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4.1Internet简介4.1.1Internet的产生和发展1.ARPANET的诞生Internet的最早起源于美国国防部高级研究计划署于1969年主持研制的用于支持军事研究的计算机实验网ARPANET,建网之初旨在帮助为美国军方工作的研究人员利用计算机进行信息交换。ARPANET是世界上第一个采用分组交换技术的网络,在这种通信方式下,把数据分割成若干大小相等的数据包来传送,不仅有一条通信线路可供用户使用,即使在该条线路遭到破坏时,只要还有迂回线路可供使用,便可进行正常通信。此外,主网没有设立控制中心,网上各台计算机都遵循统一的协议自主地工作。在ARPANET的研制过程中,建立了一种网络通信协议,称为IP(InternetProtocol)。下一页返回4.1Internet简介IP的产生,使异种网络互联的一系列理论与技术问题得到了解决,并由此产生了网络共享、分散控制和网络通信协议分层等重要思想。对ARPANET的一系列研究成果标志着一个崭新的网络时代的开端,并奠定了当今计算机网络的理论基础。2.NSFNET的建立20世纪80年代中期,为了满足各大学及政府机构为促进其研究工作的迫切要求,美国国家科学基金会(NSF)在全美国建立了6个超级计算机中心。1986年7月,NSF资助了一个直接连接这些中心的主干网络,并且允许研究人员对Internet进行访问,以使他们能够共享研究成果并查找信息。最初,这个NSF主干采用的是56Kb/s的线路,到1988年7月,它便升级到1.5Mb/s线路。这个主干网络就是NSFNET。现在NSFNET已是Internet主要的远程通信设施的提供者,主通信干道以45Mb/s的速率传输信息。上一页下一页返回4.1Internet简介3.全球范围Internet的形成与发展除了ARPANET和NSFNET外,美国国家航空航天局(NASA)和能源部的NSINET、ESNET也相继建成,欧洲、日本等国也积极发展本地网络,于是在此基础上互联形成了现在的Internet,在20世纪90年代以前,Internet由美国政府资助,主要供大学和研究机构使用,但20世纪90年代以后,该网络商业用户数量日益增加,并逐渐从研究教育网络向商业网络过渡,近几年来Internet规模迅速发展,已经覆盖了包括我国在内的160多个国家,连接的网络数万个,主机达600多万台,终端用户上亿,并且以每年15%~20%的速度增长。今天,Internet已经渗透到了社会生活的各个方面,人们通过Internet可以了解最新的新闻动态、旅游信息、气象信息和金融股票行情,可以在家进行网上购物、预定火车飞机票、发送和阅读电子邮件、到各类网络数据库中搜索和查寻所需的资料等。上一页下一页返回4.1Internet简介4.1.2Internet概述1.Internet的基本概念在IT技术飞速发展的今天,人们可以真正感觉到世界开始变小了。通过计算机,人们能够访问到世界上最著名大学的图书馆,能够与远在地球另一端的人进行语音通信和视频聊天,能够看电影、听音乐、阅读各种多媒体杂志,还可以在家里买到所需要的任何商品,所有这一切都是通过世界上最大的计算机网络———Internet来实现的。上一页下一页返回4.1Internet简介Internet汇集了成千上万的资源,这些资源分布在世界各地的计算机上,信息涉及政治、经济、文化、科学、娱乐等各个方面。这些信息按特定方式组织起来,存储在Internet上的计算机中,人们可用各种搜索工具检索这些信息。从Internet的结构组织来看,Internet是一个使用TCP/IP把各个国家、部门、机构的内部网络连接起来的超级数据通信网。其中就有高速运算能力及巨大信息吞吐能力的大型计算机,也有提供数据服务的大型数据库服务器。从提供的服务来看,Internet是一个集各个领域内各种信息资源为一体的超级资源网。凡是加入Internet的用户,都可以通过各种工具访问所有信息资源,查询各种信息库、数据库,获取自己所需的各种信息资料。上一页下一页返回4.1Internet简介由于以下优势,Internet得到快速发展。(1)任何计算机只要能运行TCP/IP均可入网,入网方式灵活多样。(2)将网络技术、多媒体技术和超文本技术融为一体,体现了当代多样信息技术相互融合的发展趋势,为用户提供丰富的信息资源和友好的操作界面。(3)采用客户机/服务器模式运行,提供最强的网络信息服务的灵活性。(4)收费低廉,有极为丰富的信息资源和友好的用户接口。2.Internet的主要功能与服务(1)Internet的主要功能。上一页下一页返回4.1Internet简介Internet的主要功能基本上可以归为三类:共享资源、交流信息、发布和获取信息。在网上的任何活动都离不开这三个基本功能。①资源共享。充分利用计算机网络中提供的资源(包括软件、硬件和数据)是Internet建立的目标之一。计算机的许多资源是十分昂贵的,不可能为每个用户所拥有,例如,进行复杂运算的巨型计算机、大容量存储器、高速激光打印机等,但是用户可通过远程登录服务(Telnet)来共享网络计算机中的各类资源。如用户在家里或其他地方通过远程登录服务来访问单位的各种服务器,只要在这些服务器上拥有合法的账号,那么一旦登录到了服务器上,用户就可以在其权限范围内执行各种命令,这和坐在服务器前操作是完全一样的。上一页下一页返回4.1Internet简介②信息交流。Internet网上交流的方式很多,最常见的是通过电子邮件进行交流。与打电话和发传真相比,电子邮件可以说是既便宜又方便,一封电子邮件通常只需在几分钟内就可以发送到世界任何和Internet相连的地方。此外,Internet还提供了很多人们可以自由进行学术交流的方式和场所。例如,网络新闻(USENET)就是一个由众多趣味相投的用户共同组织起来的进行各种专题讨论的公共网络场所,通常也称之为全球性的电子公告板系统(BBS)。