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TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議
本書(shū)系統(tǒng)地介紹了TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)和基本原理,主要包括因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、IP地址、地址與解析、IP協(xié)議、差錯(cuò)與控制報(bào)文協(xié)議、IP路由、傳輸層協(xié)議、域名系統(tǒng)、引導(dǎo)協(xié)議與動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議、IP組播、文件傳輸協(xié)議、郵件傳輸協(xié)議、遠(yuǎn)程登錄協(xié)議、超文本傳輸協(xié)議、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議、移動(dòng)IP、因特網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量、多協(xié)議標(biāo)簽交換、因特網(wǎng)安全以及新一代因特網(wǎng)協(xié)議等內(nèi)容。
1. 本書(shū)是TCP/IP領(lǐng)域的經(jīng)典教材,歷久彌新,針對(duì)TCP/IP協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)的*新進(jìn)展進(jìn)行修訂。內(nèi)容*,使用廣泛。榮獲全國(guó)高校出版社*書(shū)獎(jiǎng),中國(guó)大學(xué)出版社圖書(shū)獎(jiǎng)(優(yōu)秀教材)一等獎(jiǎng)。
2. 結(jié)構(gòu)上系統(tǒng)性強(qiáng)。以TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)為主線,自底向上地逐層介紹了TCP/IP協(xié)議族的各個(gè)子協(xié)議,層次分明,概念準(zhǔn)確,內(nèi)容連貫,邏輯性強(qiáng)。覆蓋TCP/IP的基本內(nèi)容和各個(gè)主要方面,并反映了TCP/IP協(xié)議的新發(fā)展和未來(lái)趨勢(shì)。
3. 敘述上深入淺出,循序漸進(jìn),圖文并茂,容易理解,可讀性強(qiáng)。
4. 內(nèi)容上清晰翔實(shí),用例貼切。給出了一些便于理解的實(shí)例,使理論內(nèi)容與應(yīng)用實(shí)際緊密結(jié)合。
5. 每章末都有本章要點(diǎn)和習(xí)題,便于讀者掌握重點(diǎn),加深印象,鞏固所學(xué)知識(shí)。
第2版前言
隨著因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,TCP/IP協(xié)議以其高效、可靠、實(shí)用的特點(diǎn)和得天獨(dú)厚的因特網(wǎng)背景,逐漸確立了它在網(wǎng)絡(luò)中的統(tǒng)治地位。一系列與因特網(wǎng)密切相關(guān)的新技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)了因特網(wǎng)的普及和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)將人與人聯(lián)結(jié)的因特網(wǎng)延展到了所有智能物;移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將因特網(wǎng)的固定聯(lián)結(jié)拓展到了移動(dòng)和無(wú)線聯(lián)結(jié);大數(shù)據(jù)將因特網(wǎng)的應(yīng)用推進(jìn)到了更深、更廣和更有效的層次;云計(jì)算將因特網(wǎng)的服務(wù)提高到了完美的狀態(tài)。而這些技術(shù)所基于的網(wǎng)絡(luò)的核心就是TCP/IP協(xié)議。
TCP/IP協(xié)議是一個(gè)比較龐大的協(xié)議族,協(xié)議層次清晰、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定。TC/IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)研究工作者智慧的結(jié)晶,很多非常優(yōu)秀的思想方法在該協(xié)議中得到了非常完美的體現(xiàn)。各種新型應(yīng)用的技術(shù)需求推動(dòng)著TCP/IP協(xié)議的不斷發(fā)展和進(jìn)步。
了解和掌握TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)、工作原理和實(shí)現(xiàn)方法是對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員和網(wǎng)絡(luò)管理人員*基本的要求。
本書(shū)在介紹TCP/IP的基本概念、原理和方法的同時(shí),注意從以下三個(gè)方面突出本書(shū)的特點(diǎn):
、 內(nèi)容上力求全面,涵蓋TCP/IP的基本內(nèi)容和各個(gè)主要方面;
② 改編中盡量反映互聯(lián)網(wǎng)的*新發(fā)展;
、 敘述方法上盡量做到深入淺出,理論聯(lián)系實(shí)際,圖文并茂,注意內(nèi)容的聯(lián)系、連貫及邏輯性。
