TCP/IP協定

TCP/IP協定

TCP/IP模型也被稱作DoD模型(Department of Defense Model)。TCP/IP字面上代表了兩個協定:TCP(傳輸控製協定)和IP(網際協定)。1983年1月1日,在因特網的前身(ARPA網)中,TCP/IP協定取代了舊的網路控製協定(NCP,Network Control Protocol),從而成為今天的網際網路的基石。
  • 中文名稱
    傳輸控製協定/因特網互聯協定
  • 外文名稱
    Transmission Control Protocol/Internet Protocol
  • 釋義
    TCP(傳輸控製協定)和IP(網際協定)
  • 簡稱
    TCP/IP協定

層次概述

TCP/IP協定不是TCP和IP這兩個協定的合稱,而是指因特網整個TCP/IP協定族。

從協定分層模型方面來講,TCP/IP由四個層次組成:網路接口層、網路層、傳輸層、套用層。

TCP/IP協定並不完全符合OSI的七層參考模型,OSI(Open System Interconnect)是傳統的開放式系統互連參考模型,是一種通信協定的7層抽象的參考模型,其中每一層執行某一特定任務。該模型的目的是使各種硬體在相同的層次上相互通信。這7層是:物理層、資料鏈路層(網路接口層)、網路層(網路層)、傳輸層、會話層、表示層和套用層(套用層)。而TCP/IP通訊協定採用了4層的層級結構,每一層都呼叫它的下一層所提供的網路來完成自己的需求。由于ARPANET的設計者註重的是網路互聯,允許通信子網(網路接口層)採用已有的或是將來有的各種協定,所以這個層次中沒有提供專門的協定。實際上,TCP/IP協定可以通過網路接口層連線到任何網路上,例如X.25交換網或IEEE802區域網路。

TCP/IP結構對應OSI結構

TCP/IP

OSI

套用層

套用層

表示層

會話層

主機到主機層(TCP)(又稱傳輸層)

傳輸層

網路層(IP)(又稱互聯層)

網路層

網路接口層(又稱鏈路層)

資料鏈路層

物理層

網路接口層

物理層是定義物理介質的各種特徵:

1、機械特徵;

2、電子特徵;

3、功能特徵;

4、規程特徵。

資料鏈路層是負責接收IP封包並通過網路傳送,或者從網路上接收物理,抽出IP封包,交給IP層。

常見的接口層協定有:

Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame relay、HDLC、PPP ATM等。

網路層

負責相鄰電腦之間的通信。其功能包括三方面。

一、處理來自傳輸層的分組傳送請求,收到請求後,將分組裝入IP資料報,填充報頭,選擇去往信宿機的路徑,然後將資料報發往適當的網路接口。

二、處理輸入資料報:首先檢查其合法性,然後進行尋徑--假如該資料報已到達信宿機,則去掉報頭,將剩下部分交給適當的傳輸協定;假如該資料報尚未到達信宿,則轉發該資料報。

三、處理路徑、流控、擁塞等問題。

網路層包括:IP(Internet Protocol)協定、ICMP(Internet Control Message Protocol)

控製報文協定、ARP(Address Resolution Protocol)地址轉換協定、RARP(Reverse ARP)反向地址轉換協定。

IP是網路層的核心,通過路由選擇將下一條IP封裝後交給接口層。IP資料報是無連線服務。

ICMP是網路層的補充,可以回送報文。用來檢測網路是否通暢。

Ping命令就是傳送ICMP的echo包,通過回送的echo relay進行網路測試。

ARP是正向地址解析協定,通過已知的IP,尋找對應主機的MAC地址。

RARP是反向地址解析協定,通過MAC地址確定IP地址。比如無盤工作站還有DHCP服務。

傳輸層

提供應用程式間的通信。其功能包括:一、格式化信息流;二、提供可靠傳輸。為實現後者,傳輸層協定規定接收端必須發回確認,並且假如分組丟失,必須重新傳送,即耳熟能詳的"三次握手"過程,從而提供可靠的資料傳輸。

傳輸層協定主要是:傳輸控製協定TCP(Transmission Control Protocol)和使用者資料報協定UDP(User Datagram protocol)。

套用層

向使用者提供一組常用的應用程式,比如電子郵件、檔案傳輸訪問、遠程登錄等。遠程登錄TELNET使用TELNET協定提供在網路其它主機上註冊的接口。TELNET會話提供了基于字元的虛擬終端。檔案傳輸訪問FTP使用FTP協定來提供網路內機器間的檔案拷貝功能。