通过UESNET,用户可以发布公告、新闻、评论及各种文章供网上用户使用和讨论。网络当中的任何一个人都可以加入到所感兴趣的小组中去,和世界各地的同行进行广泛的交流。上一页下一页返回4.1Internet简介③信息的获取与发布。Internet是近年来出现的一种全新的信息传播媒体,为人们提供了一个了解世界、认识世界的窗口。Internet实质上就是一个浩瀚的信息海洋,网络图书馆、网络新闻、网上超市、各类网络电子出版物等应有尽有。人们可以很方便地通过WWW方式来访问各类信息系统。获取有价值的信息资源。随着Internet的日益普及,许多政府部门、科研机构、企事业单位、高等学府都在Internet上设立了包含图书并独具特色的、内容不断更新的WWW网站,以此作为对外宣传自我,发展自我的重要手段。上一页下一页返回4.1Internet简介(2)Internet的主要服务。Internet在拥有丰富资源的同时,也提供了各种各样的服务方式,包括文件传输服务,电子邮件服务、网络新闻服务、公告板服务、WWW服务,Internet提供形式多样、功能各异的信息服务。①电子邮件(E-mail)服务。电子邮件是一种通过计算机网络与其他用户进行联系的快速、简便、高效、价廉的现代化通信手段,也是目前Internet用户使用最频繁的一种网络服务功能。上一页下一页返回4.1Internet简介电子邮件系统是采用“存储转发”方式为用户传递电子邮件的。当用户通过Internet给某人发送邮件时,先要同为自己提供电子邮件服务的邮件服务器联机;然后将要发送的邮件与收信人的邮件地址输入到自己的电子邮箱,电子邮件系统会自动根据收件人地址将用户的邮件通过网络一站站地送到对方的邮件服务器中;当邮件送到目的地后,接收方的邮件服务器会根据收件人的地址将电子邮件分发到相应的电子邮箱中,等候用户自行读取;用户可随时随地通过计算机联机的方式打开自己的电子邮箱来查阅邮件。电子邮件的具体工作过程如图4-1所示。上一页下一页返回4.1Internet简介②文件传输(FTP)服务。Internet上有许多公用的免费软件,允许用户无偿转让、复制、使用和修改。这些公用的免费软件种类繁多,从多媒体文件到普通的文本文件,从大型的Internet软件包到小型的应用软件和游戏软件,应有尽有。充分利用这些软件资源,能极大地节省软件编制时间,提高工作效率。用户要获取Internet上的免费软件,需利用FTP(文件传输协议)协议登录到其他计算机上,下载所需软件与文件。人们几乎可以不出家门,便可以获得各种免费软件和其他文件。上一页下一页返回4.1Internet简介FTP服务是由TCP/IP的文件传输协议支持的,是一种实时的联机服务。在进行文件传输时,本地计算机上启动客户程序,并利用客户程序与远程计算机系统建立连接,激活远程计算机系统上的FTP服务程序,本地FTP程序就称为一个客户,远程FTP程序则成为服务器,彼此通过TCP进行通信。③WWW服务。WWW即万维网(WorldWideWeb),是一个基于超文本(Hypertext)方式的信息查寻工具,最大的特点是拥有非常友善的图形界面、非常简单的操作方法以及图文并茂的显示方式。上一页下一页返回4.1Internet简介WWW系统采用客户机/服务器(Client/Server)结构。在服务器端,定义了一种组织多媒体文件的标准———超文本标识语言(HypertextMarkupLanguage,HTML),按HTML格式储存的文件被称为超文本文件,在每一个超文本文件中都是通过一些超链接把该文件与其他超文本文件连接起来而构成一个整体的。在客户端,WWW系统通过使用浏览器(如微软公司的InternetExplorer)就可以访问全球任何地方的WWW服务器上的信息了。上一页下一页返回4.1Internet简介④远程登录(Telnet)服务。Telnet是一种最古老的Internet应用,起源于ARPANET。它的基本功能是,允许用户登录进入远程主机系统。Telnet要求有一个Telnet服务器程序,此服务器程序驻留在主机上,用户终端通过运行Telnet客户机程序远程登录到Telnet服务器来实现资源的共享。⑤网络新闻(USENET)服务。网络新闻是有共同爱好的Internet用户为了相互交换意见组成的一种无形的用户交流网络。它相当于Internet的电子公告板。网络新闻是按照不同的专题组织的。在Internet中分布着众多新闻服务器,志趣相同的用户可以借助这些新闻服务器来展开各种类型的专题讨论,世界各地的人们可以在一起讨论任何问题。上一页下一页返回4.1Internet简介⑥文件检索服务Archie全球的文件浩如烟海,如果既知道文件在哪个站点,又知道具体的文件名,就可以随手取得。但是如果不知道,逐个站点去查就太费时了。为了帮助用户在遍及全世界的近千个FTP服务器中寻找所需要的文件,Internet上的一些计算机提供了一种文件检索服务器(Ar-chieServer)。用户只需给出希望查找的文件类型及文件名,就可以通过Archie很快地找到文件存放地点。即使不知道文件全名,也可以通过只提供部分文件名、扩展名加通配符的方法或其他更灵活的方式查到符合要求的文件及其存放地点。上一页下一页返回4.1Internet简介⑦分类目录查询服务Gopher。文件检索服务主要是按文件名来组织的,但文件名不一定能反映文件的内容,何况有时往往还不知道文件名,为此美国明尼苏达大学研制出了一种名为Gopher的分类目录查询工具。Gopher分类目录查询服务的好处在于按文件类别编排,一般以目录树的形式出现,查询起来比Archie更为方便。用户查到自己感兴趣的内容后,只需用鼠标单击所需的文件,Gopher就可将用户的请求自动转换成FTP或Telnet命令去将文件下载到用户的计算机上,就像在饭馆中点好了菜,服务器就会把菜自动地送到餐桌上一样。通过Gopher,用户还可以对Internet上的远程联机信息系统进行实时访问。对于不熟悉网络资源、网络地址和网络查询命令的用户来说,利用Gopher在网上查询资料十分方便。