網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和IP地址基礎(chǔ)第二章本章學(xué)習(xí)目標(biāo)開放系統(tǒng)互連參考模型OSIIP地址的分類特殊的IP地址Windows7操作系統(tǒng)IP地址的設(shè)置網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議2.1

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層特性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論和軟件的核心，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次模型里各層次的結(jié)構(gòu)與其協(xié)議的集合，這是個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而其中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信更是個(gè)復(fù)雜的流程，要解決這個(gè)問題一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是分層，將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，分層的好處還有各層間相互獨(dú)立，某一層的變化不會(huì)影響其他層，相鄰層之間的上下通信只需要提供接口就可以了。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的每層有屬于該層的協(xié)議，兩節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)等層通信只要遵循該層同樣的協(xié)議即可。所謂的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是在開始彼此通信前，我們會(huì)建立共同的規(guī)則來管理會(huì)話。必須遵守這些規(guī)則（即協(xié)議），才能成功傳遞和理解消息。2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層特性網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本定義實(shí)體

在計(jì)算機(jī)通信中，任何接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的硬件或者軟件進(jìn)程都可以稱為實(shí)體，是計(jì)算機(jī)通信的基本元素。對(duì)等層

假設(shè)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)遵循同一網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，它們相互之間的成功通信是依靠在同一層里具有相同功能的實(shí)體完成，那么這里的同一層便是對(duì)等層。協(xié)議數(shù)據(jù)單元在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都建立屬于該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），包含了上層傳遞下來的協(xié)議數(shù)據(jù)和當(dāng)前層的實(shí)體信息。協(xié)議數(shù)據(jù)單元在OSI不同的層里由于數(shù)據(jù)封裝的結(jié)構(gòu)不同，故有特定的稱謂，例如在傳輸層里稱為數(shù)據(jù)段，在網(wǎng)絡(luò)層稱為數(shù)據(jù)包，在鏈路層里稱為數(shù)據(jù)幀。2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層特性網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本定義虛通信和實(shí)通信對(duì)于我們用戶來說，只接觸到應(yīng)用層的程序，例如使用QQ發(fā)信息給朋友，對(duì)方也是通過QQ收到了信息，好像大家都只通過QQ這個(gè)程序就可以互相成功通信了，但實(shí)際上這只是個(gè)虛通信，真正的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收都要編碼成電信號(hào)或光信號(hào)，然后通過物理層的信道傳輸，這就是實(shí)通信服務(wù)

在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)里所謂服務(wù)的概念是指，下一層通過層與層之間的接口向上一層提供的一組功能。2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層特性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次模型除了物理介質(zhì)上的通信是實(shí)通信外，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的其它對(duì)等層的通信都是虛通信；對(duì)等層之間的成功通信必須使用同一協(xié)議；下一層為上一層提供服務(wù)。2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層特性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次化體系結(jié)構(gòu)一般都需要遵循以下原則：每一層的功能明確，且相互獨(dú)立。上下層之間通過接口聯(lián)系，接口的操作清晰簡(jiǎn)潔，某層變化不會(huì)影響到其他層。合適的分層數(shù)，層次過多，系統(tǒng)會(huì)變得復(fù)雜，層之間功能容易互相重疊。層次太少，則每層負(fù)擔(dān)的功能太多，實(shí)現(xiàn)起來較困難，每層的協(xié)議也會(huì)變得過多。2.2開放系統(tǒng)互連參考模型OSI開放系統(tǒng)互連參考模型OSI設(shè)計(jì)初衷就是要打造一個(gè)開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系框架，各個(gè)廠商開發(fā)的產(chǎn)品不管是硬件或軟件，只要大致上遵循這個(gè)框架的標(biāo)準(zhǔn)，都可以互相通信2.2開放系統(tǒng)互連參考模型OSI如上圖，OSI標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)定義了一個(gè)七層的模型，自上至下依次是應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。根據(jù)此模型，我們可以試著描敘兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過程。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)A封裝傳輸數(shù)據(jù)→傳輸介質(zhì)實(shí)通信→網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)B接受數(shù)據(jù)解封裝2.2開放系統(tǒng)互連參考模型OSI封裝過程上層數(shù)據(jù)LLC頭+IP+TCP+上層數(shù)據(jù)MAC頭IP+TCP+上層數(shù)據(jù)LLC頭TCP+上層數(shù)據(jù)IP頭上層數(shù)據(jù)TCP頭0101110101001000010傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層表示層應(yīng)用層會(huì)話層LLC頭IP頭FCSFCS2.2開放系統(tǒng)互連參考模型OSI解封裝過程上層數(shù)據(jù)LLC頭+IP+TCP+上層數(shù)據(jù)MAC頭IP+TCP+上層數(shù)據(jù)LLC頭TCP+上層數(shù)據(jù)IP頭上層數(shù)據(jù)TCP頭0101110101001000010傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層表示層應(yīng)用層會(huì)話層2.3TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議TCP/IP模型比OSI要簡(jiǎn)潔，自上至下分四層，依次是：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際互連層和網(wǎng)絡(luò)接口層2.3TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議OSI上三層應(yīng)用層、表示層和會(huì)話層的功能被合并到了TCP/IP模型的應(yīng)用層，同樣下面的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層也被合并到了TCP/IP模型的網(wǎng)絡(luò)接口層里，雖然兩個(gè)模型的層名稱由所差別，但實(shí)際功能大致一樣。TCP/IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議簇里的核心協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)最常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這從你的計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的本地連接屬性里可以看到，除了這兩者外，協(xié)議簇里還有一些常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2.3TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議應(yīng)用層HTTP：超文本傳輸協(xié)議，是一種檢索和發(fā)布Web服務(wù)器網(wǎng)頁的協(xié)議FTP：文件傳輸協(xié)議，是一種用于客戶端/服務(wù)器模式進(jìn)行文件傳輸?shù)膮f(xié)議DNS：域名解析服務(wù)協(xié)議Telnet：遠(yuǎn)程終端登錄協(xié)議SMTP：簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議DHCP：動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議2.3TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議傳輸層

