TCPIP协议技术应用知识汇总.docx
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1、TCP/IP 协议技术应用学问汇总OSI 网络分层参考模型网络协议设计者不应当设计一个单一、巨大的协议来为全部形式的通信规定完整的细节,而应把通信问题划分成多个小问题,然后为每一个小问题设计一个单独的协议。这样做使得每个协议的设计、分析、时限和测试比较简洁。协议划分的一个主要原则是确保目标系统有效且效率高。为了提高效率,每个协议只应当留意没有被其他协议处理过的那局部通信问题;为了主协议的实现更加有效,协议之间应当能够共享特定的数据构造;同时这些协议的组合应当能处理全部可能的硬件错误以及其它特别状况。为了保证这些协议工作的协同性,应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列(即协议族),而不是孤
2、立地开发每个协议。在网络历史的早期,国际标准化组织(ISO)和国际电报 询问委员会(CCITT)共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用恳求(在协议栈的顶部)到网络介质(底部) ,OSI 参考模型把功能分成七个分立的层次。图 2.1 表示了 OSI 分层模型。应用层 第七层表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层物理层 第一层图 2.1 OSI 七层参考模型OSI 模型的七层分别进展以下的操作: 第一层物理层第一层负责最终将信息编码成电流脉冲或其它信号用于网上传输。它由计算机和网络介质之间的实际界面组成,可定义电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码
3、和数据传输用的连接器。如最常用的 RS-232 标准、10BASE-T 的曼彻斯特编码以及 RJ-45 就属于第一层。全部比物理层高的层都通过事先定义好的接口而与它通话。如以太网的附属单元接口(AUI),一个 DB-15 连接器可被用来连接层一和层二。其次层数据链路层数据链路层通过物理网络链路供给牢靠的数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征,其中包括物理编址、网络拓扑构造、错误校验、帧序列以及流控。物理编址相对应的是网络编址 定义了设备在数据链路层的编址方式;网络拓扑构造定义了设备的物理连接方式,如总线拓扑构造和环拓扑构造;错误校验向发生传输错误的上层协议告警;数据帧序列重整理并
4、传输除序列以外的帧;流控可能延缓数据的传输,以使接收设备不会由于在某一时刻接收到超过其处理力量的信息流而崩溃。数据链路层实际上由两个独立的局部组成,介质存取掌握 Media Access Control,MAC和规律链路掌握层Logical Link Control,LLC。MAC 描述在共享介质环境中如何进展站的调度、发生和接收数据。MAC确保信息跨链路的牢靠传输,对数据传输进展同步,识别错误和掌握数据的流向。一般地讲,MAC 只在共享介质环境中才是重要的,只有在共享介质环境中多个节点才能连接到同一传输介质上。IEEE MAC 规章定义了地址,以标识数据链路层中的多个设备。规律链路掌握子层治
5、理单一网络链路上的设备间的通信, IEEE 802.2 标准定义了 LLC。LLC 支持无连接效劳和面对连接的效劳。在数据链路层的信息帧中定义了很多域。这些域使得多种高层协议可以共享一个物理数据链路。第三层网络层网络层负责在源和终点之间建立连接。它一般包括网络寻径,还可能包括流量掌握、错误检查等。一样 MAC 标准的不同网段之间的数据传输一般只涉及到数据链路层,而不同的 MAC 标准之间的数据传输都涉及到网络层。例如 IP 路由器工作在网络层,因而可以实现多种网络间的互联。第四层传输层传输层向高层供给牢靠的端到端的网络数据流效劳。传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路治理及过失校验和恢复。
6、流控治理设备之间的数据传输,确保传输设备不发送比接收设备处理力量大的数据;多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上;虚电路由传输层建立、维护和终止; 过失校验包括为检测传输错误而建立的各种不同构造;而过失恢复包括所实行的行动如恳求数据重发,以便解决发生的任何错误。传输掌握协议TCP是供给牢靠数据传输的 TCP/IP 协议族中的传输层协议。第五层会话层会话层建立、治理和终止表示层与实体之间的通信会话。通信会话包括发生在不同网络应用层之间的效劳恳求和效劳应答,这些恳求与应答通过会话层的协议实现。它还包括创立检查点,使通信发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。第六层表示层表示层供给多