上一页下一页返回4.1Internet简介⑧电子商务(EC/EB)。电子商务(ElectronicCommerce/ElectronicBusiness,EC/EB)是在Internet开放的网络环境下,基于浏览器/服务器应用方式,实现消费者的网上购物、商户之间的网上交易和在线电子支付的一种新型的商业运营模式。4.1.3Internet的结构Internet的结构一般包括物理结构和协议结构,物理结构通常是指物理连接的拓扑结构,协议结构是指TCP/IP的构成及层次。上一页下一页返回4.1Internet简介Internet的物理结构实际上是指连入Internet的网络之间的物理连接方式。Internet采用的是客户机/服务器工作模式,凡是使用TCP/IP并能与Internet的任意主机进行通信的计算机,无论是何种类型、采用何种操作系统,均可看成是Internet的一部分。但严格地讲,用户并不是将自己的计算机直接连接到Internet上的,而是连接到其中的某个网络上(如校园网、企业网等),该网络再通过路由器、调制解调器等网络设备,并租用数据通信专线与广域网相连,成为Internet的一分子,如图4-2所示。这样各个网络上的计算机即可相互进行数据和信息传输。例如,用户的计算机通过拨号上网,连接到本地的某个Internet服务提供商的主机上,而ISP的主机通过高速专线与本国及世界各国各地区的无数主机相连。这样,用户仅通过ISP的主机即可访问Internet。上一页返回4.2Internet标准TCP/IP4.2.1Internet协议结构Internet使用的协议是TCP/IP。TCP/IP参考模型与OSI开放系统互联参考模型类似,也采用分层体系结构,自上而下分为四层,TCP/IP并不仅仅包含TCP和IP两个协议,而是一组协议,所有的协议都包含在TCP/IP组的四个层次中。TCP/IP与OSI七层参考模型的对应关系见表4-1。下一页返回4.2Internet标准TCP/IP4.2.2Internet的接入1.我国Internet骨干网骨干网是国家批准的可以直接和国外连接的城市级高速互联网,它由所有用户共享,负责传输大范围(在城市之间和国家之间)的骨干数据流。骨干网基于光纤,通常采用高速传输网络传输数据和高速包交换设备提供网络路由。建设、维护和运营骨干网的公司或单位就被称为Internet运营机构(也称为Internet供应商)。不同的Internet运营机构拥有各自的骨干网,以独立于其他供应商。国内各种用户要连到国外都得通过这些骨干网。我国现有Internet骨干网互联情况及出口带宽如图4-3所示。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(1)中国科技网(CSTNET)。由中国科学院计算机网络信息中心运行和管理,始建于1989年,于1994年4月首次实现了我国与国际互联网络的直接连接,为非盈利、公益性的国家级网络,也是国家知识创新工程的基础设施。主要为科技界、科技管理部门、政府部门和高新技术企业服务。(2)中国公用计算机互联网(CHINANET)。由中国电信部门经营管理的中国公用计算机互联网的骨干网,于1994年成立,现已基本覆盖全国所有地州市,并与中国公用分组交换数据网(CHINAPAC)、中国公用数字数据网(CHINADDN)、帧中继网、中国公用电话网(PSTN)和中国公用电子信箱系统(CHIN-AMAIL)互联互通。作为中国最大的Internet接入单位,为中国用户提供Internet接入服务。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(3)中国教育和科研计算机网(CERNET)。由国家投资建设,教育部负责管理,清华大学等高等学校承担建设和运行的全国性学术计算机互联网络,是全国最大的公益性计算机互联网络。CERNET始建于1994年,是全国第一个IPv4主干网。截至2003年12月,CERNET主干网传输速率达到2.5Gb/s,地区网传输速率达到155Mb/s,覆盖全国31个省市近200多座城市,自有光纤20000多千米,独立的国际出口带宽超过800MB。CERNET目前有10个地区中心,38个省节点,全国中心设在清华大学。CERNET目前联网的大学、教育机构、科研单位超过1300个,用户超过1500万人,是我国教育信息化的基础平台。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(4)中国联通计算机互联网(UNINET)。由中国联通经营管理,经国务院批准,直接进行国际联网的经营性网络,其拨号接入号码为“165”,面向全国公众提供互联网络服务。UNINET是架构在联通宽带ATM骨干网基础上的IP承载网络,具有先进性、综合性、统一性、安全性及全国漫游的特点。(5)中国网通公用互联网(CNCNET)。由1999年8月6日成立的中国网络通信有限公司建设和运营,是在我国率先应用IP/DWDM技术建设的大型高速宽带网络,承载包括语音、数据、视频等在内的综合业务及增值服务,并实现各种业务网络的无缝连接,现有光缆总长度58万皮长千米,接入网光缆16万皮长千米,拥有180多个卫星地面站。吉通通信有限责任公司已归入中国网通公司。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(6)中国国际经济贸易互联网(CIETNET)。由1996年成立的中国国际电子商务中心(ChinaInternationalElectronicCommerceCen-ter,简称CIECC)组建运营,是我国唯一的面向全国经贸系统企、事业单位的专用互联网。CIECC是国家级全程电子商务服务机构,是国际电子商务开发与应用的先行者,是中国十大国际互联网接入单位之一。它还建设运营国家“金关工程”骨干网———中国国际电子商务网。(7)中国长城网(CGWNET)。军队专用网,属公益性互联网络。