第2版保持了第1版的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和風(fēng)格;修訂了原書(shū)中的文字錯(cuò)誤;明確了原書(shū)中表述不夠清晰的內(nèi)容;增加了一些TCP/IP協(xié)議發(fā)展中涉及的新技術(shù)。
全書(shū)共分21章。第1章概述TCP/IP的形成和發(fā)展、相關(guān)的組織機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)文檔的形成過(guò)程以及未來(lái)的發(fā)展方向。第2章在回顧計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念的基礎(chǔ)上,介紹因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),并將TCP/IP的結(jié)構(gòu)與ISO/OSI進(jìn)行比較。第3章介紹IP地址的相關(guān)概念,對(duì)子網(wǎng)、子網(wǎng)掩碼、超網(wǎng)和無(wú)類(lèi)地址進(jìn)行討論。第4章介紹地址解析和反向地址解析的原理,給出地址解析的報(bào)文格式和處理過(guò)程,并對(duì)代理ARP技術(shù)進(jìn)行介紹。第5章對(duì)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議進(jìn)行介紹,主要圍繞IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式、IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的校驗(yàn)、數(shù)據(jù)的分片與重組、IP 數(shù)據(jù)報(bào)的選項(xiàng)以及IP模塊的結(jié)構(gòu)等問(wèn)題進(jìn)行討論。第6章介紹TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層的另一個(gè)重要協(xié)議——因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP,詳細(xì)闡述ICMP協(xié)議原理、報(bào)文格式、差錯(cuò)報(bào)告、控制報(bào)文和請(qǐng)求應(yīng)答報(bào)文對(duì)。第7章討論TCP/IP的路由功能,給出路由表的基本結(jié)構(gòu)和路由算法,介紹靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由的概念,重點(diǎn)介紹動(dòng)態(tài)路由中的路由表的建立和刷新協(xié)議(RIP、OSPF、BGP)。第8章介紹TCP/IP傳輸層協(xié)議——面向連接的TCP協(xié)議、無(wú)連接的UDP協(xié)議和流控制傳輸協(xié)議SCTP,重點(diǎn)討論TCP連接、流量控制、擁塞控制和差錯(cuò)控制問(wèn)題。第9章討論因特網(wǎng)的域名系統(tǒng),介紹名稱的解析方法、DNS 報(bào)文格式、資源記錄以及包含資源記錄信息的數(shù)據(jù)庫(kù)文件。第10章討論TCP/IP應(yīng)用層的BOOTP 和DHCP協(xié)議,DHCP是在BOOTP的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的實(shí)現(xiàn)主機(jī)參數(shù)自動(dòng)配置的協(xié)議。第11章介紹IP組播的基本概念和模型,重點(diǎn)討論因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP 和組播路由協(xié)議。第12章討論TCP/IP應(yīng)用層的文件傳輸協(xié)議,介紹FTP進(jìn)程通信模型和命令,以及簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議TFTP,并給出FTP 與TFTP 的比較。第13 章討論TCP/IP 應(yīng)用層的電子郵件系統(tǒng),介紹簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議SMTP、郵件獲取協(xié)議(POP3、IMAP)和通用因特網(wǎng)郵件擴(kuò)充MIME。第14章討論TCP/IP應(yīng)用層的遠(yuǎn)程登錄協(xié)議,介紹Telnet概念、命令、選項(xiàng)協(xié)商及操作模式。第15章討論TCP/IP應(yīng)用層的超文本傳輸協(xié)議HTTP,該協(xié)議是實(shí)現(xiàn)WWW全球信息服務(wù)系統(tǒng)的基本協(xié)議。第16章討論TCP/IP應(yīng)用層的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP,對(duì)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理模型、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議及其報(bào)文格式、管理信息結(jié)構(gòu)SMI、管理信息庫(kù)MIB進(jìn)行介紹。第17章介紹移動(dòng)IP的基本概念、工作原理以及相關(guān)的技術(shù)。