2进制来说，一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从到55。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。D类地址：范围从224-239，D类IP地址第一个字节以“1110”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。E类地址：范围从240-254，以“11110”开始，为将来使用保留。全零（“0．0．0．0”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址。4. 特殊IP地址及其使用IP地址空间中的某些地址已经为特殊目的而保留，而且通常并不允许作为主机地址。如表所示，这些保留地址的规则如下：网络部分主机部分地址类型用途127any全“0”全“1”Any全“0”Any全“1”网络地址代表一个网段广播地址特定网段的所有节点回环地址回环测试广播地址本网段所有节点所有网络路由器用于指定默认路由5.私有地址和公有地址公有地址（Publicaddress，也可称为公网地址）由InternetNIC（InternetNetworkInformationCenter因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向InternetNIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网，它是广域网范畴内的。私有地址（Privateaddress，也可称为专网地址）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，它是局域网范畴内的，出了所在局域网是无法访问因特网的。留用的内部私有地址目前主要有：

*A类：--55

*B类：--55

*C类：--55这些地址是不会被Internet分配的，它们在Internet上也不会被路由，虽然它们不能直接和Internet网连接，但通过技术手段仍旧可以和Internet通讯。我们可以根据需要来选择适当的地址类，在内部局域网中将这些地址像公用IP地址一样地使用。在Internet上，有些不需要与Internet通讯的设备，如打印机、可管理集线器等也可以使用这些地址，以节省IP地址资源。互联网是由许多小型网络构成的，每个网络上都有许多主机，这样便构成了一个有层次的结构。IP地址在设计时就考虑到地址分配的层次特点，将每个IP地址都分割成网络号和主机号两部分IP地址的寻址操作－－－先找网络再找主机。IP地址的通迅原理

数据……….……….From：To：IP分组包子网掩码Internet组织机构定义了五种IP地址，常用有A、B、C三类地址。A类网络有126个，每个A类网络可能有16777214台主机，它们处于同一广播域。而在同一广播域中有这么多结点是不可能的，网络会因为广播通信而饱和，结果造成16777214个地址大部分没有分配出去。可以把基于类的IP网络进一步分成更小的网络，每个子网由路由器界定并分配一个新的子网网络地址,子网地址是借用基于类的网络地址的主机部分创建的。划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。子网的作用使用子网是为了减少IP的浪费随着互联网的发展，越来越多的网络产生，有的网络多则几百台，有的只有区区几台，这样就浪费了很多IP地址，所以要划分子网。划分管理职责提高网络性能子网掩码的概念子网掩码是与IP地址结合使用的一种技术。与IP地址相同，子网掩码的长度也是32位，其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位都置为0，也可以使用十进制的形式表示。例如:二进制形式的子网掩码为：11111111.11111111.11111111.00000000，采用十进制的形式为：。子网掩码的作用它的主要作用有两个：一是用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络；二是用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。子网掩码的分类1、缺省子网掩码：即未划分子网，对应的网络号的位都置1，主机号都置0。A类网络缺省子网掩码：B类网络缺省子网掩码：C类网络缺省子网掩码：2、自定义子网掩码：将一个网络划分为几个子网，需要每一段使用不同的网络号或子网号，实际上我们可以认为是将主机号分为两个部分：子网号、子网主机号。形式如下：未做子网划分的ip地址：网络号＋主机号做子网划分后的ip地址：网络号＋子网号＋子网主机号也就是说ip地址在化分子网后，以前的主机号位置的一部分给了子网号，余下的是子网主机号。子网编码地址结构

将主机ID进一步划分为子网ID和主机ID

通过子网掩码的位数变化来改变网络和主机的位数子网掩码和IP地址的关系子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。即两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯，若不在同一子网络上，则要经过网关转发。计算网络ID（与运算）路由器判断IP子网掩码告知路由器，地址的哪一部分是网络地址，哪一部分是主机地址，使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。例如，有两台主机：主机一的IP地址为，子网掩码为92，主机二的IP地址为3，子网掩码为92。现在主机一要给主机二发送数据，先要判断两个主机是否在同一网段主机一IP

即：11011110.00010101.10100000.00000110子网掩码92

即：11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果为：11011110.00010101.10100000.00000000即

主机二IP3

即：

11011110.00010101.10100000.01001001

子网掩码92即：

11111111.11111111.11111111.11000000按位逻辑与运算结果为：

11011110.00010101.10100000.01000000即4结论两个结果不同，也就是说，两台主机不在同一网络，数据需先发送给默认网关，然后再发送给主机二所在网络。子网掩码的设置子网划分是通过借用IP地址的若干位主机位来充当子网地址从而将原网络划分为若干子网而实现的。划分子网时，随着子网地址借用主机位数的增多，子网的数目随之增加，而每个子网中的可用主机数逐渐减少。以C类网络为例，原有8位主机位，2的8次方即256个主机地址，默认子网掩码。借用1位主机位，产生2个子网，每个子网有126个主机地址；借用2位主机位，产生4个子网，每个子网有62个主机地址

……每个网中，第一个IP地址（即主机部分全部为0的IP）和最后一个IP（即主机部分全部为1的IP）不能分配给主机使用，所以每个子网的可用IP地址数为总IP地址数量减2；根据子网ID借用的主机位数，我们可以计算出划分的子网数、掩码、每个子网主机数。子网位数子网数子网掩码每个子网主机数11~211111111.11111111.11111111.10000000即

2812623~411111111.11111111.11111111.11000000即

926235~811111111.11111111.11111111.11100000即

243049~1611111111.11111111.11111111.11110000即

4014517~3211111111.1111