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(8)中国移动互联网(CMNET)。由中国移动自2000年1月开始组建,是全国性的、以带宽IP技术为核心的,可同时提供语音、图像、数据、多媒体等高品质信息服务的开放型电信网络,属经营性互联网络。(9)中国卫星集团互联网(CSNET)。其基础电信业务2009年已并入中国电信。图4-3中所有数据来自第十四次中国互联网统计报告,截至2004年3月30日。其中虚线表示通过国际专线和国外Internet骨干网相连,虚线旁标示了相应的国际出口带宽数。图中一个较大的椭圆将所有骨干网串接在一起,表示骨干网两两之间互联互通。由于拆分后的中国网通带宽资源还没有完全整合,因而图中中国网通分为宽带中国CHINA169网和中国网通互联网两部分来表示。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP2.ISP提供Internet服务的机构称为ISP(InternetServiceProvider,Internet服务提供商),是用户接入Internet的入口点,ISP一般具有如下三方面的功能。(1)可以为用户提供Internet接入服务。(2)能为用户提供各类信息服务。(3)可以为申请接入Internet的用户计算机分配IP地址。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP另外,ISP的好坏将直接影响到用户的上网连接质量,用户在选择ISP时应慎重考虑,选择较为理想的ISP。目前,国内的几大骨干广域网都相当于ISP。其中,CHINANET是专门向公众提供Internet接入服务的。此外,还有一些公司(如广电宽带、长城宽带等)也可为用户提供接入服务。3.常见Internet接入方式任何一个用户要想使用Internet所提供的服务,都必须首先以某种方式连入Internet。我国现阶段最常使用的接入Internet方式主要有两种,分别是ADSL接入和以太网接入。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(1)ADSL。非对称用户数字线ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLine)是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术,是目前极具发展前景的一种接入技术。ADSL具有“网际快车”的美誉,因其下行速率高、频带宽、性能优、安装方便等特点,深受用户喜爱,被称为最为常用的一种接入方式。①ADSL接入方式种类。第一种:虚拟拨号入网。用户在计算机上运行一个客户端软件,当通过身份验证时,获得一个动态IP地址,即可联通网络,产生的费用与电话费无关,但每次需进行虚拟拨号(验证)。这种方式适合个人用户使用。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP第二种:专线入网。这种方式下,用户会获得一个固定IP地址,用户只需一次设置好IP地址、子网掩码、网关与DNS后即可一直在线,这种方式不需要进行虚拟拨号。它可将用户局域网接入,主要面对中小型公司用户。②建立连接并接入Internet。下面以WindowsXP的计算机采用虚拟拨号入网方式为例进行说明。步骤1:连接硬件设备并安装网卡驱动程序(具体连接如图4-4所示)。步骤2:安装拨号软件并创建拨号连接。由于使用的操作系统是WindowsXP,直接使用连接向导就可以建立自己的ADSL连接。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP①安装好网卡驱动程序以后,选择【开始】→【程序】→【附件】→【通信】→【新建连接向导】,这时屏幕上出现【欢迎使用新建连接向导】对话框。②单击【下一步】按钮,然后默认选择【连接到Internet】。③单击【下一步】按钮,选择【手动设置我的连接】。④单击【下一步】按钮,选择【要求用户名和密码的宽带连接来连接】。⑤单击【下一步】按钮,选择【ISP名称】框输入连接名,这里只是一个连接的名称,可以随便输入,例如起名叫“MYADSL”。⑥单击【下一步】按钮,在【可用连接】中可以选择使用该连接的用户。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP⑦单击【下一步】按钮,输入ISP提供的ADSL账号和密码,并根据提示对这个连接进行其他的一些安全设置,此处的用户名和密码也可以不输入,等到真正连接时再输入。⑧单击【下一步】按钮,至此ADSL虚拟拨号设置就完成了。⑨单击【完成】按钮后,桌面出现了名为“MYADSL”的图标。⑩双击桌面“MYADSL”图标,点击连接,即可拨号上网。(2)以太网接入。以太网接入是我国另一种常见的接入Internet的方式,具有明显的中国特色。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP①我国广泛使用以太网接入的原因。a.设备廉价。由于以太网协议在局域网中占统治地位,目前世界上已经有一个巨大而又成熟的以太网设备市场。其技术成熟,生产厂商众多,价格低廉。b.协议简单、成熟,设备兼容性好。以太网技术自20世纪70年代出现以来,协议日益成熟,标准化程度越来越高。由于其协议简单和成熟,来自不同厂商的设备之间互联互通基本不存在问题。c.我国特有的环境。以太网接入用户通过五类或超五类线与公网连接,而普通双绞线服务范围不超过100m。我国大多数城镇居民在公寓式楼房中,100m可以覆盖几十户甚至上百户居民。而欧美发达国家的别墅式住宅由于距离较远,100m只能覆盖很少的用户,故欧美国家居民以CableModem技术居多。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP②以太网接入的结构。