套用層協定主要包括如下幾個:FTP、TELNET、DNS、SMTP、RIP、NFS、HTTP。

FTP(File Transfer Protocol)是檔案傳輸協定,一般上載下載用FTP服務,資料連線埠是20H,控製連線埠是21H。

Telnet服務是使用者遠程登錄服務,使用23H連線埠,使用明碼傳送,保密性差、簡單方便。

DNS(Domain Name Service)是域名解析服務,提供域名到IP地址之間的轉換。

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是簡單郵件傳輸協定,用來控製信件的傳送、中轉。

RIP (Router Information Protocol)是路由信息協定,用于網路設備之間交換路由信息。

NFS (Network File System)是網路檔案系統,用于網路中不同主機間的檔案共享。

HTTP(Hypertext Transfer Protocol)是超文本傳輸協定,用于實現網際網路中的WWW服務。

總結

OSI中的層

功能

TCP/IP協定族

套用層

檔案傳輸,電子郵件,檔案服務,虛擬終端

TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet 等等

表示層

資料格式化,代碼轉換,資料加密

沒有協定

會話層

解除或建立與別的接點的聯系

沒有協定

傳輸層

提供端對端的接口

TCP,UDP

網路層

封包選擇路由

IP,ICMP,OSPF,EIGRP,IGMP,RIP

資料鏈路層

傳輸有地址的幀以及錯誤檢測功能

SLIP,CSLIP,PPP,MTU,ARP,RARP

物理層

以二進位資料形式在物理媒體上載輸資料

ISO2110,IEEE802,IEEE802.2

網路層中的協定主要有IP,ICMP,IGMP等,由于它包含了IP協定模組,所以它是所有基于TCP/IP協定網路的核心。在網路層中,IP模組完成大部分功能。ICMP和IGMP以及其他支持IP的協定幫助IP完成特定的任務,如傳輸差錯控製信息以及主機/路由器之間的控製電文等。網路層掌管著網路中主機間的信息傳輸。

傳輸層上的主要協定是TCP和UDP。正如網路層控製著主機之間的資料傳遞,傳輸層控製著那些將要進入網路層的資料。兩個協定就是它管理這些資料的兩種方式:TCP是一個基于連線的協定;UDP則是面向無連線服務的管理方式的協定。

TCP/IP模型的主要缺點有:

第一,它在服務、接口與協定的區別上就不是很清楚。一個好的軟體工程應該將功能與實現方法區分開來,TCP/IP恰恰沒有很好地做到這點,就使得TCP/IP參考模型對于使用新的技術的指導意義是不夠的。TCP/IP參考模型不適合于其他非TCP/IP協定簇。

第二,主機-網路層本身並不是實際的一層,它定義了網路層與資料鏈路層的接口。物理層與資料鏈路層的劃分是必要和合理的,一個好的參考模型應該將它們區分開,而TCP/IP參考模型卻沒有做到這點。

資料格式

資料幀:幀頭+IP封包+幀尾 (幀頭包括源和目標主機MAC地址及類型,幀尾是校驗字)

IP封包:IP頭部+TCP資料信息(IP頭包括源和目標主機IP地址、類型、生存期等)

TCP資料信息:TCP頭部+實際資料 (TCP頭包括源和目標主機連線埠號、順序號、確認號、校驗字等)

產生背景

在阿帕網(ARPA)產生運作之初,通過接口信號處理機實現互聯的電腦並不多,大部分電腦相互之間不兼容。在一台電腦上完成的工作,很難拿到另一台電腦上去用,想讓硬體和軟體都不一樣的電腦聯網,也有很多困難。當時美國的狀況是,陸軍用的電腦是DEC系列產品,海軍用的電腦是Honeywell中標機器,空軍用的是IBM公司中標的電腦,每一個軍種的電腦在各自的系裏都運行良好,但卻有一個大弊病:不能共享資源。

當時科學家們提出這樣一個理念:"所有電腦生來都是平等的。"為了讓這些"生來平等"的電腦能夠實現"資源共享"就得在這些系統的標準之上,建立一種大家共同都必須遵守的標準,這樣才能讓不同的電腦按照一定的規則進行"談判",並且在談判之後能"握手"。

在確定今天因特網各個電腦之間"談判規則"過程中,最重要的人物當數瑟夫(Vinton G.Cerf)。正是他的努力,才使今天各種不同的電腦能按照協定上網互聯。瑟夫也因此獲得了與克萊因羅克("因特網之父")一樣的美稱"網際網路之父"。

瑟夫從小喜歡標新立異,堅強而又熱情。中學讀書時,就被允許使用加州大學洛杉磯分校的電腦,他認為"為電腦編程式是個非常激動人心的事,…隻要把程式編好,就可以讓電腦做任何事情。"1965年,瑟夫從斯坦福大學畢業到IBM的一家公司當系統工程師,工作沒多久,瑟夫就覺得知識不夠用,于是到加州大學洛杉磯分校攻讀博士,那時,正逢阿帕網的建立,"接口信號處理機"(IMP)的研試及網路測評中心的建立,瑟夫也成了著名科學家克萊因羅克手下的一位學生。瑟夫與另外三位年輕人(溫菲爾德、克羅克、布雷登)參與了阿帕網的第一個節點的聯接。此後不久,BBN公司對工作中各種情況發展有很強判斷能力、被公認阿帕網建成作出巨大貢獻的鮑伯·卡恩(Bob Kahn)也來到了加州大學洛杉磯分校。在那段日子裏,往往是卡恩提出需要什麽軟體,而瑟夫則通宵達旦地把符合要求的軟體給編出來,然後他們一起測試這些軟體,直至能正常運行。