第18章討論當(dāng)前廣泛關(guān)注的因特網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題,介紹服務(wù)質(zhì)量的概念以及適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP和實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP,并重點(diǎn)討論與服務(wù)質(zhì)量相關(guān)的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)——集成業(yè)務(wù)和區(qū)分業(yè)務(wù)。第19章討論能夠靈活地為不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)提供支持的多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)技術(shù),介紹MPLS的組件、體系結(jié)構(gòu)、工作原理和相關(guān)協(xié)議。第20章討論因特網(wǎng)的安全問(wèn)題,介紹當(dāng)前存在的安全威脅和對(duì)抗這些安全威脅的安全服務(wù),講述保證網(wǎng)絡(luò)安全的基本技術(shù),并對(duì)因特網(wǎng)的IP層安全、傳輸層安全和應(yīng)用層安全進(jìn)行深入的討論。第21章討論新一代因特網(wǎng)協(xié)議——IPv6協(xié)議,介紹IPv6的數(shù)據(jù)報(bào)格式、擴(kuò)展首部、IPv6地址和ICMPv6,并討論從IPv4向IPv6過(guò)渡的技術(shù)。
本書(shū)第1版的第1~9章和第20章由蘭少華編寫(xiě),第10~19章由楊余旺編寫(xiě),第21章由呂建勇編寫(xiě)。全書(shū)由蘭少華統(tǒng)稿。第2版主要由蘭少華在第1版的基礎(chǔ)上編寫(xiě)修訂完成。
在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中參閱了大量的RFC文檔,參考了百度百科、百度文庫(kù)、Wikipedia以及網(wǎng)上的相關(guān)資料,由于這些資料大多沒(méi)有原始的出處,所以無(wú)法在參考文獻(xiàn)中一一列出,只能在此對(duì)這些資料的原始作者表示感謝,對(duì)他們所做的工作和貢獻(xiàn)表示敬意。
由于編者水平有限,時(shí)間倉(cāng)促,加之TCP/IP協(xié)議仍在不斷地發(fā)展和完善之中,本書(shū)可能在某些點(diǎn)上仍未能反映*新的發(fā)展,甚至難免存在一些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤,殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。
本書(shū)第1版曾榮獲第八屆全國(guó)高校出版社*書(shū)二等獎(jiǎng),榮獲2007年江蘇省高等學(xué)校精品教材獎(jiǎng)。
編者2017年2月
第1章概述1
1.1因特網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)催生新
的時(shí)代1
1.1.1信息化時(shí)代1
1.1.2適應(yīng)新時(shí)代的國(guó)家
戰(zhàn)略5
1.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動(dòng)機(jī)和技術(shù)7
1.2.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動(dòng)機(jī)7
1.2.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)8
1.3因特網(wǎng)的形成和發(fā)展9
1.3.1因特網(wǎng)的發(fā)展軌跡9
1.3.2中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的
發(fā)展12
1.4有關(guān)因特網(wǎng)的組織機(jī)構(gòu)15
1.4.1因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)
委員會(huì)15
1.4.2因特網(wǎng)協(xié)會(huì)16
1.4.3因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息
中心16
1.4.4因特網(wǎng)名稱與數(shù)字
地址分配機(jī)構(gòu)17
1.4.5WWW協(xié)會(huì)17
1.5請(qǐng)求注解17
1.5.1因特網(wǎng)技術(shù)文檔17
1.5.2因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建立
過(guò)程18
1.5.3獲取RFC文檔20
1.6下一代因特網(wǎng)21
1.6.1邁向新一代網(wǎng)絡(luò)21
1.6.2中國(guó)的下一代互聯(lián)
網(wǎng)絡(luò)22
本章要點(diǎn)24
習(xí)題24
第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)體系
結(jié)構(gòu)26
2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念26
2.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生
和發(fā)展26
2.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的