以太网接入通常采用第二层以太网交换机,它工作于数据链路层,提供数据流量控制、传输差错处理、传输介质访问控制等功能。它可以将多个局域网网段连接起来形成更大的局域网。以太网交换机能在端口之间建立多个不同的点对点专用通道,它采用带宽独占模式,大大降低了网络发生拥塞的可能性,显著提高网络的传输效率。其接入方式如图4-5所示。4.2.3TCP/IPTCP/IP是一组通信协议的代名词,是Internet的核心,利用TCP/IP协议可以很方便地实现多个网络的无缝连接。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IPTCP/IP协议最初是为ARPANET设计的,主要考虑不同厂家生产的异种网络的互联问题,它涉及了异构网通信问题,后来发展成为Internet所使用的协议。它能在Microsoft、UNIX、NetWare、Linux等之间建立连接,TCP/IP已经成为目前事实上的国际标准和工业标准。TCP/IP协议有以下特点。①开放的协议标准,独立于特定计算机硬件与操作系统。②独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网,更适用于互联网中。③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。④标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP1.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,如图4-6所示。(1)网络接口层。网络接口层是TCP/IP协议最低一层,负责接收IP数据包并通过网络发送IP数据包,或者从网络上接收物理帧,取出IP数据包,并把它交给IP层。网络接口层一般是设备驱动程序,如以太网卡驱动程序。(2)网际层。网际层(IP)所执行的主要功能是处理来自传输层的分组,将分组形成数据包(IP数据包),并为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。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(3)传输层。传输层解决的是“端到端”的通信问题,即应用程序之间的通信。它定义了两个端到端的协议,第一个是传输控制协议(TransmissionControlProtocol,TCP),第二个是用户数据报协议(UserDatagramProtocol,UDP)。(4)应用层。提供一组常用的应用程序给用户,应用程序和传输层协议相配合,完成发送或接收数据。每个应用程序都有自己的数据格式,但不管采用哪种格式,都要将数据传送给传输层以便交换。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP2.IP协议网际协议IP不但为各个互联的网络提供统一的数据包格式,而且还提供寻址、路由选择、数据的分段与重组功能,它能将数据包从一个网络转发到另一个网络。IP协议以数据包的单位传输数据,IP数据包在Internet中称为IP数据报。IP协议提供的是不可靠的面向无连接的数据报服务。它不管传输的数据报是否正确,既不对其检查,也不回送确认,也没有流量控制和差错控制,只是尽力把数据报传输到目的地,并不提供保证。例如,传输中如果因为噪声、生存周期已到、数据报丢失等导致的传输出错,IP也不做任何处理。这种特性并非是缺点,以此可以实现TCP/IP最大的传输效率。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(1)物理地址和逻辑地址。物理地址就是平时所说的MAC地址。总共48位,6个字节,用16进制数来表示,如00-25-14-89-54-23。大多数局域网通过为网卡分配一个硬件地址来标识一个联网的计算机或其他设备,所谓物理地址是指固化在网卡EPROM中的地址,这个地址应该保证在全网是唯一的。IEEE注册委员会为每一个生产厂商分配物理地址的前三字节,即公司标识。后面三字节由厂商自行分配,一个厂商获得一个前三字节的地址可以生产的网卡数量是16777216块。而一块网卡对应一个物理地址。也就是说对应物理地址的前三字节就可以知道网卡的生产厂商。在物理传输过程中,物理地址用来标识网络设备。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(2)IP地址的组成。如前所述,Internet中每一台主机都有一个IP地址,用来标识Internet中的每一台主机。IP地址由两部分组成:网络号和主机号。网络号标识一个逻辑网络,主机号标识网络中一台主机,如图4-7所示。IP地址的层次性保证了两个重要性质:每台计算机分配一个唯一地址;网络号的分配必须全球一致,主机号可以本地分配,不需要全球统一。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(3)IP地址分类。IP地址分为网络号和主机号两部分。网络号需要足够的位数,以保证每一个物理网络都能分配到一个唯一的网络号;主机号也需要有足够的地址,同一网络中的每一台计算机都能分配一个主机号。网络号增加一位,主机号相应就减少一位,意味着网络中能容纳的主机数量将减少。可见,网络号位数多,可以容纳的网络也越多,但每个网络能容纳的主机总数将减少。反过来,主机号位数多,每个物理网络能容纳的主机增多,但网络的总数减少。为了能满足Internet中各种网络的不同需要,IP地址空间划分为五类,每类有不同长度的网络号和主机号。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP32位的IP地址中,前5位用于标识IP地址的类别,其中,A类地址的第一位为“0”,B类地址的前两位为“10”,C类地址的前三位为“110”,D类地址的前四位为“1110”,E类地址的前五位为“11110”,如表4-2所示。