當時的主要格局是這樣的,羅伯茨提出網路思想設計網路布局,卡恩設計阿帕網整體結構,克萊因羅克負責網路測評系統,還有眾多的科學家、研究生參與研究、試驗。69年9月阿帕網誕生、運行後,才發現各個IMP連線的時候,需要考慮用各種電腦都認可的信號來開啟通信通路,資料通過後還要關閉通道。否則這些IMP不會知道什麽時候應該接收信號,什麽時候該結束,這就是我們現在所說的通信"協定"的概念。70年12月製定出來了最初的通信協定由卡恩開發、瑟夫參與的"網路控製協定"(NCP),但要真正建立一個共同的標準很不容易,72年10月國際電腦通信大會結束後,科學家們都在為此而努力。

"包切換"理論為網路之間的聯接方式提供了理論基礎。卡恩在自己研究的基礎上,認識到隻有深入理解各種作業系統的細節才能建立一種對各種作業系統普適的協定,73年卡恩請瑟夫一起考慮這個協定的各個細節,他們這次合作的結果產生了目前在開放系統下的所有網民和網管人員都在使用的"傳輸控製協定"(TCP,Transmission-Control Protocol)和"因特網協定"(IP,Internet Protocol)即TCP/IP協定。

通俗而言:TCP負責發現傳輸的問題,一有問題就發出信號,要求重新傳輸,直到所有資料安全正確地傳輸到目的地。而IP是給因特網的每一台電腦規定一個地址。1974年12月,卡恩、瑟夫的第一份TCP協定詳細說明正式發表。當時美國國防部與三個科學家小組簽定了完成TCP/IP的協定,結果由瑟夫領銜的小組捷足先登,首先製定出了通過詳細定義的TCP/IP協定標準。當時作了一個試驗,將信息包通過點對點的衛星網路,再通過陸地電纜,再通過衛星網路,再由地面傳輸,貫串歐洲和美國,經過各種電腦系統,全程9.4萬公裏竟然沒有丟失一個資料位,遠距離的可靠資料傳輸證明了TCP/IP協定的成功。

1983年1月1日,運行較長時期曾被人們習慣了的NCP被停止使用,TCP/IP協定作為因特網上所有主機間的共同協定,從此以後被作為一種必須遵守的規則被肯定和套用。

開發過程

在構建了阿帕網先驅之後,DARPA開始了其他資料傳輸技術的研究。NCP誕生後兩年,1972年,羅伯特·卡恩(Robert E. Kahn)被DARPA的信息技術處理辦公室僱傭,在那裏他研究衛星封包網路和地面無線封包網路,並且意識到能夠在它們之間溝通的價值。在1973年春天,已有的ARPANET網路控製程式(NCP)協定的開發者文頓·瑟夫(Vinton Cerf)加入到卡恩為ARPANET設計下一代協定而開發開放互連模型的工作中。

到了1973年夏天,卡恩和瑟夫很快就開發出了一個基本的改進形式,其中網路協定之間的不同通過使用一個公用網際網路絡協定而隱藏起來,並且可靠性由主機保證而不是像ARPANET那樣由網路保證。(瑟夫稱贊Hubert Zimmerman和Louis Pouzin(CYCLADES網路的設計者)在這個設計上發揮了重要影響。)

由于網路的作用減少到最小的程度,就有可能將任何網路連線到一起,而不用管它們不同的特點,這樣就解決了卡恩最初的問題。(一個流行的說法提到瑟夫和卡恩工作的最終產品TCP/IP將在運行"兩個罐子和一根弦"上,實際上它已經用在信鴿上。一個稱為網關(後來改為路由器以免與網關混淆)的電腦為每個網路提供一個接口並且在它們之間來回傳輸封包

這個設計思想更細的形式由瑟夫在斯坦福的網路研究組的1973年–1974年期間開發出來。(處于同一時期的誕生了PARC通用包協定組的施樂PARC早期網路研究工作也有重要的技術影響;人們在兩者之間搖擺不定。)

DARPA于是與BBN、斯坦福和倫敦大學簽署了協定開發不同硬體平台上協定的運行版本。有四個版本被開發出來--TCP v1、TCP v2、在1978年春天分成TCP v3和IP v3的版本,後來就是穩定的TCP/IP v4--目前因特網仍然使用的標準協定。

1975年,兩個網路之間的TCP/IP通信在斯坦福和倫敦大學(UCL)之間進行了測試。1977年11月,三個網路之間的TCP/IP測試在美國、英國和挪威之間進行。在1978年到1983年間,其他一些TCP/IP原型在多個研究中心之間開發出來。ARPANET完全轉換到TCP/IP在1983年1月1日發生。[1]

1984年,美國國防部將TCP/IP作為所有電腦網路的標準。1985年,因特網架構理事會舉行了一個三天有250家廠商代表參加的關于計算產業使用TCP/IP的工作會議,幫助協定的推廣並且引領它日漸成長的商業套用。