分類(lèi)27
2.1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系
結(jié)構(gòu)28
2.1.4局域網(wǎng)技術(shù)31
2.1.5廣域網(wǎng)技術(shù)33
2.1.6無(wú)線網(wǎng)絡(luò)35
2.1.7因特網(wǎng)接入方式44
2.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)46
2.2.1因特網(wǎng)的概念46
2.2.2因特網(wǎng)的特點(diǎn)47
2.2.3因特網(wǎng)協(xié)議分層47
2.3開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型與
TCP/IP的關(guān)系48
2.4TCP/IP協(xié)議族49〖3〗本章要點(diǎn)50
習(xí)題51
第3章IP地址52
3.1IP地址概述52
3.2分類(lèi)IP地址53
3.3特殊IP地址55
3.4私有網(wǎng)絡(luò)地址57
3.5IP地址配置58
3.6子網(wǎng)及子網(wǎng)掩碼59
3.7超網(wǎng)63
3.8無(wú)類(lèi)地址65
本章要點(diǎn)66
習(xí)題67
第4章地址解析68
4.1地址解析協(xié)議68
4.1.1地址解析原理69
4.1.2ARP高速緩存70
4.1.3arp實(shí)用程序72
4.1.4地址解析實(shí)例73
4.1.5地址解析中的常見(jiàn)
問(wèn)題77
4.2反向地址解析協(xié)議77
4.3地址解析報(bào)文79
4.3.1地址解析報(bào)文
格式79
4.3.2地址解析報(bào)文
處理79
4.3.3地址解析報(bào)文
封裝81
4.4代理ARP82
本章要點(diǎn)83
習(xí)題83
第5章IP協(xié)議84
5.1IP數(shù)據(jù)報(bào)格式84
5.2無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)傳輸88
5.2.1首部校驗(yàn)88
5.2.2數(shù)據(jù)分片與重組91
5.3IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)93
5.3.1選項(xiàng)格式93
5.3.2選項(xiàng)類(lèi)型93
5.4IP模塊的結(jié)構(gòu)97
本章要點(diǎn)98
習(xí)題98
第6章差錯(cuò)與控制報(bào)文協(xié)議99
6.1因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議99
6.2ICMP報(bào)文格式與類(lèi)型100
6.2.1ICMP報(bào)文格式100
6.2.2ICMP報(bào)文類(lèi)型100
6.3ICMP差錯(cuò)報(bào)告101
6.3.1信宿不可達(dá)報(bào)告101
6.3.2數(shù)據(jù)報(bào)超時(shí)報(bào)告103
6.3.3數(shù)據(jù)報(bào)參數(shù)錯(cuò)
報(bào)告103
6.4ICMP控制報(bào)文104
6.4.1源抑制報(bào)文104
6.4.2重定向報(bào)文105
6.5ICMP請(qǐng)求與應(yīng)答報(bào)文對(duì)106
6.5.1回應(yīng)請(qǐng)求與應(yīng)答
報(bào)文107〖3〗6.5.2時(shí)間戳請(qǐng)求與應(yīng)答
報(bào)文108
6.5.3地址掩碼請(qǐng)求與應(yīng)答
報(bào)文109
6.5.4路由器請(qǐng)求與通告
報(bào)文109
6.6ICMP報(bào)文封裝110
本章要點(diǎn)111
習(xí)題112
第7章IP路由113
7.1直接傳遞與間接傳遞113
7.2IP路由概述113
7.3路由表115
7.3.1路由表的構(gòu)成115
7.3.2路由算法117
7.4靜態(tài)路由117
7.5動(dòng)態(tài)路由119
7.5.1路由信息協(xié)議121
7.5.2開(kāi)放*短路徑
優(yōu)先126
7.5.3增強(qiáng)型內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路
由協(xié)議EIGRP128
7.5.4邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議130
本章要點(diǎn)134
習(xí)題135
第8章傳輸層協(xié)議136
8.1進(jìn)程間通信136
8.2TCP段格式138
8.3TCP連接的建立和拆除142
8.3.1TCP連接的建立142
8.3.2TCP連接的拆除142
8.4TCP流量控制144
8.5TCP擁塞控制145
8.6TCP差錯(cuò)控制146
8.7TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖147
8.8用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議149
8.8.1UDP數(shù)據(jù)報(bào)格式149
8.8.2UDP偽首部150
8.9流控制傳輸協(xié)議SCTP150
8.9.1SCTP相關(guān)概念151
8.9.2SCTP功能152
8.9.3SCTP分組153
8.9.4SCTP基本信令
流程155
本章要點(diǎn)156
習(xí)題157
第3章IP地址
