TCP/IP協議

 TCP/IP協議

 

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TCP/IP協議層級模型

Transmission Control Protocol/Internet Protocol的簡寫,中譯名爲傳輸控制協議/因特網互聯協議,又名網絡通訊協議,是Internet最基本的協議、Internet國際互聯網絡的基礎,由網絡層的IP協議和傳輸層的TCP協議組成。TCP/IP 定義了電子設備如何連入因特網,以及數據如何在它們之間傳輸的標準。協議採用了4層的層級結構,每一層都呼叫它的下一層所提供的網絡來完成自己的需求。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,直到所有數據安全正確地傳輸到目的地。而IP是給因特網的每一臺電腦規定一個地址。

目錄

 

層次概述

數據格式

產生背景

開發過程

運作機制

通訊端口

IP地址

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層次概述

數據格式

產生背景

開發過程

運作機制

通訊端口

IP地址

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層次概述

 

  從協議分層模型方面來講,TCP/IP由四個層次組成:網絡接口層、網絡層、傳輸層、應用層。

  TCP/IP協議並不完全符合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,是一種通信協議的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件在相同的層次上相互通信。這7層是:物理層、數據鏈路層(網絡接口層)、網絡層(網絡層)、傳輸層、會話層、表示層和應用層(應用層)。而TCP/IP通訊協議採用了4層的層級結構,每一層都呼叫它的下一層所提供的網絡來完成自己的需求。由於ARPNET的設計者注重的是網絡互聯,允許通信子網(網絡接口層)採用已有的或是將來有的各種協議,所以這個層次中沒有提供專門的協議。實際上,TCP/IP協議可以通過網絡接口層連接到任何網絡上,例如X.25交換網或IEEE802局域網。

  

TCP/IP結構對應OSI結構

TCP/IP OSI

應用層 應用層 

表示層 

會話層

主機到主機層(TCP)(又稱傳輸層) 傳輸層

網絡層(IP)(又稱互聯層) 網絡層

網絡接口層(又稱鏈路層) 數據鏈路層

物理層

網絡接口層

  物理層是定義物理介質的各種特性:

  1、機械特性;

  2、電子特性;

  3、功能特性;

  4、規程特性。

  數據鏈路層是負責接收IP數據包並通過網絡發送,或者從網絡上接收物理幀,抽出IP數據包,交給IP層。

  常見的接口層協議有:

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

網絡層

  負責相鄰計算機之間的通信。其功能包括三方面。

  一、處理來自傳輸層的分組發送請求,收到請求後,將分組裝入IP數據報,填充報頭,選擇去往信宿機的路徑,然後將數據報發往適當的網絡接口。

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

  三、處理路徑、流控、擁塞等問題。

  網絡層包括:IP(Internet Protocol)協議、ICMP(Internet Control Message Protocol)

  控制報文協議、ARP(Address Resolution Protocol)地址轉換協議、RARP(Reverse ARP)反向地址轉換協議。

  IP是網絡層的核心,通過路由選擇將下一條IP封裝後交給接口層。IP數據報是無連接服務。

  ICMP是網絡層的補充,可以回送報文。用來檢測網絡是否通暢。

  Ping命令就是發送ICMP的echo包,通過回送的echo relay進行網絡測試。

  ARP是正向地址解析協議,通過已知的IP,尋找對應主機的MAC地址。

  RARP是反向地址解析協議,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

  提供應用程序間的通信。其功能包括:一、格式化信息流;二、提供可靠傳輸。爲實現後者,傳輸層協議規定接收端必須發回確認,並且假如分組丟失,必須重新發送,即耳熟能詳的“三次握手”過程,從而提供可靠的數據傳輸。

  傳輸層協議主要是:傳輸控制協議TCP(Transmission Control Protocol)和用戶數據報協議UDP(User Datagram protocol)。

應用層

  向用戶提供一組常用的應用程序,比如電子郵件、文件傳輸訪問、遠程登錄等。遠程登錄TELNET使用TELNET協議提供在網絡其它主機上註冊的接口。TELNET會話提供了基於字符的虛擬終端。文件傳輸訪問FTP使用FTP協議來提供網絡內機器間的文件拷貝功能。