以8位一组为单位,将地址划分为网络号和主机号。A类、B类与C类地址为IP的基本类。①基本IP地址。IP地址分为5类,A、B、C三类是常用地址。IP地址的编码规定:全0表示本地网络,全1表示广播地址。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IPA类地址:主要用于世界上少数的具有大量主机的网络,它用7位来标示网络号,24位标示主机号,最前面一位为二进制“0”。其中127.0.0.0专门作网络测试之用,例如:PING127.0.0.1用于检查网卡工作是否正常。所以,有的书中把127排除出去,即A类地址的第一段取值介于1~126之间。因此具有27个网络地址,每个网络地址包含的主机数为224(实际有效的网络数是224-2)。B类地址:主要分配给国际性大公司和政府机构的中型到大型网络。后面的14位用来标示网络号,8位标示主机号,前面2位为二进制“10”。该地址具有214(实际有效的网络数是214-2)个网络地址,每个网络号所包含的主机数为216(实际有效的网络数是216-2)。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IPC类地址:C类地址用于小型本地网络。用21位来标示网络号,8位标示主机号,前面3位为二进制“110”。该地址具有221个网络地址,余下的8位定义每个网络号所包含的主机数为256(实际有效的网络数是254)。d.D类地址:特殊IP地址,用于与网络上多台主机同时进行通信的地址。e.E类地址:特殊IP地址,以备将来使用,也可以用于实验目的。②保留IP地址。IP地址还定义了一组特殊的地址格式,称为保留地址,如表4-3所示。保留地址不可以分给主机使用。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP③私有地址。私有地址不需要注册,仅用于局域网内部,该地址在局域网内部是唯一的。当网络上的公有地址不足时,可以通过网络地址翻译(NAT),利用少量的公用地址把大量的配有私用地址的机器连接到公用网上。下列地址为私有地址。A类:10.0.0.1~10.255.255.254/8B类:172.16.0.0~172.32.255.254/16C类:192.168.0.1~192.168.255.254/24上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP3.子网划分(1)子网。为了充分利用IP地址资源和合理地规划网络结构,一个网络通常会被划分成若干个子网。例如某大学申请到一个B类地址。而一个B类地址可以有65534个主机地址可供分配,如果该大学只有30000台主机,那么有30000多个主机号就被浪费掉了,因为其他单位是无法使用这些主机号的。另外还有一个网络结构设计的问题,一所大学包含若干个学院和各行行政部门,如果都连在一个网络上,当网络出现故障时不太容易隔离和管理,同时安全系数也降低了。一般希望每个单位的网络能进一步分成若干个子网,子网之间即相互独立又相互连通。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(2)子网掩码与子网划分。在Internet中,为了快速确定IP地址中的网络号和主机号,以及判断两个IP地址是否属于同一网络,产生了子网掩码的概念。子网掩码是由连续的若干个二进制“1”组成的代码。子网掩码采用与IP地址相同的编址格式,子网掩码中,与相应IP地址中的网络部分对应的位全为“1”,与主机部分对应的位全为“0”。通过子网掩码可以确定IP地址的网络号和主机号。①默认子网掩码。对于A、B、C三类IP地址对应的缺省子网掩码如下。A类:11111111.00000000.00000000.00000000(255.0.0.0)上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IPB类:11111111.11111111.00000000.00000000(255.255.0.0)C类:11111111.11111111.11111111.00000000(255.255.255.0)一个网络进行子网划分后,其IP地址结构将从仅包含网络号和主机号的二级结构变为包含网络号,子网号和主机号的三级结构,如图4-8所示。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP②子网划分和子网掩码的确定。将网络划分成几个子网后,增加了网络的层次,形成了一个三层的结构,即网络号、子网号和主机号。其中,子网号是从IP地址的主机号前面部分“借”位,作为子网地址,借用位数的多少由子网数目决定。划分的子网用子网掩码描述。划分子网及确定子网掩码的方法如下。第一步:确定子网的数目。根据子网数目确定取子网号位数。若需要划分6个子网,将6转换为2进制,得到110,说明需借用主机号的3位来划分子网。注意:子网号必须是2位以上,主机号部分不能少于2位;子网号不能为全“0”(但有些路由器支持“0”子网实现);子网号不能为全“1”;子网数的计算公式如下:2n-2(n≥2,n是子网号位数)。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP第二步:确定每个子网支持的最大主机数。每个子网支持的最大主机数用主机号的剩余部分计算而得。公式为:2n-2。其中,n是剩余的主机号位数。减去2的原因是主机号全“0”和全“1”都不能作为主机号。主机号全“0”代表网络号加子网号,主机号全“1”代表这个子网的广播地址。第三步:划分子网后的子网掩码。划分子网后的子网掩码会有改变,它是将对应子网号的部分全变为“1”后作为新的子网掩码。例如,对于B类地址,如果取主机号的前三位作为子网号,则相应的子网掩码变化如下。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP4.