IP地址是因特網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)非常重要的概念,IP地址在IP層實(shí)現(xiàn)了底層網(wǎng)絡(luò)地址的統(tǒng)一,使因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層地址具有全局*性和一致性。IP地址含有位置信息,反映了主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接,是因特網(wǎng)進(jìn)行尋址和路由選擇的依據(jù)。本章在介紹IP地址概念、IP地址分類(lèi)的基礎(chǔ)上,討論了與IP地址相關(guān)的子網(wǎng)技術(shù)、超網(wǎng)技術(shù)以及無(wú)類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址。
3.1IP地址概述
地址是標(biāo)識(shí)對(duì)象所處位置的標(biāo)識(shí)符。傳輸中的信息帶有源地址和目的地址,分別標(biāo)識(shí)通信的源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn),即信源和信宿。目的地址是傳輸設(shè)備為信息進(jìn)行尋址的依據(jù)。
不同的物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù))通常具有不同的編址方式,這種差異主要表現(xiàn)在不同的地址結(jié)構(gòu)和不同的地址長(zhǎng)度上。
在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)結(jié)點(diǎn)都至少有一個(gè)機(jī)器可識(shí)別的地址,該地址叫作物理地址。
物理地址有兩個(gè)特點(diǎn): 不一致性和不*性。不一致性是指不同的物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用不同的編址方式;不*性是指不同的物理網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)的物理地址可能重復(fù)。
為了保證尋址的正確性,必須確保一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)地址的*性,這一要求在單一的物理網(wǎng)絡(luò)中很容易得到滿足。但是當(dāng)多個(gè)不同的物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)時(shí),這種*性就難以得到保證。另外,不同物理網(wǎng)絡(luò)在地址編址方式上的不統(tǒng)一會(huì)給尋址帶來(lái)極大的不便。因此,在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)首先要解決的問(wèn)題是物理網(wǎng)絡(luò)地址的統(tǒng)一問(wèn)題。在第2章我們已經(jīng)提到因特網(wǎng)是在網(wǎng)絡(luò)級(jí)進(jìn)行互聯(lián)的,因此,因特網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層(IP層)完成地址的統(tǒng)一工作,將不同物理網(wǎng)絡(luò)的地址統(tǒng)一到具有全球*性的IP地址上,IP層所用到的地址叫作因特網(wǎng)地址,又稱為IP地址。實(shí)現(xiàn)地址統(tǒng)一的概念模式如圖3.1所示。
圖3.1用IP地址統(tǒng)一物理網(wǎng)絡(luò)地址
因特網(wǎng)采用一種全局通用的地址格式,為全網(wǎng)的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺(tái)主機(jī)都分配一個(gè)因特網(wǎng)地址,以此屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)地址的差異。
早期的ARPANET的主機(jī)地址就采用了層次型地址(P,N),這種地址體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu),便于進(jìn)行尋址。尋址時(shí)先找到主機(jī)所在的網(wǎng)點(diǎn)P,然后再根據(jù)N找到該網(wǎng)點(diǎn)中的主機(jī)。因特網(wǎng)沿用了ARPANET的思想, 仍然采用層次型地址。因特網(wǎng)由網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成,網(wǎng)絡(luò)由主機(jī)互聯(lián)而成。因此,IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)構(gòu)成,如圖3.2所示。IP地址可以表示為:
IP.address∶∶= {,}網(wǎng)絡(luò)號(hào)(Network.number)主機(jī)號(hào)(Host.number)圖3.2因特網(wǎng)IP地址結(jié)構(gòu)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議(第2版)第3章IP地址〖3〗其中網(wǎng)絡(luò)號(hào)的長(zhǎng)度決定整個(gè)因特網(wǎng)中能包含多少個(gè)網(wǎng)絡(luò),主機(jī)號(hào)的長(zhǎng)度決定每個(gè)網(wǎng)絡(luò)能容納多少臺(tái)主機(jī)。網(wǎng)絡(luò)號(hào)的長(zhǎng)度并不是固定的。通常因特網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)難以確定,但每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期規(guī)模卻比較容易確定。