  應用層協議主要包括如下幾個:FTP、TELNET、DNS、SMTP、RIP、NFS、HTTP。

  FTP(File Transfer Protocol)是文件傳輸協議,一般上傳下載用FTP服務,數據端口是20H,控制端口是21H。

  Telnet服務是用戶遠程登錄服務,使用23H端口,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)是簡單郵件傳輸協議,用來控制信件的發送、中轉。

  RIP (Router Information Protocol)是路由信息協議,用於網絡設備之間交換路由信息。

  NFS (Network File System)是網絡文件系統,用於網絡中不同主機間的文件共享。

  HTTP(Hypertext Transfer Protocol)是超文本傳輸協議,用於實現互聯網中的WWW服務。 

  

總結

OSI中的層 功能 TCP/IP協議族

應用層 文件傳輸,電子郵件,文件服務,虛擬終端 TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet 等等

表示層 數據格式化,代碼轉換,數據加密 沒有協議

會話層 解除或建立與別的接點的聯繫 沒有協議

傳輸層 提供端對端的接口 TCP,UDP

網絡層 爲數據包選擇路由 IP,ICMP,OSPF,EIGRP,IGMP,RIP

數據鏈路層 傳輸有地址的幀以及錯誤檢測功能 SLIP,CSLIP,PPP,MTU,ARP,RARP

物理層 以二進制數據形式在物理媒體上傳輸數據 ISO2110,IEEE802,IEEE802.2

網絡層中的協議主要有IP,ICMP,IGMP等,由於它包含了IP協議模塊,所以它是所有基於TCP/IP協議網絡的核心。在網絡層中,IP模塊完成大部分功能。ICMP和IGMP以及其他支持IP的協議幫助IP完成特定的任務,如傳輸差錯控制信息以及主機/路由器之間的控制電文等。網絡層掌管着網絡中主機間的信息傳輸。

  傳輸層上的主要協議是TCP和UDP。正如網絡層控制着主機之間的數據傳遞,傳輸層控制着那些將要進入網絡層的數據。兩個協議就是它管理這些數據的兩種方式:TCP是一個基於連接的協議;UDP則是面向無連接服務的管理方式的協議。

  TCP/IP模型的主要缺點有:

  第一,它在服務、接口與協議的區別上就不是很清楚。一個好的軟件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參考模型對於使用新的技術的指導意義是不夠的。TCP/IP參考模型不適合於其他非TCP/IP協議簇。

  第二,主機-網絡層本身並不是實際的一層,它定義了網絡層與數據鏈路層的接口。物理層與數據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。

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數據格式

 

  數據幀:幀頭+IP數據包+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數據包:IP頭部+TCP數據信息(IP頭包括源和目標主機IP地址、類型、生存期等)

  TCP數據信息:TCP頭部+實際數據 (TCP頭包括源和目標主機端口號、順序號、確認號、校驗字等)

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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。在一臺電腦上完成的工作,很難拿到另一臺電腦上去用,想讓硬件和軟件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。”爲了讓這些“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議上網互聯。瑟夫也因此獲得了與克萊因羅克(“因特網之父”)一樣的美稱“互聯網之父”。

  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,他認爲“爲電腦編程序是個非常激動人心的事,…只要把程序編好,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,於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)的研試及網絡測評中心的建立,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、佈雷登)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麼軟件,而瑟夫則通宵達旦地把符合要求的軟件給編出來,然後他們一起測試這些軟件,直至能正常運行。

  當時的主要格局是這樣的,羅伯茨提出網絡思想設計網絡佈局,卡恩設計阿帕網總體結構,克萊因羅克負責網絡測評系統,還有衆多的科學家、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連接的時候,需要考慮用各種電腦都認可的信號來打開通信管道,數據通過後還要關閉通道。否則這些IMP不會知道什麼時候應該接收信號,什麼時候該結束,這就是我們現在所說的通信“協議”的概念。70年12月制定出來了最初的通信協議由卡恩開發、瑟夫參與的“網絡控制協議”(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,科學家們都在爲此而努力。