TCP：傳輸控制協(xié)議，是一種面向連接的協(xié)議，依靠三次握手和確認(rèn)重傳機(jī)制來提供端對(duì)端可靠的傳輸服務(wù)，也因此產(chǎn)生額外傳輸開銷。2.UDP：用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，是一種簡(jiǎn)單的無連接協(xié)議，采用“盡力而為”的傳輸機(jī)制，盡管減低了傳輸開銷，但無法確保數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確傳送給對(duì)方。2.3TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議網(wǎng)際互連層

IP：網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議ARP：地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RARP：逆向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ICMP：網(wǎng)際控制信息協(xié)議2.3TCP/IP模型及相關(guān)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層對(duì)應(yīng)OSI的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，所以包含眾多的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的協(xié)議，比如SLIP、PPP和X.25、以太網(wǎng)等，但由于該層實(shí)際上并不屬于TCP/IP協(xié)議模型的一部分，只是TCP/IP協(xié)議簇與各種物理傳輸介質(zhì)的接口2.5IP地址IP協(xié)議一個(gè)重要作用就是解決了網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)地址標(biāo)識(shí)問題，所以稱之為IP地址，由于目前使用的IP協(xié)議版本是第4版本，又稱為IPV4地址32位二進(jìn)制的IPV4地址轉(zhuǎn)成點(diǎn)分十進(jìn)制表示法2.5IP地址網(wǎng)絡(luò)上根據(jù)IP地址的尋址過程也是相似的，首先找到具體的網(wǎng)絡(luò)，再在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上找到特定的主機(jī)，這個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)稱為IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，網(wǎng)絡(luò)上特定的主機(jī)就是IP地址的主機(jī)號(hào)，也就是說IP地址由兩部分組成，網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)2.5IP地址IP地址的分類為了避免IP地址的浪費(fèi)，要根據(jù)不同的機(jī)構(gòu)實(shí)際需要的地址數(shù)量進(jìn)行分配，因此為適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模而對(duì)IP地址進(jìn)行了分類分類地址范圍A——55B——55C——55D——55E——552.5IP地址A類地址每個(gè)網(wǎng)絡(luò)里包含主機(jī)地址的數(shù)量可以從主機(jī)號(hào)的位數(shù)計(jì)算出來，主機(jī)號(hào)的位數(shù)為24位，這24位二進(jìn)制數(shù)字每一次的變化代表一個(gè)主機(jī)地址的話，那么A類地址每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)地址的數(shù)量就是224-2（二進(jìn)制數(shù)為全0和全1不可用作主機(jī)地址），這樣一個(gè)A類地址適合分配給一個(gè)大型規(guī)模的包含16777214臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)。B類地址的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量為214個(gè)，而B類地址每個(gè)網(wǎng)絡(luò)里包含的主機(jī)地址數(shù)量為216-2個(gè)2.5IP地址特殊的IP地址全網(wǎng)地址：IP地址為的地址，代表全部的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)號(hào)全為0的地址，代表本網(wǎng)絡(luò)，例如這個(gè)地址就代表172.16這個(gè)網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)廣播地址：和全網(wǎng)地址相反，是一個(gè)32位二進(jìn)制數(shù)全為1的地址，也就是55，這個(gè)地址在所有網(wǎng)絡(luò)里都是一個(gè)廣播地址本網(wǎng)廣播地址：主機(jī)號(hào)全為1的地址，代表本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有主機(jī)，例如55這個(gè)地址代表172.16網(wǎng)絡(luò)里所有主機(jī)2.5IP地址特殊的IP地址私有地址：不在公網(wǎng)（internet）上使用的IP地址，只提供給私有網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部主機(jī)使用，這樣的地址有—55，—55，—55。環(huán)回測(cè)試地址：為—55的這段地址，主要用來測(cè)試主機(jī)自身的網(wǎng)卡或IP協(xié)議是否工作正常鏈路本地地址：為—55的這段地址，主要用來當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)啟動(dòng)之后，無法獲得正確的IP地址，操作系統(tǒng)自動(dòng)將這段地址其中一個(gè)分配給主機(jī)使用2.5IP地址子網(wǎng)掩碼上面提到的將IP地址進(jìn)行分類是一種傳統(tǒng)的、機(jī)械的IP地址分配方法，已不適應(yīng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，例如某個(gè)機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)數(shù)量介于B類地址和C類地址之間，那應(yīng)該分配多個(gè)C類地址還是一個(gè)B類地址？無法哪種分配方法都可能造成IP地址的浪費(fèi)，由此提出了子網(wǎng)掩碼這個(gè)概念，使得IP地址的分配更具靈活性，更能適應(yīng)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)情況。2.6IPV6簡(jiǎn)介隨著IPV4的地址資源日漸枯竭，IPV6已經(jīng)逐步投入使用，IPV