因特網(wǎng)的IP協(xié)議提供了一種整個(gè)因特網(wǎng)通用的地址格式(保證一致性),并在統(tǒng)一管理下進(jìn)行IP地址的分配(保證*性),確保一個(gè)地址對(duì)應(yīng)一臺(tái)因特網(wǎng)主機(jī)(或路由器),這樣,對(duì)上層而言物理地址的差異就被IP層屏蔽了。
因特網(wǎng)地址是一種層次型地址,它攜帶了關(guān)于對(duì)象位置的信息。因特網(wǎng)所要處理的對(duì)象比廣域網(wǎng)要復(fù)雜得多,無(wú)結(jié)構(gòu)的地址是不能擔(dān)此重任的。由于IP地址標(biāo)識(shí)了一個(gè)主機(jī)的位置(所屬的網(wǎng)絡(luò)),當(dāng)將一臺(tái)主機(jī)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須改變這臺(tái)主機(jī)的IP地址。
IPv4規(guī)定,因特網(wǎng)地址長(zhǎng)度為32位(IPv6規(guī)定地址長(zhǎng)度為128位)。因此,IPv4的地址空間為232,即4 294 967 296個(gè)IP地址。本書(shū)中所涉及的IP地址若不特別說(shuō)明,則指IPv4地址。
IP地址一般用點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)表示,例如202.119.84.120。這4個(gè)用點(diǎn)分隔的段分別對(duì)應(yīng)4個(gè)字節(jié)。IP地址也可以用二進(jìn)制(如11001010 01110111 01010100 01111000)或十六進(jìn)制(如0XCA775478)表示。IP地址的二進(jìn)制表示法在討論地址類(lèi)別和掩碼時(shí)經(jīng)常會(huì)用到,而十六進(jìn)制表示法則很少使用。
3.2分類(lèi)IP地址
傳統(tǒng)的因特網(wǎng)采用分類(lèi)地址。因特網(wǎng)定義了5類(lèi)IP地址: A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)和E類(lèi),如圖3.3所示。
圖3.3因特網(wǎng)IP地址類(lèi)別
其中A、B和C是3個(gè)基本的類(lèi)別,分別代表不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。A類(lèi)地址由1個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和3個(gè)字節(jié)的主機(jī)號(hào)構(gòu)成,用于少量的大型網(wǎng)絡(luò)。B類(lèi)地址由2個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和2個(gè)字節(jié)的主機(jī)號(hào)構(gòu)成,用于中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。C類(lèi)地址由3個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和1個(gè)字節(jié)的主機(jī)號(hào)構(gòu)成,用于小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。
各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)所占因特網(wǎng)地址空間的比例如圖3.4所示。50%25%12.5%6.25%6.25%A類(lèi)B類(lèi)C類(lèi)D類(lèi)E類(lèi)231230229228228圖3.4因特網(wǎng)IP地址空間A類(lèi)地址第1個(gè)字節(jié)的*高位固定為0,另外7位可變的網(wǎng)絡(luò)號(hào)可以標(biāo)識(shí)128個(gè)網(wǎng)絡(luò)(0~127),0一般不用,127用作環(huán)回地址。所以共有126個(gè)可用的A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)。A類(lèi)地址的24位主機(jī)號(hào)可以標(biāo)識(shí)1 677 216臺(tái)主機(jī)(224 =1 677 216),主機(jī)號(hào)為全0時(shí)用于表示網(wǎng)絡(luò)地址,主機(jī)號(hào)為全1時(shí)用于表示廣播地址,這兩個(gè)主機(jī)號(hào)不能用來(lái)標(biāo)識(shí)主機(jī)。所以,每個(gè)A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)*多可以容納1 677 214臺(tái)主機(jī)。A類(lèi)地址第1個(gè)字節(jié)的取值范圍為0~127。