  “包切換”理論爲網絡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,認識到只有深入理解各種操作系統的細節才能建立一種對各種操作系統普適的協議,73年卡恩請瑟夫一起考慮這個協議的各個細節,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“傳輸控制協議”(TCP,Transmission-Control Protocol)和“因特網協議”(IP,Internet Protocol)即TCP/IP協議。

  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,直到所有數據安全正確地傳輸到目的地。而IP是給因特網的每一臺電腦規定一個地址。1974年12月,卡恩、瑟夫的第一份TCP協議詳細說明正式發表。當時美國國防部與三個科學家小組簽定了完成TCP/IP的協議,結果由瑟夫領銜的小組捷足先登,首先制定出了通過詳細定義的TCP/IP協議標準。當時作了一個試驗,將信息包通過點對點的衛星網絡,再通過陸地電纜,再通過衛星網絡,再由地面傳輸,貫串歐洲和美國,經過各種電腦系統,全程9.4萬公里竟然沒有丟失一個數據位,遠距離的可靠數據傳輸證明了TCP/IP協議的成功。

  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協議作爲因特網上所有主機間的共同協議,從此以後被作爲一種必須遵守的規則被肯定和應用。

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開發過程

 

  在構建了阿帕網先驅之後,DARPA開始了其他數據傳輸技術的研究。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,在那裏他研究衛星數據包網絡和地面無線數據包網絡,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網絡控制程序(NCP)協議的開發者文頓·瑟夫(Vinton Cerf)加入到卡恩爲ARPANET設計下一代協議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,其中網絡協議之間的不同通過使用一個公用互聯網絡協議而隱藏起來,並且可靠性由主機保證而不是像ARPANET那樣由網絡保證。(瑟夫稱讚Hubert Zimmerman和Louis Pouzin(CYCLADES網絡的設計者)在這個設計上發揮了重要影響。)

  由於網絡的作用減少到最小的程度,就有可能將任何網絡連接到一起,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。一個稱爲網關(後來改爲路由器以免與網關混淆)的計算機爲每個網絡提供一個接口並且在它們之間來回傳輸數據包。

  這個設計思想更細的形式由瑟夫在斯坦福的網絡研究組的1973年–1974年期間開發出來。(處於同一時期的誕生了PARC通用包協議組的施樂PARC早期網絡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於是與BBN、斯坦福和倫敦大學簽署了協議開發不同硬件平臺上協議的運行版本。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議。

  1975年,兩個網絡之間的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,三個網絡之間的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作爲所有計算機網絡的標準。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於計算產業使用TCP/IP的工作會議,幫助協議的推廣並且引領它日漸增長的商業應用。

  2005年9月9日卡恩和瑟夫由於他們對於美國文化做出的卓越貢獻被授予總統自由勳章。

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運作機制

 

1.IP

  IP層接收由更低層(網絡接口層例如以太網設備驅動程序)發來的數據包,並把該數據包發送到更高層---TCP或UDP層;相反,IP層也把從TCP或UDP層接收來的數據包傳送到更低層。IP數據包是不可靠的,因爲IP並沒有做任何事情來確認數據包是按順序發送的或者沒有被破壞。IP數據包中含有發送它的主機的地址(源地址)和接收它的主機的地址(目的地址)。

  高層的TCP和UDP服務在接收數據包時,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認證基礎,這些服務相信數據包是從一個有效的主機發送來的。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。對於一些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,而不是來自於它的真實地點。這個選項是爲了測試而存在的,說明了它可以被用來欺騙系統來進行平常是被禁止的連接。那麼,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***。

2.TCP

  TCP是面向連接的通信協議,通過三次握手建立連接,通訊完成時要拆除連接,由於TCP是面向連接的所以只能用於點對點的通訊。

  TCP提供的是一種可靠的數據流服務,採用“帶重傳的肯定確認”技術來實現傳輸的可靠性。TCP還採用一種稱爲“滑動窗口”的方式進行流量控制,所謂窗口實際表示接收能力,用以限制發送方的發送速度。

  如果IP數據包中有已經封好的TCP數據包,那麼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接。TCP數據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序,例如Telnet的服務程序和客戶程序。應用程序輪流將信息送回TCP層,TCP層便將它們向下傳送到IP層,設備驅動程序和物理介質,最後到接收方。

