2011软件水平考试网络工程师全面复习笔记(39)

 　第9章 因特网与TCP/IP协议

　　本章为次重点章节，其中TCP/IP体系结构的网络接口层协议、应用层协议、因特网服务资源考核要求均为"简单应用"。本章介绍因特网的TCP/IP体系结构、因特网的接入方式、因特网的服务资源等。要求重点掌握TCP/IP协议族。

　　1、概述

　　TCP/IP协议族是因特网的核心。TCP/IP体系结构是专门用来描述TCP/IP协议族的，从低到高共有五层：物理层、网络接口层、网络互联层、传输层、应用层。

　　· 应用层：包含了所有的高层协议，如FTP、TELNET、DNS、SMTP等。

　　· 传输层：负责在源主机和目的主机的应用程序之间提供端-端的数据传输服务，主要有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。

　　· 网络互联层：负责将数据报独立地从信息源送到信宿，主要解决路由选择、阻塞控制、网络互联等问题，主要有互联网协议IP。

　　· 网络接口层：负责将IP数据报封装成适合在物理网络上传输地帧格式并传输，或将从物理网络接收到地帧解封，取出IP数据报交给上层地网络互联层。

　　· 物理层：只要能传输IP数据报，允许任何协议。

　　2、网络接口层协议

　　SLIP 的全称是 Serial Line IP 。它是一种在串行线路上对 IP 数据报进行封装的简单形式。在IP数据报以一个称作END(0xc0)的特殊字符结束。同时，为了防止数据报到来之前的线路噪声被当成数据报内容，大多数实现在数据报的开始处也传一个END字符。如果 IP 报文中某个字符为 END ，那么就要连续传输两个字节 0xdb, 0xdc 来取代它。 0xdb 这个特殊字符被称作 SLIP 的 ESC 字符，但是它的值与 ASCII 码的 ESC 字符( 0x1b )不同。如果 IP 报文中某个字符为 SLIP 的 ESC 字符，那么就要连续传输两个字节 0xdb,0xdd 来取代它。

　　SLIP是一种简单的帧封装方法，还有一些值得一提的缺陷：

　　1.每一端必须知道对方的IP地址。没有办法把本端的IP地址通知给另一端。

　　2.数据帧中没有类型字段(类似于以太网中的类型字段)。如果一条串行线路用于SLIP，那么它不能同时使用其他协议。

　　3. SLIP没有在数据帧中加上检验和(类似于以太网中的CRC字段)。如果SLIP传输的报文被线路噪声影响而发生错误，只能通过上层协议来发现。(另一种方法是，新型的调制解调器可以检测并纠正错误报文。)这样，上层协议提供某种形式的CRC就显得很重要。

　　PPP ，点对点通信协议修改了 SLIP 协议中的所有缺陷。 PPP 包括以下三个部分：

　　1 .在串行通信线路上组帧的方法。 PPP 既支持数据为 8 位和无奇偶检验的异步模式(如大多数计算机上都普遍存在的串行接口)，还支持面向比特的同步链接。

　　2 .建立、配置及测试数据链路的链路控制协议( LCP ： Link Control Protocol )。它允许通信双方进行协商，以确定不同的选项。

　　3 .针对不同网络层协议的网络控制协议( NCP ： Network Control Protocol )体系。PPP数据帧的格式看上去很像ISO的HDLC(高层数据链路控制)标准。每一帧都以标志字符0x7e开始和结束。紧接着是一个地址字节，值始终是0xff，然后是一个值为0x03的控制字节。接下来是协议字段，类似于以太网中类型字段的功能。当它的值为0x0021时表示信息字段是一个IP数据报，值为0xc021时表示信息字段是链路控制数据，值为0x8021时表示信息字段是网络控制数据。CRC字段(或FCS，帧校验序列)是一个循环冗余检验码，以检测数据帧中的错误。由于标志字符的值是0x7e，因此当该字符出现在信息字段中时，PPP需要对它进行转义。在同步链路中，该过程是通过一种称作比特填充(bit stuffing)的硬件技术来完成的。在异步链路中，特殊字符0x7d用作转义字符。