网际层其他主要协议(1)网际控制报文协议(ICMP)。IP协议在数据报的传输中起关键作用,但由于IP协议本身提供的服务是一种无连接、不可靠的服务,故虽然IP协议在尽力传递数据报,但难免出错,而其本身却并不能进行差错控制。因此,在数据报的传输过程中,有可能出现差错、拥塞等情况。而ICMP就是在传输错误时,发回给源主机的ICMP报文(并非发给中间的路由器),其中可以报告出错情况,以便源主机采取相应的纠错措施。注意:ICMP并不能纠错。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(2)地址解析协议(ARP)。局域网通过物理地址来确定源主机和目标主机的位置。在使用TCP/IP协议的网络时,一般是通过IP地址来确定主机位置,IP地址将物理地址隐藏起来。但是在网络实际通信时,IP地址是不能被物理网络所识别的,使用的依然是物理地址。例如IP数据报通过以太网时,以太网不能识别32位IP地址,它们只识别48位的MAC地址。因此,需要在IP地址和主机的MAC地址之间建立映射关系。地址之间的映射称为地址解析,地址解析分为IP地址到物理地址的解析和从物理地址到IP地址的解析。地址解析协议(AddressResolutionProtocol,ARP)的任务就是完成IP地址向物理地址的映射转换。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(3)反向地址解析协议。反向地址解析协议(ReverseAddressResolutionProtocol,RARP)就是完成从MAC地址到IP地址的转换。允许局域网的物理机器从网关服务器的ARP表或者缓存上请求其IP地址。网络管理员在局域网网关路由器里创建一个表以映射物理地址和与其相对应的IP地址。当设置一台新的机器时,其RARP客户机程序需要向路由器上的RARP服务器请求相应的IP地址。RARP可以使用于以太网、光纤分布式数据接口及令牌环LAN。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP5.传输层协议TCP/IP的传输层有TCP和UDP两个协议。(1)TCP协议。传输控制协议(TransmissionControlProtocol,TCP)是一个面向连接的协议,提供有序可靠全双工虚电路传输服务。它通过采用认证、重传机制等方式保证数据的可靠传输,为应用程序提供完整的传输层服务。TCP在进行通信时,发送端的TCP将长的传输划分为更小的数据单元,同时将每个数据单元组装成帧,也称为段。每个段都包括一个用来在接收后重排的序列号、确认ID号以及用于滑动窗口ARQ的窗口大小等字段。分段后的每个段都封装在IP数据包中,在接收端,TCP收集每个到来的数据报,然后根据序列号进行重组。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP①TCP的三次握手。TCP将所要传送的整个报文看成一个个字节组成的数据流,然后对每一个数据流编一个序号。在连接建立时,双方要商定初始序号。TCP就将每一次所传送的报文段中的第一个数据字节的序号,放在TCP首部的序号字段中。TCP的确认是对接收到的数据的最高序号(收到数据流的最后一个序号)表示确认,但返回的确认序号是已收到的数据的最高序号加1,也就是说确认序号表示下次希望收到的第一个数据字节的序号。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IPTCP连接包括建立连接、数据传输和拆除连接三个过程。TCP通过提供TCP端口提供连接服务,最后通过连接服务来接收和发送数据。TCP连接的申请、打开和关闭必须遵守TCP协议的规定。TCP使用三次握手协议来建立连接。连接可以由任何一方发起,也可以由双方同时发起。一旦一台主机上的TCP软件已经主动发起连接请求,运行在另一台主机上的TCP软件就被动地等待握手。通过“三次握手”使得数据段的发送与接收同步,如图4-9所示。②用于流量控制的滑动窗口。TCP采用窗口机制来进行流量的控制。因为数据到达对方后,不是直接就被处理,而是放在缓冲区,然后再处理。如果缓冲区太小,就会出现超出或溢出现象。流量控制的目的是减少重传,提高网络的利用率和吞吐量。在通信的过程中,接收端可根据自己的资源情况,随时动态地调整对方的发送窗口限制。其机制如图4-10所示。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(2)UDP协议。用户数据报协议(UserDatagramProtocol,UDP)是最简单的传输层协议,它和IP一样提供面向无连接、不可靠的数据报传输服务,不同的是UDP提供协议端口号,以保证进程间的通信。基于UDP的应用程序必须自己解决报文丢失、报文重复、流量控制等问题。这些问题可由高层或底层提供,UDP只充当数据报的发送或接收者。因为UDP协议没有连接建立、释放连接和确认机制,因此其数据传输速率较高,具有更高的优越性。UDP广泛使用在如IP电话、网络会议、可视电话、视频点播等传输语音或影像等多媒体信息的场合。UDP传输数据报时没有确认和重传机制。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP6.应用层协议(1)FTP。FTP即文件传输协议,它是网际提供的用于访问远程机器的协议,它使用户可以在本地机与远程机之间进行有关文件的操作。FTP工作时建立两条TCP链接,分别用于传送文件和传送控制。FTP采用客户/服务器模式,它包含客户FTP和服务器FTP。客户FTP启动传送过程,而服务器FTP对其做出应答。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(2)SMTP。