  面向連接的服務(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(發送和接收域名數據庫),但使用UDP傳送有關單個主機的信息。

3.UDP

  UDP是面向無連接的通訊協議,UDP數據包括目的端口號和源端口號信息,由於通訊不需要連接,所以可以實現廣播發送。

  UDP通訊時不需要接收方確認,屬於不可靠的傳輸,可能會出丟包現象,實際應用中要求在程序員編程驗證。

  UDP與TCP位於同一層,但它不管數據包的順序、錯誤或重發。因此,UDP不被應用於那些使用虛電路的面向連接的服務,UDP主要用於那些面向查詢---應答的服務,例如NFS。相對於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(網絡時間協議)和DNS(DNS也使用TCP)。

  欺騙UDP包比欺騙TCP包更容易,因爲UDP沒有建立初始化連接(也可以稱爲握手)(因爲在兩個系統間沒有虛電路),也就是說,與UDP相關的服務面臨着更大的危險。

4.ICMP

  ICMP與IP位於同一層,它被用來傳送IP的的控制信息。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連接‘體面地’終止。PING是最常用的基於ICMP的服務。

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通訊端口

 

  TCP和UDP服務通常有一個客戶/服務器的關係,例如,一個Telnet服務進程開始在系統上處於空閒狀態,等待着連接。用戶使用Telnet客戶程序與服務進程建立一個連接。客戶程序向服務進程寫入信息,服務進程讀出信息併發出響應,客戶程序讀出響應並向用戶報告。因而,這個連接是雙工的,可以用來進行讀寫。

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

  源IP地址 發送包的IP地址。

  目的IP地址 接收包的IP地址。

  源端口 源系統上的連接的端口。

  目的端口 目的系統上的連接的端口。

  端口是一個軟件結構,被客戶程序或服務進程用來發送和接收信息。一個端口對應一個16比特的數。服務進程通常使用一個固定的端口,例如,SMTP使用25、Xwindows使用6000。這些端口號是‘廣爲人知’的,因爲在建立與特定的主機或服務的連接時,需要這些地址和目的地址進行通訊。

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IP地址

 

  在Internet上連接的所有計算機,從大型機到微型計算機都是以獨立的身份出現,我們稱它爲主機。爲了實現各主機間的通信,每臺主機都必須有一個唯一的網絡地址。就好像每一個住宅都有唯一的門牌一樣,才不至於在傳輸資料時出現混亂。

  Internet的網絡地址是指連入Internet網絡的計算機的地址編號。所以,在Internet網絡中,網絡地址唯一地標識一臺計算機。

  我們都已經知道,Internet是由幾千萬臺計算機互相連接而成的。而我們要確認網絡上的每一臺計算機,靠的就是能唯一標識該計算機的網絡地址,這個地址就叫做IP(Internet Protocol的簡寫)地址,即用Internet協議語言表示的地址。

  目前,在Internet裏,IP地址是一個32位的二進制地址,爲了便於記憶,將它們分爲4組,每組8位,由小數點分開,用四個字節來表示,而且,用點分開的每個字節的數值範圍是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地址可確認網絡中的任何一個網絡和計算機,而要識別其它網絡或其中的計算機,則是根據這些IP地址的分類來確定的。一般將IP地址按節點計算機所在網絡規模的大小分爲A,B,C三類,默認的網絡屏蔽是根據IP地址中的第一個字段確定的。

  1. A類地址

  A類地址的表示範圍爲:1.0.0.1~126.255.255.255,默認網絡屏蔽爲:255.0.0.0;A類地址分配給規模特別大的網絡使用。A類網絡用第一組數字表示網絡本身的地址,後面三組數字作爲連接於網絡上的主機的地址。分配給具有大量主機(直接個人用戶)而局域網絡個數較少的大型網絡。例如IBM公司的網絡。

  127.0.0.0到127.255.255.255是保留地址,用做循環測試用的。

  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字節(每個字節是8位)的網絡地址和3個字節主機地址組成,網絡地址的最高位必須是“0”,即第一段數字範圍爲1~127。每個A類地址理論上可連接16777214<256*256*256-2>;臺主機(-2是因爲主機中要用去一個網絡號和一個廣播號),Internet有126個可用的A類地址。A類地址適用於有大量主機的大型網絡。