B類(lèi)地址第1個(gè)字節(jié)的*高2位固定為10,另外14位可變的網(wǎng)絡(luò)號(hào)可以標(biāo)識(shí)214=16 384個(gè)網(wǎng)絡(luò)。16位主機(jī)號(hào)可以標(biāo)識(shí)65 536臺(tái)主機(jī)(216=65 536),由于主機(jī)號(hào)不能為全0和全1。所以,每個(gè)B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)*多可以容納65 534臺(tái)主機(jī)。B類(lèi)地址的第1個(gè)字節(jié)的取值范圍為128~191。
C類(lèi)地址第1個(gè)字節(jié)的*高3位固定為110,另外21位可變的網(wǎng)絡(luò)號(hào)可以標(biāo)識(shí)221=2 097 152個(gè)網(wǎng)絡(luò)。8位主機(jī)號(hào)可以標(biāo)識(shí)256臺(tái)主機(jī)(28=256),由于主機(jī)號(hào)不能為全0和全1。所以,每個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)*多可以容納254臺(tái)主機(jī)。C類(lèi)地址的第1個(gè)字節(jié)的取值范圍為192~223。
D類(lèi)地址用于組播(multicasting)。因此,D類(lèi)地址又稱為組播地址。D類(lèi)地址的范圍為224.0.0.0~239.255.255.255,每個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)組,發(fā)往某一組地址的數(shù)據(jù)將被該組中的所有成員接收。D類(lèi)地址不能分配給主機(jī)。D類(lèi)地址的第1個(gè)字節(jié)的取值范圍為224~239。有些D類(lèi)地址已經(jīng)分配用于特殊用途,如224.0.0.0是保留地址,224.0.0.1是指本子網(wǎng)中的所有系統(tǒng),224.0.0.2是指本子網(wǎng)中的所有路由器,224.0.0.9是指運(yùn)行RIPv2路由協(xié)議的路由器,224.0.0.11是指移動(dòng)IP中的移動(dòng)代理。另外,還有一些D類(lèi)地址留給了網(wǎng)絡(luò)會(huì)議,如224.0.1.11用于IETF.1.AUDIO,224.0.1.12用于IETF.1.VIDEO。
E類(lèi)地址為保留地址,可以用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康。E類(lèi)地址的范圍為240.0.0.0~255.255.255.254,E類(lèi)地址的第1個(gè)字節(jié)的取值范圍為240~255。
在分類(lèi)地址網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)占用一個(gè)地址塊。各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址塊的示例如表3.1所示。表3.1各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址塊的示例
〖BHDFG2,WK3,K6,K8,K6,K13,KW]類(lèi)別起始地址結(jié)束地址網(wǎng)絡(luò)地址主機(jī)地址范圍廣播地址A類(lèi)86.0.0.086.255.255.25586.0.0.086.0.0.1~86.255.255.25486.255.255.255B類(lèi)188.6.0.0188.6.255.255188.6.0.0188.6.0.1~188.6.255.254188.6.255.255C類(lèi)206.8.2.0206.8.2.255206.8.2.0206.8.2.1~206.8.2.254206.8.2.255從表3.1中可看出,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都要占用兩個(gè)IP地址,一個(gè)用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò),另一個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)廣播。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用該網(wǎng)絡(luò)地址塊的起始地址作為網(wǎng)絡(luò)地址,該地址僅作為網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí),主要用在網(wǎng)絡(luò)路由中。網(wǎng)絡(luò)地址塊的結(jié)束地址被用作該網(wǎng)絡(luò)的廣播地址。
在因特網(wǎng)的地址中包含了網(wǎng)絡(luò)信息。當(dāng)一個(gè)路由器或網(wǎng)關(guān)連到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí),每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)給路由器或網(wǎng)關(guān)分配一個(gè)IP地址,設(shè)備有多少個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接,就有多少個(gè)IP地址。而且這些IP地址分別屬于不同的網(wǎng)絡(luò),這對(duì)于路由選擇來(lái)說(shuō)是非常有用的。一臺(tái)主機(jī)也可以連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò),這種主機(jī)叫作多宿主主機(jī)(multi.homed host)。多宿主主機(jī)擁有多個(gè)IP地址,每個(gè)地址對(duì)應(yīng)一條物理連接。由此可見(jiàn),因特網(wǎng)地址的本質(zhì)是標(biāo)識(shí)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接。圖3.5給出了多宿主設(shè)備的地址配置。