2005年9月9日卡恩和瑟夫由于他們對于美國文化做出的卓越貢獻被授予總統自由勛章。

運作機製

1.IP

IP層接收由更低層(網路接口層例如乙太網設備驅動程式)發來的封包,並把該封包傳送到更高層---TCP或UDP層;相反,IP層也把從TCP或UDP層接收來的封包傳送到更低層。IP封包是不可靠的,因為IP並沒有做任何事情來確認封包是按順序傳送的或者沒有被破壞。IP封包中含有傳送它的主機的地址(源地址)和接收它的主機的地址(目的地址)。

高層的TCP和UDP服務在接收封包時,通常假設包中的源地址是有效的。也可以這樣說,IP地址形成了許多服務的識別基礎,這些服務相信封包是從一個有效的主機傳送來的。IP確認包含一個選項,叫作IP source routing,可以用來指定一條源地址和目的地址之間的直接路徑。對于一些TCP和UDP的服務來說,使用了該選項的IP包好像是從路徑上的最後一個系統傳遞過來的,而不是來自于它的真實地點。這個選項是為了測試而存在的,說明了它可以被用來欺騙系統來進行平常是被禁止的連線。那麽,許多依靠IP源地址做確認的服務將產生問題並且會被非法入侵。

2.TCP

TCP是面向連線的通信協定,通過三次握手建立連線,通訊完成時要拆除連線,由于TCP是面向連線的所以隻能用于點對點的通訊。

TCP提供的是一種可靠的資料流服務,採用"帶重傳的肯定確認"技術來實現傳輸的可靠性。TCP還採用一種稱為"滑動視窗"的方式進行流量控製,所謂視窗實際表示接收能力,用以限製傳送方的傳送速度。

如果IP封包中有已經封好的TCP封包,那麽IP將把它們向'上'傳送到TCP層。TCP將包排序並進行錯誤檢查,同時實現虛電路間的連線。TCP封包中包括序號和確認,所以未按照順序收到的包可以被排序,而損壞的包可以被重傳。

TCP將它的信息送到更高層的應用程式,例如Telnet的服務程式和客戶程式。應用程式輪流將信息送回TCP層,TCP層便將它們向下傳送到IP層,設備驅動程式和物理介質,最後到接收方。

面向連線的服務(例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP)需要高度的可靠性,所以它們使用了TCP。DNS在某些情況下使用TCP(傳送和接收域名資料庫),但使用UDP傳送有關單個主機的信息。

3.UDP

UDP是面向無連線的通訊協定,UDP封包括目的連線埠號和源連線埠號信息,由于通訊不需要連線,所以可以實現廣播傳送。

UDP通訊時不需要接收方確認,屬于不可靠的傳輸,可能會出丟包現象,實際套用中要求在程式員編程驗證。

UDP與TCP位于同一層,但它不管封包的順序、錯誤或重發。因此,UDP不被套用于那些使用虛電路的面向連線的服務,UDP主要用于那些面向查詢---應答的服務,例如NFS。相對于FTP或Telnet,這些服務需要交換的信息量較小。使用UDP的服務包括NTP(網路時間協定)和DNS(DNS也使用TCP)。

欺騙UDP包比欺騙TCP包更容易,因為UDP沒有建立初始化連線(也可以稱為握手)(因為在兩個系統間沒有虛電路),也就是說,與UDP相關的服務面臨著更大的危險。

4.ICMP

ICMP與IP位于同一層,它被用來傳送IP的的控製信息。它主要是用來提供有關通向目的地址的路徑信息。ICMP的'Redirect'信息通知主機通向其他系統的更準確的路徑,而'Unreachable'信息則指出路徑有問題。另外,如果路徑不可用了,ICMP可以使TCP連線'體面地'終止。PING是最常用的基于ICMP的服務。

通訊連線埠

TCP和UDP服務通常有一個客戶/伺服器的關系,例如,一個Telnet服務進程開始在系統上處于空閒狀態,等待著連線。使用者使用Telnet客戶程式與服務進程建立一個連線。客戶程式向服務進程寫入信息,服務進程讀出信息並發出回響,客戶程式讀出回響並向使用者報告。因而,這個連線是雙工的,可以用來進行讀寫。

兩個系統間的多重Telnet連線是如何相互確認並協調一致呢?TCP或UDP連線唯一地使用每個信息中的如下四項進行確認:

源IP地址 傳送包的IP地址。

目的IP地址 接收包的IP地址。

源連線埠 源系統上的連線的連線埠。

目的連線埠 目的系統上的連線的連線埠。

連線埠是一個軟體結構,被客戶程式或服務進程用來傳送和接收信息。一個連線埠對應一個16比特的數。服務進程通常使用一個固定的連線埠,例如,SMTP使用25、Xwindows使用6000。這些連線埠號是'廣為人知'的,因為在建立與特定的主機或服務的連線時,需要這些地址和目的地址進行通訊。

IP地址

在Internet上連線的所有電腦,從大型機到微型電腦都是以獨立的身份出現,我們稱它為主機。為了實現各主機間的通信,每台主機都必須有一個唯一的網路地址。就好像每一個住宅都有唯一的門牌一樣,才不至于在傳輸資料時出現混亂。