  2. B類地址

  B類地址的表示範圍爲:128.0.0.1~191.255.255.255,默認網絡屏蔽爲:255.255.0.0;B類地址分配給一般的中型網絡。B類網絡用第一、二組數字表示網絡的地址,後面兩組數字代表網絡上的主機地址。

  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,而你在網絡上又沒有找到可用的DHCP服務器,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個字節的網絡地址和2個字節的主機地址組成,網絡地址的最高位必須是“10”,即第一段數字範圍爲128~191。每個B類地址可連接65534(2^16-2,因爲主機號的各位不能同時爲0,1)臺主機,Internet有16383(2^14-1)個B類地址(因爲B類網絡地址128.0.0.0是不指派的,而可以指派的最小地址爲128.1.0.0[COME06])。

  3. C類地址

  C類地址的表示範圍爲:192.0.0.1~223.255.255.255,默認網絡屏蔽爲:255.255.255.0;C類地址分配給小型網絡,如一般的局域網,它可連接的主機數量是最少的,採用把所屬的用戶分爲若干的網段進行管理。C類網絡用前三組數字表示網絡的地址,最後一組數字作爲網絡上的主機地址。

  一個C類地址是由3個字節的網絡地址和1個字節的主機地址組成,網絡地址的最高位必須是“110”,即第一段數字範圍爲192~223。每個C類地址可連接254臺主機,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)作爲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

  使用私有地址將網絡連至Internet,需要將私有地址轉換爲公有地址。這個轉換過程稱爲網絡地址轉換(Network Address Translation,NAT),通常使用路由器來執行NAT轉換。

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

  D類地址不分網絡地址和主機地址,它的第1個字節的前四位固定爲1110。D類地址範圍:224.0.0.1到239.255.255.254。D類地址用於多點播送。D類地址稱爲組播地址(或稱多播地址),供特殊協議向選定的節點發送信息時用。

  E類地址保留給將來使用。

  連接到Internet上的每臺計算機,不論其IP地址屬於哪類都與網絡中的其它計算機處於平等地位,因爲只有IP地址纔是區別計算機的唯一標識。所以,以上IP地址的分類只適用於網絡分類。

  在Internet中,一臺計算機可以有一個或多個IP地址,就像一個人可以有多個通信地址一樣,但兩臺或多臺計算機卻不能共享一個IP地址。如果有兩臺計算機的IP地址相同,則會引起異常現象,無論哪臺計算機都將無法正常工作。

  順便提一下幾類特殊的IP地址:

  1. 廣播地址目的端爲給定網絡上的所有主機,一般主機段爲全1

  2. 單播地址目的端爲指定網絡上的單個主機地址

  3. 組播地址目的端爲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絡(異構網)連接在一起,一般使用網關,在Internet中兩個網絡也要通過一臺稱爲網關的計算機實現互聯。這臺計算機能根據用戶通信目標計算機的IP地址,決定是否將用戶發出的信息送出本地網絡,同時,它還將外界發送給屬於本地網絡計算機的信息接收過來,它是一個網絡與另一個網絡相聯的通道。爲了使TCP/IP協議能夠尋址,該通道被賦予一個IP地址,這個IP地址稱爲網關地址。

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注意事項

 

  內部地址和外部地址在局域網的IP地址分配中,並沒有區別,都可以使用。

  在局域網的IP地址分配中,子網屏蔽的“1”部分只要和對應的IP地址分類規定的前幾個二進制數一致即可。

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子網劃分

 

  若公司不上Internet,那一定不會煩惱IP地址的問題,因爲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,而且只有經申請的IP地址能在Internet使用,但對某些公司只能申請到一個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

  設定任何網絡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,而跟隨着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地址中也能獲得網絡編碼,也就是說IP地址和子網掩碼合作而得到網絡編碼,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)都只有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稱之網絡編碼(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,實際只能使用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類地址分成數組網絡編碼,這要在子網掩碼上作手腳,若是要將整組C類地址分成2個網絡編碼那子網掩碼設定爲255.255.255.128,若是要將整組C類分成8組網絡編碼則子網掩碼要爲255.255.255.224,這是怎麼來的,由以上知道網絡編碼是由IP地址和子網掩碼作AND而來的,而且將子網掩碼以二進制表示法知道是1的會保留,而爲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爲子網掩碼的結果,網絡編碼是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