7、种功能用于应用层数据编码和转化,以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。公用数据表示格式就是标准的图像、声音和视频格式。通过使用这些标准格式,不同类型的计算机系统可以相 互交换 数据; 转化 模式通过 使用不 同的文 本和 数据表示 , 在系 统间交 换信 息, 例如ASCII(American Standard Code for Information Interchange ,美国标准信息交换码);标准数据压缩模式确保原始设备上被压缩的数据可以在目标设备上正确的解压;加密模
8、式确保原始设备上加密的数据可以在目标设备上正确地解密。表示层协议一般不与特别的协议栈关联,如 QuickTime 是 Applet 计算机的视频和音频的标准,MPEG 是 ISO 的视频压缩与编码标准。常见的图形图像格式 PCX、GIF、JPEG 是不同的静态图像压缩和编码标准。第七层应用层应用层是最接近终端用户的 OSI 层,这就意味着 OSI 应用层与用户之间是通过应用软件直接相互作用的。留意,应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成,而是由向应用程序供给访问网络资源的 APIApplication Program Interface,应用程序接口组成,这类应用软件程序超出了 OSI 模
9、型的范畴。应用层的功能一般包括标识通信伙伴、定义资源的可用性和同步通信。由于可能丧失通信伙伴,应用层必需为传输数据的应用子程序定义通信伙伴的标识和可用性。定义资源可用性时,应用层为了恳求通信而必需判定是否有足够的网络资源。在同步通信中,全部应用程序之间的通信都需要应用层的协同操作。OSI 的应用层协议包括文件的传输、访问及治理协议(FTAM) ,以及文件虚拟终端协议(VIP)和公用治理系统信息(CMIP)等。2.2 TCP/IP 分层模型TCP/IP 分层模型TCP/IP Layening Model被称作因特网分层模型(Internet Layering Model)、因特网参考模型(Int
10、ernet Reference Model)。图 2.2 表示了 TCP/IP 分层模型的四层。 其第四层,应用层 它 第三层,传输层 其次层,网间层第一层,网络接口 其它 图 2.2四层参考模型TCP/IP 协议被组织成四个概念层,其中有三层对应于 ISO 参考模型中的相应层。ICP/IP 协议族并不包含物理层和数据链路层,因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能,必需与很多其他的协议协同工作。TCP/IP 分层模型的四个协议层分别完成以下的功能:第一层网络接口层网络接口层包括用于协作IP 数据在已有网络介质上传输的协议。实际上TCP/IP 标准并不定义与ISO 数据链路层和物理层相对应的
11、功能。相反,它定义像地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP) 这样的协议,供给 TCP/IP 协议的数据构造和实际物理硬件之间的接口。其次层网间层网间层对应于 OSI 七层参考模型的网络层。本层包含 IP 协议、RIP 协议(Routing Information Protocol,路由信息协议),负责数据的包装、寻址和路由。同时还包含网间掌握报文协议(Internet Control Message Protocol,ICMP)用来供给网络诊断信息。第三层传输层传输层对应于 OSI 七层参考模型的传输层,它供给两种端到端的通信效劳。其中TCP 协议(Tr
12、ansmission Control Protocol)供给牢靠的数据流运输效劳,UDP 协议(Use Datagram Protocol)供给不行靠的用户数据报效劳。第四层应用层应用层对应于 OSI 七层参考模型的应用层和表达层。因特网的应用层协议包括 Finger、Whois、FTP(文件传输协议)、Gopher、 (超文本传输协议)、Telent(远程终端协议)、SMTP(简洁邮件传送协议)、IRC(因特网中继会话)、NNTP网络闻传输协议等,这也是本书将要争论的重点。2.3 IP 地址前面的章节我们已经指出,由于不同网络的硬件存在不同类型的地址,TCP/IP 需要有它自己的地址编码系统