SMTP即简单邮件传输协议,它是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则,由它来控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCP/IP协议族,它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。通过SMTP协议所指定的服务器,我们就可以把E-mail寄到收信人的服务器上了,整个过程只要几分钟。SMTP服务器则是遵循SMTP协议的发送邮件服务器,用来发送或中转发出的电子邮件。(3)DNS。DNS即域名系统协议,它提供域名到IP地址的转换,允许对域名资源进行分散管理。DNS能够使用户更方便地访问Internet,而不必去记住那些能够被机器直接读取但又不易记忆的二进制数字串。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(4)HTTP和WWW。①HTTP。HTTP(超文本传输协议)主要用于WWW中,它以明文、超文本、音频和视频等形式传输数据。超文本系统是一个用计算机实现链路相关文档的系统,可以实现各种检索。当链接被激活后,便可以检索并转到相关的文档并显示,如此循环嵌套。HTTP就是使用TCP协议传输文件,而且只在浏览器和服务器之间传输数据。浏览器首先向服务器发送一个请求,而服务器发送一个报文作为响应给浏览器。从浏览器到服务器的命令嵌入到请求报文中,而请求的文件内容和其他信息嵌入到响应报文中。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP②WWW。WWW(WorldWideWeb)中文译名就是万维网。万维网指的并不是一个具体的物理网络,它是Internet提供的众多服务中的一种。WWW服务指遍布全球并被连接在一起的信息存储库,综合了易修改、可移植和对用户友好的特性。它是现代计算机和网络界最基础的成果。可以说正是因为有了WWW,Internet才能发展得这么快。③URL。URL(统一资源定位符)用来表示Internet和Web的地址,用来表示或定位网络上的资源。每个Web主页,包括Web节点中的网页,都有一个存放地址,它们需要通过URL来定位。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP④HTML。HTML(超文本标记语言)并不是一种编程语言,它属于标记语言,是用来创建网页的。4.2.4IPv6简介1.IPv4的不足与解决方法(1)IPv4的不足。现有IP协议开发最初是计划用于ARPANET的,其网络个数不多,故在现今的使用中出现了很多问题,比如服务质量没有保证、路由表信息越来越多等,但最为紧迫的是IP地址严重不足,32位的IP地址几乎用尽,这将极大地影响Internet的发展和使用。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(2)IPv4解决地址紧缺的办法。针对IP地址资源紧张,IPv4设计了几种解决方法。①可变长子网掩码(VLSM)。子网的引入确实节约了不少IP地址,使得多个部门或单位可以共用一个C类或B类IP地址,但也有很多不足,特别是对B类地址来说IP地址会有很大的浪费。②无类域间路由(CIDR)。按类划分IP地址是一个很好的管理IP地址的办法,但存在很多问题,特别是浪费了大量的IP地址。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP③网络地址转换(NAT)。网络地址转换(NetworkAddressTranslate,NAT)是一种将无法在Internet上使用的内部保留IP地址,转换为可以在Internet上使用的合法IP地址的机制。NAT为内部网络的主机分配IPv4的保留IP地址,然后在内部网络与Internet交接点设置NAT服务器和由少量合法IP地址组成的IP地址池,就可以解决大量内部主机访问Internet的需求了。NAT技术得到了较为广泛的应用,被认为是解决IP紧缺的有效手段。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP2.IPv6简介为了克服IPv4的不足,Internet项目任务组(IETF)1992年提出制定下一代IP,即IPNG(IPNextGeneration),就是今天所说的IPv6。IPv6的特点如下。(1)巨大的地址空间。IPv6的地址长度由IPv4的32位扩展到128位,理论上使地址空间增大了296倍,如果地球表面都覆盖着计算机,那么IPv6允许每平方米拥有7×1023个IP地址,正如有人形容的“如果使用了IPv6,地球上每一粒沙子都可以拥有一个IP地址”。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(2)全新的地址配置方式。IPv6采用类似CIDR的地址聚类机制层次的地址结构,但寻址效率比CIDR要高。另外,为了简化主机的配置,IPv6支持手工地址配置、有状态自动地址配置和无状态自动地址配置。在无状态自动地址配置中,网络上的主机能自动给自己配置IPv6地址,所以同一链路上,所有主机不用人工干预就可以进行通信。(3)头部格式。IPv6简化了报头,减少了路由表长度,同时减少了路由器处理报头的时间,降低了报文的延迟。(4)简化了协议。IPv6基本头部格式中取消了头部检验和字段,分段只在源站点进行,简化了协议,加快了分组的转发。上一页下一页返回4.2Internet标准TCP/IP(5)对服务质量(QoS)有更好的支持。允许对网络资源进行分配,支持实时传输视频、图像等要求,保证一定的带宽。IPv6报文可以标记数据所属流类型,以便路由器或交换机进行相应的处理。(6)内置的安全性。IPv6提供了比IPv4更好的安全性保证。IPv6协议内置标准化安
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