  此時網絡編碼變成了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以二進制表示法爲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個網絡編碼

  子網掩碼二進制表示法可分幾個網絡

  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組網絡編碼,各個網絡編碼及其廣播IP地址及可使用之IP地址序號網絡編碼廣播可使用之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絡編碼可自行以上述方法自行推演出來。

子網作用

  使用子網是要解決只有一組C類地址但需要數個網絡編碼的問題,並不是解決IP地址不夠用的問題,因爲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絡互聯之中,兩者之間使用路由器連線,同時也上Internet,但只申請到一組C 類IP地址,過路由又需不同的網絡,所以此時就必須使用到子網,當然二網絡間也可以遠程橋接(Remote Bridge,字面翻譯)連接,那便沒有使用子網的問題。

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概念區分

 

協議闡述IP申請的術語

  IP申請的術語:

  網絡地址:在申請IP地址或是闡述TCP/IP協議的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協議的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。

  子網屏蔽:在闡述TCP/IP協議的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地址的網絡地址和主機地址。

子網劃分

  內網搭建的術語:

  網絡編碼(網絡號):經過子網劃分後,子網掩碼序列中“1”對應的IP地址部分。一個網絡編碼,對應一個網域(或網段)。包括申請到的網絡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)的一臺計算機。包括申請到主機地址的部分。

  子網掩碼:用於子網劃分,它將能夠改變的主機地址分爲主機編碼和網絡編碼的一部分。同時,它將網絡地址全部確定爲網絡編碼。

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協議測試

 

  全面的測試應包括局域網和互聯網兩個方面,因此應從局域網和互聯網兩個方面測試,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,打開命令提示符窗口。

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

  3.輸入ping 127.0.0.1,觀查網卡是否能轉發數據,如果出現“Request timed out”,表明配置差錯或網絡有問題。

  4.Ping一個互聯網地址,看是否有數據包傳回,以驗證與互聯網的連接性。

  5. Ping 一個局域網地址,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。

  如果你的計算機通過了全部測試,則說明網絡正常,否則網絡可能有不同程度的問題。在此不展開詳述。不過,要注意,在使用 ping命令時,有些公司會在其主機設置丟棄ICMP數據包,造成你的ping命令無法正常返回數據包,不防換個網站試試。

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主要特點

 

  (1)TCP/IP協議不依賴於任何特定的計算機硬件或操作系統,提供開放的協議標準,即使不考慮Internet,TCP/IP協議也獲得了廣泛的支持。所以TCP/IP協議成爲一種聯合各種硬件和軟件的實用系統。

  (2)TCP/IP協議並不依賴於特定的網絡傳輸硬件,所以TCP/IP協議能夠集成各種各樣的網絡。用戶能夠使用以太網(Ethernet)、令牌環網(Token Ring Network)、撥號線路(Dial-up line)、X.25網以及所有的網絡傳輸硬件。

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

  (4)標準化的高層協議,可以提供多種可靠的用戶服務。

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協議優勢

 

  在長期的發展過程中,IP逐漸取代其他網絡。這裏是一個簡單的解釋。IP傳輸通用數據。數據能夠用於任何目的,並且能夠很輕易地取代以前由專有數據網絡傳輸的數據。下面是一個普通的過程:

  一個專有的網絡開發出來用於特定目的。如果它工作很好,用戶將接受它。

  爲了便利提供IP服務,經常用於訪問電子郵件或者聊天,通常以某種方式通過專有網絡隧道實現。隧道方式最初可能非常沒有效率,因爲電子郵件和聊天只需要很低的帶寬。

  通過一點點的投資IP 基礎設施逐漸在專有數據網絡周邊出現。

  用IP取代專有服務的需求出現,經常是一個用戶要求。

  IP替代品過程遍佈整個因特網,這使IP替代品比最初的專有網絡更加有價值(由於網絡效應)。

  專有網絡受到壓制。許多用戶開始維護使用IP替代品的複製品。

  IP包的間接開銷很小,少於1%,這樣在成本上非常有競爭性。人們開發了一種能夠將IP帶到專有網絡上的大部分用戶的不昂貴的傳輸媒介。

  大多數用戶爲了削減開銷,專有網絡被取消。

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協議重置

 