Internet的網路地址是指連入Internet網路的電腦的地址編號。所以,在Internet網路中,網路地址唯一地標識一台電腦。

我們都已經知道,Internet是由幾千萬台電腦互相連線而成的。而我們要確認網路上的每一台電腦,靠的就是能唯一標識該電腦的網路地址,這個地址就叫做IP(Internet Protocol的簡寫)地址,即用Internet協定語言表示的地址。

目前,在Internet裏,IP地址是一個32位的二進位地址,為了便于記憶,將它們分為4組,每組8位,由小數點分開,用四個位元組來表示,而且,用點分開的每個位元組的數值範圍是0~255,如202.116.0.1,這種書寫方法叫做點數表示法。

地址分類

IP地址可確認網路中的任何一個網路和電腦,而要識別其它網路或其中的電腦,則是根據這些IP地址的分類來確定的。一般將IP地址按節點電腦所在網路規模的大小分為A,B,C三類,默認的網路禁止是根據IP地址中的第一個欄位確定的。

1. A類地址

A類地址的表示範圍為:1.0.0.1~126.255.255.255,默認網路禁止為:255.0.0.0;A類地址分配給規模特別大的網路使用。A類網路用第一組數位表示網路本身的地址,後面三組數位作為連線于網路上的主機的地址。分配給具有大量主機(直接個人使用者)而區域網路絡個數較少的大型網路。例如IBM公司的網路。

127.0.0.0到127.255.255.255是保留地址,用做迴圈測試用的。

0.0.0.0到0.255.255.255也是保留地址,用做表示所有的IP地址。

一個A類IP地址由1位元組(每個位元組是8位)的網路地址和3個位元組主機地址組成,網路地址的最高位必須是"0",即第一段數位範圍為1~127。每個A類地址理論上可連線16777214<256*256*256-2>;台主機(-2是因為主機中要用去一個網路號和一個廣播號),Internet有126個可用的A類地址。A類地址適用于有大量主機的大型網路。

2. B類地址

B類地址的表示範圍為:128.0.0.1~191.255.255.255,默認網路禁止為:255.255.0.0;B類地址分配給一般的中型網路。B類網路用第一、二組數位表示網路的地址,後面兩組數位代表網路上的主機地址。

169.254.0.0到169.254.255.255是保留地址。如果你的IP地址是自動獲取IP地址,而你在網路上又沒有找到可用的DHCP伺服器,這時你將會從169.254.0.0到169.254.255.255中臨時獲得一個IP地址。

一個B類IP地址由2個位元組的網路地址和2個位元組的主機地址組成,網路地址的最高位必須是"10",即第一段數位範圍為128~191。每個B類地址可連線65534(2^16-2,因為主機號的各位不能同時為0,1)台主機,Internet有16383(2^14-1)個B類地址(因為B類網路地址128.0.0.0是不指派的,而可以指派的最小地址為128.1.0.0[COME06])。

3. C類地址

C類地址的表示範圍為:192.0.0.1~223.255.255.255,默認網路禁止為:255.255.255.0;C類地址分配給小型網路,如一般的區域網路,它可連線的主機數量是最少的,採用把所屬的使用者分為若幹的網段進行管理。C類網路用前三組數位表示網路的地址,最後一組數位作為網路上的主機地址。

一個C類地址是由3個位元組的網路地址和1個位元組的主機地址組成,網路地址的最高位必須是"110",即第一段數位範圍為192~223。每個C類地址可連線254台主機,Internet有2097152個C類地址段(32*256*256),有532676608個地址(32*256*256*254)。

RFC 1918留出了3塊IP地址空間(1個A類地址段,16個B類地址段,256個C類地址段)作為私有的內部使用的地址。在這個範圍內的IP地址不能被路由到Internet骨幹網上;Internet路由器將丟棄該私有地址。

IP地址類別 RFC 1918內部地址範圍

A類 10.0.0.0到10.255.255.255

B類 172.16.0.0到172.31.255.255

C類 192.168.0.0到192.168.255.255

使用私有地址將網路連至Internet,需要將私有地址轉換為公有地址。這個轉換過程稱為網路地址轉換(Network Address Translation,NAT),通常使用路由器來執行NAT轉換。

實際上,還存在著D類地址和E類地址。但這兩類地址用途比較特殊,在這裏隻是簡單介紹一下:

D類地址不分網路地址和主機地址,它的第1個位元組的前四位固定為1110。D類地址範圍:224.0.0.1到239.255.255.254。D類地址用于多點播送。D類地址稱為組播地址(或稱多播地址),供特殊協定向選定的節點傳送信息時用。

E類地址保留給將來使用。

連線到Internet上的每台電腦,不論其IP地址屬于哪類都與網路中的其它電腦處于平等地位,因為隻有IP地址才是區別電腦的唯一標識。所以,以上IP地址的分類隻適用于網路分類。

在Internet中,一台電腦可以有一個或多個IP地址,就像一個人可以有多個通信地址一樣,但兩台或多台電腦卻不能共享一個IP地址。如果有兩台電腦的IP地址相同,則會引起異常現象,無論哪台電腦都將無法正常工作。