13、。IP 协议规定每台主机(严格地说是每个因特网接口)都通过一个 32 位全局唯一的因特网地址来标识。通常 IP 地址是承受以点隔开的四个十进制数的形式来表示。每个数代表地址中的一个二位十六进制数(即八位二进制数)。例如 IP 地址 205.187.251.2 就表示相应的四个二位十六进制值 CD BB FB 02。2.3.1 地址根本编码格式在 IPv4(IP 协议,版本 4)标准中,每个 32 位 IP 地址包含两个局部:网络标识符和网络内的主机编号。没有两个网络能够安排同一个网络标识符,同一网络上的两台计算机也不行能安排同一个主机编号。IANA 负责安排网络标识符,以确保网络标识符的唯一性
14、、因特网效劳供给商(Internet Service Provider,ISP)或网络治理员负责维护同一网络上主机编号的唯一性等。网络标识符和主机编号的边界由IP 地址的类别来确定,不同类别的 IP 地址能够满足不同规模网络的组网需要。为了满足不同的网络与主机比例的期望值,IP 协议将地址编码分成三种根本类别:A 类、B 类、C 类。D 类地址是为多点播送而定义的,剩余的 E 类地址保存为试验使用,如图 2.3 所示。 网络标识符主机编号类网络标识符主机编号类网络标识符主机编号类多点播送地址类试验保存地址类 图 2.3 IP 地址的五种类别A 类网络地址第一位为“0”。前 8 位07代表网络标
15、识符,后 24 位(831)代表本网络上的主机编号。因此这类网络存在 128(27)个 A 类网络标识符,每个网络有 16777216(224)台主机。例如10.0.0.1 代表 A 类网 10.0.0.0 和 1 号主机。B 类网络地址的前两位是“10”。前16 位(015)代表网络标识符,每个网络有 65536(216)台主机。例如 128.1.0.1 代表 B 类网 128.1.0.0 和 1 号主机。C 类网络地址的前三位是“110”。前 24 位(023)代表网络标识符,后 8 位(2431)代表网络上的主机编号。C 类网络存在 2097152(221)个网络标识符,每个网络有 25
16、6(28)台主机。例如 192.0.1.1 代表 C 类网192.0.1.0 和 1 号主机。可见地址的类别可以从第一个主机号区分。可见 IP 地址的类别可以由第一个十进制数的范围区分,如图 2.4 所示。类第一个进制数网络数目 主机数目 图 2.4IP 地址的类别可以由点分十进制数地址的2.3.2 子网掩码第一个十进制数的范围区分在因特网早期,每个组织机构的网络都很简洁,通常一个组织机构也只有一个局域网,只需要网络标识符和主机编号这两级构造就足够了。随着因特网的进一步膨胀,类地址消耗得很快,这种两级构造很难满足日益增长的网络的要求。到了 1984 年,在地址格式中又增加了第三级子网构造,子网
17、对网络内部的地址空间进展再划分,这样就缓解了类地址的需求,如图 2.5 所示。网络标识符 子网主机主机编号 图 2.5 三级 IP 地址格式子网或子网络是 A、B 或 C 类网络的一个子集。网络掩码用来把网络信息和主机信息分开。每个A、B 或 C 类地址实际上都是一个自然掩码。 A 类地址的自然掩码 255.0.0.0;B 类地址的自然掩码是255.255.0.0;C 类地址的自然掩码是 255.255.255.0。假设没有子网的引入,网络标识符的使用会很限。使用了掩码,网络就可以分化成子网,并把地址的网格局部延长到主机局部。子网划分技术增加了子网的数量,削减了主机的数量。如图 2.6 所示,
18、掩码 255.255.0.0 把 A 类 IP 地址 8.0.0.1 划分成一个网络局部、一个子网局部和一个主机局部。图 2.6 根本子网划分的例子要留意的是,子网掩码的格式是有限制的。子网掩码必需是相邻接的,它们的长度也必需要大于 1, 也就是说一个掩码应当有从左开头的连续的“1”,其余局部为“0”。下面的掩码可以用来把C 类网络理论上可用的 256 个地址划分成多个子网。255(1111 1100)64 个子网,4 台主机/子网248(1111 1000)32 个子网,8 台主机/子网240(1111 0000)16 个子网,16 台主机/子网224(1110 0000)8 个子网,32
19、台主机/子网192(1100 0000)4 个子网,64 台主机/子网128(1000 0000)2 个子网,128 台主机/子网2.3.3 特别用途的 IP 地址一台计算机可以安排一个主机地址,同是一个网络也可以安排一个网络地址。另外,在很多状况下主机并不知道自己的 IP 地址或者对方的 IP 地址,比方在主机启动时就是这样的。因此 IP 协议定义了一套特别地址格式,称作保存地址,保存地址从不安排给某台主机,如图 2.8 所示。全本地网上的本主机网络标识符全 主机编号本地网上的主机网络标识符 主机编号全网络的伯克利播送全本地网的有限播送网络标识符 主机编号全网络的直线播送任意本地环路 图 2
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