  如果需要重新安裝 TCP/IP 以使TCP/IP 堆棧恢復爲原始狀態。可以使用NetShell 實用程序重置TCP/IP 堆棧,使其恢復到初次安裝操作系統時的狀態。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記錄命令結果的日誌文件,一定要指定,這裏指定了Resetlog.txt 日誌文件及完整路徑。)

  運行結果可以查看C:\resetlog.txt (諮詢中可根據用戶實際操作情況提供)

  運行此命令的結果與刪除並重新安裝TCP/IP 協議的效果相同。

  注意

  本操作具有一定的風險性,請在操作前備份重要數據,並根據操作熟練度酌情使用。

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版本更新

 

IPV4

  IPv4,是互聯網協議(Internet Protocol,IP)的第四版,也是第一個被廣泛使用,構成現今互聯網技術的基石的協議。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絡上,比如端對端的串行數據鏈路(PPP協議和SLIP協議) ,衛星鏈路等等。局域網中最常用的是以太網。

  傳統的TCP/IP協議基於IPV4屬於第二代互聯網技術,核心技術屬於美國。它的最大問題是網絡地址資源有限,從理論上講,編址1600萬個網絡、40億臺主機。但採用A、B、C三類編址方式後,可用的網絡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,而人口最多的亞洲只有不到4億個,中國截止2010年6月IPv4地址數量達到2.5億,落後於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衝,但IPV4地址枯竭已經成爲不爭的事實。在此,專家提出IPV6的互聯網技術,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的協議不過對於中國的用戶們來說可能很久以後纔會用到吧。

  傳統的TCP/IP協議基於電話寬帶以及以太網的電器特性而制定的,其分包原則與檢驗佔用了數據包很大的一部分比例造成了傳輸效率低,現在網絡正向着全光纖網絡和超高速以太網方向發展,TCP/IP協議不能滿足其發展需要。

  1983年TCP/IP協議被ARPAnet採用,直至發展到後來的互聯網。那時只有幾百臺計算機互相聯網。到1989年聯網計算機數量突破10萬臺,並且同年出現了1.5Mbit/s的骨幹網。因爲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譯爲“互聯網協議”。IPv6是IETF(互聯網工程任務組,Internet Engineering Task Force)設計的用於替代現行版本IP協議(IPv4)的下一代IP協議。

  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地址長度爲32,即有2^32-1(符號^表示升冪,下同)個地址;而IPv6中IP地址的長度爲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,提高了路由器轉發數據包的速度。

  三、IPv6增加了增強的組播(Multicast)支持以及對流的支持(Flow Control),這使得網絡上的多媒體應用有了長足發展的機會,爲服務質量(QoS,Quality of Service)控制提供了良好的網絡平臺。

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

  五、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網絡中用戶可以對網絡層的數據進行加密並對IP報文進行校驗,極大的增強了網絡的安全性。

WEB技術

HTML

XHTML ▪ HTML 5 ▪ CSS ▪ TCP/IP

XML

XML ▪ XSL ▪ XSLT ▪ XSL-FO ▪ XPath ▪ XPointer ▪ XLink ▪ DTD ▪ XML Schema ▪ DOM ▪ XForms ▪ SOAP ▪ WSDL ▪ RDF ▪ RSS ▪ WAP ▪ Web Services

Web腳本

JavaScript ▪ HTML DOM ▪ DHTML ▪ VBScript ▪ AJAX ▪ jQuery ▪ JSON ▪ E4X ▪ WMLScript

Serv腳本

SQL ▪ ASP ▪ ADO ▪ PHP

.NET

Microsoft.NET ▪ .NET Mobile

多媒體

SMIL ▪ SVG

擴展閱讀:

1

一個局域網某臺主機IP地址爲176.68.160.12,使用22位作爲網絡地址,那麼該局域網的子網掩碼爲(255.255.252.0)

2

最多可以連接的主機數爲(1022)

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