順便提一下幾類特殊的IP地址:

1. 廣播地址目的端為給定網路上的所有主機,一般主機段為全1

2. 單播地址目的端為指定網路上的單個主機地址

3. 組播地址目的端為同一組內的所有主機地址

4. 環回地址127.0.0.1在環回測試和廣播測試時會使用

網關地址

若要使兩個完全不同的網路(異構網)連線在一起,一般使用網關,在Internet中兩個網路也要通過一台稱為網關的電腦實現互聯。這台電腦能根據使用者通信目標電腦的IP地址,決定是否將使用者發出的信息送出在地網路,同時,它還將外界傳送給屬于在地網路電腦的信息接收過來,它是一個網路與另一個網路相聯的通道。為了使TCP/IP協定能夠定址,該通道被賦予一個IP地址,這個IP地址稱為網關地址。

註意事項

內部地址和外部地址在區域網路的IP地址分配中,並沒有區別,都可以使用。

在區域網路的IP地址分配中,子網禁止的"1"部分隻要和對應的IP地址分類規定的前幾個二進位數一致即可。

子網劃分

若公司不上Internet,那一定不會煩惱IP地址的問題,因為可以任意使用所有的IP地址,不管是A類或是B類,這個時候不會想到要用子網,但若是上Internet那IP地址便彌足珍貴了,目前全球一陣Internet熱,IP地址已經愈來愈少了,而所申請的IP地址目前也趨飽和,而且隻有經申請的IP地址能在Internet使用,但對某些公司隻能申請到一個C類的IP地址,但又有多個點需要使用,那這時便需要使用到子網,這就需要考慮子網的劃分,下面簡介子網的原理及如何規劃。

子網掩碼

設定任何網路上的任何設備不管是主機、個人電腦、路由器等皆需要設定IP地址,而跟隨著IP地址的是所謂的子網掩碼(NetMask,Subnet Mask),這個子網掩碼主要的目的是由IP地址中也能獲得網路編碼,也就是說IP地址和子網掩碼合作而得到網路編碼,如下所示:

IP地址

192.10.10.6 11000000.00001010.00001010.00000110

子網掩碼

255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000

AND

-------------------------------------------------------------------

Network Number

192.10.10.0 11000000.00001010.00001010.00000000

子網掩碼有所謂的默認值,如下所示

類 IP地址範圍 子網掩碼

A 1.0.0.0-126.255.255.255 255.0.0.0

B 128.0.0.0-191.255.255.255 255.255.0.0

C 192.0.0.0-223.255.255.255 255.255.255.0

在預設的子網掩碼(Net Mask)都隻有255的值,在談到子網掩碼(Subnet Mask)時這個值便不一定是255了。在完整一組C類地址中如203.67.10.0-203.67.10.255 子網掩碼255.255.255.0,203.67.10.0稱之網路編碼(Network Number,將IP 地址和子網掩碼作和),而203.67.10.255是廣播的IP地址,所以這兩者皆不能使用,實際隻能使用203.67.10.1--203.67.10.254等254個IP地址,這是以255.255.255.0作子網掩碼的結果,而所謂Subnet Msk尚可將整組C類地址分成數組網路編碼,這要在子網掩碼上作手腳,若是要將整組C類地址分成2個網路編碼那子網掩碼設定為255.255.255.128,若是要將整組C類分成8組網路編碼則子網掩碼要為255.255.255.224,這是怎麽來的,由以上知道網路編碼是由IP地址和子網掩碼作AND而來的,而且將子網掩碼以二進位表ADJLIO1',而為0的去掉

192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.11000001

255.255.255.0--11111111.11111111.11111111.00000000

--------------------------------------------------------------

192.10.10.0--11000000.00001010.00001010.00000000

以上是以255.255.255.0為子網掩碼的結果,網路編碼是192.10.10.0,若是使用255.255.255.224作子網掩碼結果便有所不同

192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.11000001

255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

--------------------------------------------------------------

192.10.10.192--11000000.00001010.00001010.11000000

此時網路編碼變成了192.10.10.192,這便是子網。那要如何決定所使用的子網掩碼,255.255.255.224以二進位表示法為11111111.11111111.11111111.11100000,變化是在最後一組,11100000便是224,以三個位(Bit)可表示2的3次方便是8個網路編碼

子網掩碼二進位表示法可分幾個網路

255.255.255.011111111.11111111.11111111.000000001

255.255.255.128

11111111.11111111.11111111.100000002

255.255.255.192

11111111.11111111.11111111.110000004

255.255.255.224

11111111.11111111.11111111.111000008

255.255.255.240

11111111.11111111.11111111.1111000016

255.255.255.248

11111111.11111111.11111111.1111100032

255.255.255.252

11111111.11111111.11111111.1111110064

以下使用255.255.255.224將C類地址203.67.10.0分成8組網路編碼,各個網路編碼及其廣播IP地址及可使用之IP地址序號網路編碼廣播可使用之IP地址