圖3.5IP地址標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)連接
因特網(wǎng)地址是由中央管理機(jī)構(gòu)分配的。一個(gè)組織加入因特網(wǎng)時(shí),將會(huì)從因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)信息中心InterNIC獲得網(wǎng)絡(luò)前綴,然后負(fù)責(zé)組織內(nèi)部的地址分配。這樣,既解決了全局*性問(wèn)題,又分散了管理負(fù)擔(dān)。
3.3特殊IP地址
在IP地址中有些地址并不是用來(lái)標(biāo)識(shí)主機(jī)的,這些地址具有特殊意義。這些地址包括網(wǎng)絡(luò)地址、直接廣播地址、受限廣播地址、本網(wǎng)絡(luò)地址、環(huán)回地址等。
1. 網(wǎng)絡(luò)地址
因特網(wǎng)上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)IP地址,其主機(jī)號(hào)部分為0。
網(wǎng)絡(luò)地址的一般表達(dá)式為:
{,}={,0}
該地址用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò),不能分配給主機(jī),因此不能作為數(shù)據(jù)的源地址和目的地址。網(wǎng)絡(luò)地址的使用可以減小路由表的規(guī)模。
A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址為: Network.number.0.0.0。例如120.0.0.0。
B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址為: Network.number.0.0。例如139.22.0.0。
C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址為: Network.number.0。例如203.120.16.0。
2. 直接廣播地址
直接廣播(direct broadcast)是指向某個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)發(fā)送報(bào)文。TCP/IP規(guī)定,主機(jī)號(hào)各位全部為1的IP地址用于廣播,稱為直接廣播地址。路由器在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)處將IP直接廣播地址映射為物理網(wǎng)絡(luò)的廣播地址,以太網(wǎng)的廣播地址為6個(gè)字節(jié)的全1二進(jìn)制位,即ff:ff:ff:ff:ff:ff。
直接廣播地址的一般表達(dá)式為:
{,}={, -1}
這里的-1表示全1。
直接廣播地址只能作為目的地址。
A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的直接廣播地址為: Network.number.255.255.255。例如120.255.255.255。
B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的直接廣播地址為: Network.number.255.255。例如139.22.255.255。
C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的直接廣播地址為: Network.number.255。例如203.120.16.255。
3. 受限廣播地址
直接廣播要求發(fā)送方必須要知道信宿網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。但有些主機(jī)在啟動(dòng)時(shí),往往并不知道本網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào),這時(shí)候如果想要向本網(wǎng)絡(luò)廣播,只能采用受限廣播地址(limited broadcast address)。
受限廣播地址是在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行廣播的一種廣播地址。TCP/IP規(guī)定,32位全為1的IP地址用于本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的廣播。
受限廣播地址的一般表達(dá)式為:
{,}={-1, -1}
受限廣播地址的點(diǎn)分十進(jìn)制表示為: 255.255.255.255。
受限廣播地址只能作為目的地址。
路由器將隔離受限廣播,不對(duì)受限廣播分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。也就是說(shuō)因特網(wǎng)不支持全網(wǎng)絡(luò)范圍的廣播,這也是為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保護(hù),以防網(wǎng)絡(luò)帶寬被過(guò)多地占用。
……
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