　　因特网地接入方式：终端方式、SLIP/PPP方式、DDN专线、代理服务器方式、其他通信线路入网。

　　3、网络互联层协议

　　IP协议：实现的是不可靠无连接的数据报服务，它是TCP/IP协议族的核心，传输层上的数据信息和网络层上的控制信息都以IP数据报的形式传输。在Ipv4 中， IP 地址由四个八位域(叫作 octets )组成。 Octets 被点号分开代表在 0 到达 55 范围内的十进制数字。用二进制格式时共有 32 位组成，为了方便记忆，用点号每八位一分割，称为点分十进制。因为TCP/IP网络是为大规模的互连网络设计的，所以不能用全部的32位来表示网络上主机的地址。用IP地址的一部分来标识网络，剩下的部分标识其中的网络设备。IP地址中用来标识设备所在网络的部分叫做网络ID，标识网络设备的部分叫做主机ID。这些ID包含在同一个IP地址之中。 Internet组织定义了5种IP地址类，以容纳不同大小的网络。

　　· A类地址用于主机数目非常多的网络。A 类地址的最高位为 0 ，接下来的 7 位完成网络 ID ，剩余的 24 位二进制位代表主机 ID 。 A 类地址允许 126 个网络，每个网络大约一千七百万台主机 ; 第一个八位体是 1~126 。 127 是一个特殊的网络 ID ，是用来检查， TCP / IP 协议工作状态。

　　· B 类地址用于中型到大型的网络。B类地址的最高位为10，接下来的14位完成网络ID，剩余的14位二进制位代表主机ID。B类地址允许16384个网络，每个网络大约65000台主机;第一个八位体是128~191。

　　· C 类地址用于小型本地网络。 C 类地址的最高位为 110 ，接下来的 21 位完成网络 ID ，剩余的 8 位二进制位代表主机 ID 。 C 类地址允许大约二百万个网络，每个网络有 254 台主机;第一个八位体是 192~223 。

　　· D 类地址用于多重广播组。一个多重广播组可能包括 1 台或更多主机，或根本没有。 D 类地址的最高位为 1110; 第一个八位体是 224~239 。剩余的位设计客户机参加的特定组。在多重广播操作中没有网络或主机位，数据包将传送到网络中选定的主机子集中。只有注册了多重广播地址的主机才能接收到数据包。 Microsoft 支持 D 类地址，用于应用程序将多重广播数据发送到网络间的主机上，包括 WINS 和 Microsoft NetShow 。

　　· E 类是一个通常不用的实验性地址：它保留作为以后使用。 E 类地址的最高四位通常为 11110 ;第一个八位体是 240~247 。248~254 无规定。

　　子网是一个逻辑概念，子网中的各主机的 NetID 是相同的。网段是一个物理概念，是指在物理上独立的一段网络。子网与网段之间，可以是多对多的关系。

　　划分子网( subnetworking )的好处：a、 混合使用多种技术，如以太网和令牌网。b、 克服已有技术的缺陷，如超过每段中最大主机数目。c、 通过对交通重定向和减少广播来减少网络阻塞。

　　子网掩码：将IP地址的各位，NetID全改为1，HostID全改为0，则是子网掩码。与IP地址进行"与"或"and"运算，用来分辩网络ID和主机ID。

　　标准子网掩码： A 类： 255.0.0.0 B 类： 255.255.0.0 C 类： 255.255.255.0

　　IP路由选择： IP 搜索路由表的几个步骤： 1. 搜索匹配的主机地址(即网络标识和主机标识都相同); 2. 如果1不成功， 搜索匹配的网络地址; 3. 如果2不成功， 搜索路由表中目的地址为"默认"的表项。

　　地址解析协议( ARP )：地址解析协议是一个位于 IP 协议中的低层协议。它把 IP 地址解析成 MAC 地址。当一个基于 TCP/IP 的应用程序需要从一台主机发送数据给另一台主机时，它把信息分割并且封装成包，附加上目的主机的 IP 地址。然后寻找 IP 地址到实际 MAC 地址的映射。当 ARP 找到了 MAC 地址后，它就把这个信息传给 IP ，由 IP 把包发送出去。

　　ICMP协议： ICMP 经常被认为是 IP 层的一个组成部分。它传递错误信息以及其它询问信息。 ICMP 报文通常被 IP 层或更高层协议( TCP 或 UDP )使用。一些 ICMP 报文把差错信息返回给用户进程。 ICMP 信息是在 IP 数据报内部被传输的。当发送一份 ICMP 差错报文时，报文始终包含 IP 的首部和产生 ICMP 差错报文的 IP 数据报的前 8 个字节。这样，接收 ICMP 差错报文的模块就会把它与某个特定的协议(根据 IP 数据报首部中的协议字段来判断)和用户进程(根据包含在 IP 数据报前 8 个字节中的 TCP 或 UDP 报文首部中的 TCP 或 UDP 端口号来判断)联系起来。