(1)203.67.10.0--203.67.10.31

203.67.10.1--203.67.10.30

(2)203.67.10.32--203.67.10.63

203.67.10.33--203.67.10.62

(3)203.67.10.64--203.67.10.95

203.67.10.65--203.67.10.94

(4)203.67.10.96--203.67.10.127

203.67.10.97--203.67.10.126

(5)203.67.10.128--203.67.10.159

203.67.10.129--203.67.10.158

(6)203.67.10.160--203.67.10.191

203.67.10.161--203.67.10.190

(7)203.67.10.192--203.67.10.223

203.67.10.193--203.67.10.222

(8)203.67.10.224--203.67.10.255

203.67.10.225--203.67.10.254

可驗證所使用的IP地址是否如上表所示

203.67.10.115--11001011.01000011.00001010.01110011

255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

--------------------------------------------------------------

203.67.10.96--11001011.01000011.00001010.01100000

203.67.10.55--11001011.01000011.00001010.00110111

255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000

--------------------------------------------------------------

203.67.10.32--11001011.01000011.00001010.00100000

其它的子網掩碼所分成的網路編碼可自行以上述方法自行推演出來。

子網作用

使用子網是要解決隻有一組C類地址但需要數個網路編碼的問題,並不是解決IP地址不夠用的問題,因為使用子網反而能使用的IP地址會變少,子網通常是使用在跨地域的網路互聯之中,兩者之間使用路由器連線,同時也上Internet,但隻申請到一組C 類IP地址,過路由又需不同的網路,所以此時就必須使用到子網,當然二網路間也可以遠程橋接(Remote Bridge,字面翻譯)連線,那便沒有使用子網的問題。

概念區分

協定闡述IP申請的術語

IP申請的術語:

網路地址:在申請IP地址或是闡述TCP/IP協定的IP地址分類時,用到這個術語。它表示IP地址的代碼序列中不可根據需要改變的部分。

主機地址:在申請IP地址或是闡述TCP/IP協定的IP地址分類時,用到這個術語。它表示IP地址的代碼序列中能夠根據需要來改變的部分。

子網禁止:在闡述TCP/IP協定的IP地址分類時,用到這個術語。在申請IP地址時,由它表示所申請到的IP地址的網路地址和主機地址。

子網劃分

區域網路搭建的術語:

網路編碼(網路號):經過子網劃分後,子網掩碼序列中"1"對應的IP地址部分。一個網路編碼,對應一個網域(或網段)。包括申請到的網路地址的全部和主機地址的部分。

主機編碼(主機號):經過子網劃分後,子網掩碼序列中"0"對應的IP地址部分。一個主機編碼,對應一個網域(或網段)的一台電腦。包括申請到主機地址的部分。

子網掩碼:用于子網劃分,它將能夠改變的主機地址分為主機編碼和網路編碼的一部分。同時,它將網路地址全部確定為網路編碼。

協定測試

全面的測試應包括區域網路和網際網路兩個方面,因此應從區域網路和網際網路兩個方面測試,以下是在實際工作中利用命令行測試TCP/IP配置步驟:

1. 單擊"開始"/"運行",輸入CMD按回車,開啟命令提示符視窗。

2.首先檢查IP地址、子網掩碼、默認網關、DNS伺服器地址是否正確,輸入命令ipconfig /all,按回車。此時顯示了你的網路配置,觀查是否正確。

3.輸入ping 127.0.0.1,觀查網卡是否能轉發資料,如果出現"Request timed out",表明配置差錯或網路有問題。

4.Ping一個網際網路地址,看是否有封包傳回,以驗證與網際網路的連線性。

5. Ping 一個區域網路地址,觀查與它的連通性。

6.用nslookup測試DNS解析是否正確,輸入如nslookup ,查看是否能解析。

如果你的電腦通過了全部測試,則說明網路正常,否則網路可能有不同程度的問題。在此不展開詳述。不過,要註意,在使用 ping命令時,有些公司會在其主機設定丟棄ICMP封包,造成你的ping命令無法正常返回封包,不防換個網站試試。

主要特點

(1)TCP/IP協定不依賴于任何特定的電腦硬體或作業系統,提供開放的協定標準,即使不考慮Internet,TCP/IP協定也獲得了廣泛的支持。所以TCP/IP協定成為一種聯合各種硬體和軟體的實用系統。

(2)TCP/IP協定並不依賴于特定的網路傳輸硬體,所以TCP/IP協定能夠集成各種各樣的網路。使用者能夠使用乙太網(Ethernet)、令牌環網(Token Ring Network)、撥號線路(Dial-up line)、X.25網以及所有的網路傳輸硬體。

(3)統一的網路地址分配方案,使得整個TCP/IP設備在網中都具有惟一的地址

(4)標準化的高層協定,可以提供多種可靠的使用者服務。

協定優勢

在長期的發展過程中,IP逐漸取代其他網路。這裏是一個簡單的解釋。IP傳輸通用資料。資料能夠用于任何目的,並且能夠很輕易地取代以前由專有資料網路傳輸的資料。下面是一個普通的過程:

一個專有的網路開發出來用于特定目的。如果它工作很好,使用者將接受它。

為了便利提供IP服務,經常用于訪問電子郵件或者聊天,通常以某種方式通過專有網路隧道實現。隧道方式最初可能非常沒有效率,因為電子郵件和聊天隻需要很低的頻寬。

通過一點點的投資IP 基礎設施逐漸在專有資料網路周邊出現。

用IP取代專有服務的需求出現,經常是一個使用者要求。

IP替代品過程遍布整個因特網,這使IP替代品比最初的專有網路更加有價值(由于網路效應)。

專有網路受到壓製。許多使用者開始維護使用IP替代品的復製品。

IP包的間接開銷很小,少于1%,這樣在成本上非常有競爭性。人們開發了一種能夠將IP帶到專有網路上的大部分使用者的不昂貴的傳輸媒介。

大多數使用者為了削減開銷,專有網路被取消。

協定重置

如果需要重新安裝 TCP/IP 以使TCP/IP 堆疊恢復為原始狀態。可以使用NetShell 實用程式重置TCP/IP 堆疊,使其恢復到初次安裝作業系統時的狀態。具體操作如下:

1.單擊 開始--> 運行,輸入"CMD" 後單擊"確定";

2.在命令行模式輸入命令

netsh int ip reset C:\resetlog.txt

(其中,Resetlog.txt記錄命令結果的日志檔案,一定要指定,這裏指定了Resetlog.txt 日志檔案及完整路徑。)

運行結果可以查看C:\resetlog.txt (咨詢中可根據使用者實際操作情況提供)

運行此命令的結果與移除並重新安裝TCP/IP 協定的效果相同。

註意

本操作具有一定的風險性,請在操作前備份重要資料,並根據操作熟練度酌情使用。

版本更新

IPV4

IPv4,是網際網路協定(Internet Protocol,IP)的第四版,也是第一個被廣泛使用,構成現今網際網路技術的基石的協定。1981年Jon Postel 在RFC791中定義了IP,Ipv4可以運行在各種各樣的底層網路上,比如端對端的串列資料鏈路(PPP協定和SLIP協定) ,衛星鏈路等等。區域網路中最常用的是乙太網。

傳統的TCP/IP協定基于IPV4屬于第二代網際網路技術,核心技術屬于美國。它的最大問題是網路地址資源有限,從理論上講,編址1600萬個網路、40億台主機。但採用A、B、C三類編址方式後,可用的網路地址和主機地址的數目大打折扣,以至目前的IP地址已經枯竭。其中北美佔有3/4,約30億個,而人口最多的亞洲隻有不到4億個,中國截止2010年6月IPv4地址數量達到2.5億,落後于4.2億網民的需求。雖然用動態IP及Nat地址轉換等技術實現了一些緩沖,但IPV4地址枯竭已經成為不爭的事實。在此,專家提出IPV6的網際網路技術,也正在推行,但IPV4的使用過度到IPV6需要很長的一段過渡期。目前中國主要用的就是ip4,在win7中已經有了ipv6的協定不過對于中國的使用者們來說可能很久以後才會用到吧。

傳統的TCP/IP協定基于電話寬頻以及乙太網的電器特徵而製定的,其分包原則與檢驗佔用了封包很大的一部分比例造成了傳輸效率低,現在網路正向著全光纖網路和超高速乙太網方向發展,TCP/IP協定不能滿足其發展需要。

1983年TCP/IP協定被ARPAnet採用,直至發展到後來的網際網路。那時隻有幾百台電腦互相聯網。到1989年聯網電腦數量突破10萬台,並且同年出現了1.5Mbit/s的骨幹網。因為IANA把大片的地址空間分配給了一些公司和研究機構,90年代初就有人擔心10年內IP地址空間就會不夠用,並由此導致了IPv6 的開發。

IPv6

IPv6是Internet Protocol Version 6的縮寫,其中Internet Protocol譯為"網際網路協定"。IPv6是IETF(網際網路工程任務組,Internet Engineering Task Force)設計的用于替代現行版本IP協定(IPv4)的下一代IP協定。

與IPV4相比,IPV6具有以下幾個優勢:

一、IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規定IP地址長度為32,即有2^32-1(符號^表示升冪,下同)個地址;而IPv6中IP地址的長度為128,即有2^128-1個地址。

二、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類(Aggregation)的原則,這使得路由器能在路由表中用一條記錄(Entry)表示一片子網,大大減小了路由器中路由表的長度,提高了路由器轉發封包的速度。

三、IPv6增加了增強的組播(Multicast)支持以及對流的支持(Flow Control),這使得網路上的多媒體套用有了長足發展的機會,為服務質量(QoS,Quality of Service)控製提供了良好的網路平台。

四、IPv6加入了對自動配置(Auto Configuration)的支持。這是對DHCP協定的改進和擴展,使得網路(尤其是區域網路)的管理更加方便和快捷。

五、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網路中使用者可以對網路層的資料進行加密並對IP報文進行校驗,極大的增強了網路的安全性。

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