第六单元 Internet协议及其技术第一讲

本次课完成如下任务 任务： 子网划分 支撑知识 网际协议（IP）

6.1Internet概述 6.1.1 Internet的历史 加利福尼亚大学 （洛山机） 斯坦福大学 （圣巴巴拉） 犹它州州立大学 1969年 ARPANET（Internet的雏形） 加利福尼亚大学 （洛山机） 斯坦福大学 （圣巴巴拉） 犹它州州立大学

1.Internet的发展 70年代初，TCP/IP通讯协议的应用并公开 80年代初，TCP/IP作为各种网络的标准通讯协议 1986年－－NSF介入，美国国家科学基金网NSFnet （第一次快速发展阶段） 上世纪90年代初，Internet的商业化使其进入第二次快速发展阶段。 1992，CERN，发明WWW（SGML语言） 1993，NCSA，发明浏览器（Mosaic） 1998，数字地球

Internet的发展阶段 1969, ARPA, 美国国防科研用网ARPANET。 1、实验研究阶段（1969-1985） 1969, ARPA, 美国国防科研用网ARPANET。 2、学术性网络（1`986-1995） 1986，美国国家科学基金会（NSF）建立了以ARPANET为基础的学术性网络，即NSFNET。1995年NSFNET结束了作为Internet主干网的历史使命，从学术性转化为商业网络。 3、商业化网络（1996年以后）

Internet 是由一些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络。一旦连接到这个 Web 节点，即表明您已经与 Internet 连接。Internet 与国际电话系统十分相似 -- 没有人能完全拥有或控制它，但连接以后却能使它象大型网络一样运转

2. Internet服务简介 如果没有诸如HTTP、SMTP和FTP这些流行的协议和服务，Internet不会比一个由大量计算机所连成毫无价值的节点强多少。 在Internet的整个发展过程中的所有思想和着重点都以一种称为RFC ( Request For Comments，请求注解，Internet标准(草案) )的文档格式存在。 ⑴ Whois和Finger Whois是一种协议和服务，它允许我们找到有关Internet主机和域的信息，通过查询任何可以利用的Whois数据库服务器，Whois客户可以收集到诸如主机、域方位、地理地址等更多的信息。 Finger是UNIX系统中用于查询用户情况的实用程序(dos系统也包含此命令)。 ⑵ 文件传输协议 FTP(File Transfer Protocol，文件传输协议)是用于通过Internet传输文件的服务和协议，它也是一种早期协议，可以追溯到1971年。FTP现在最常用于公共文件共享(通过匿名FTP服务)，FTP操作在TCP端口21号上，RFC959解释它。

2. Internet服务简介 ⑶ Telnet Telnet是为Internet开发的终端仿真程序，简单地说，使用Telnet可以使用户登录到网络主机上而不需要考虑终端的兼容性。 ⑷ Email 简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)是电子邮件的Internet标准 。 ⑸ WWW HTTP是WWW语言。HTTP在TCP端口80上操作，它的当前版本HTTP 1.1由RFC2616说明。 ⑹ USENET News 网络新闻传输协议(Network News Transfer Protocol，NNTP)是用于投递、传输、检索USENET新闻信息的协议和服务。

3. Intranet、Extranet及Internet的明天 《Intranet设计杂志》将Intranet定义为：一个网络，该网络连接一个使用标准Internet协议如TCP/IP和HTTP合并的客户设备集合，在防火墙之后，或在几个由安全的、可能是虚拟的网络连接的防火墙之后的基于IP的网络。 ⑵ Extranet Extranet的一个典型的使用方法是使公司可以和自己的战略伙伴如顾客、运货商或供应商共享信息，简而言之，Extranet就是公司与公司之间的网络。 ⑶ Internet的明天 随着Internet使用和普及的不断扩大，Internet技术也在随之发展。其中三个最有发展前途的项目是下一代Internet、超高速骨干网服务、Internet2(I2)。

6.1.2 Internet的组成部分 Internet是一个开放的、建立在TCP/IP协议集上的国际互连网络，由众多的子网以网状结构互连而成，每个子网中存在着数量不等的主机，子网和其主机均以IP协议统一编址。其中子网可以是LAN或WAN，主机可以是网上的服务器、客户机或路由器等设备。Internet的结构示意图如图所示。 Internet 结构图

Internet提供的主要信息服务 ⑴ E-mail 电子邮件 ⑵ WWW 超文本浏览 ⑶ Telnet 远程登录 ⑷ FTP 文件传输 ⑸ Gopher 信息浏览 ⑹ BBS 电子公告牌 ⑺ DNS 域名系统 ⑻ WAIS 自动搜索

Internet为实现网络服务配置的服务器有 ⑴ Web WWW服务器 ⑵ Mail 电子邮件服务器 ⑶ DNS 域名服务器 ⑷ CA 认证服务器 ⑸ Proxy 代理服务器 ⑹ DB 数据库服务器 ⑺ FTP 文件传输服务器 ⑻ 其它专用服务器(如公告牌服务器等)

6.1.3 Internet的管理组织 Internet是一个开放性的网络系统， 有Internet服务供应商、Internet协会和Internet上各个域的组织分别负责Internet上不同层次的管理。 1 . Internet服务供应商ISP(Internet Server Provider)提供底层结构：经由Internet传递的信息要被路由器选择通过一个或多个主干网络，这些主干网络由大的Internet服务供应商所有。 2 . Internet协会ISOC(Internet Society)制定Internet标准。ISOC是由参加Internet 的团体和个人志愿组成的全球性非盈利组织。 3 . 除了Internet的标准和一般运作事务之外，Internet的其他事务由连接到Internet的各个网络的网络信息中心NIC来管理。

6.2 网际协议(IP) Internet Protocol 1. 互联网络中的地址构成 在Internet中，所有计算机均称为主机。TCP/IP为每台主机分配一个全网唯一的标识地址，称为IP地址。 每个连接在网络的计算机的IP地址标识网络上系统的位置。 每个IP地址内部分成网络标识号(ID)和主机标识号两部分，网络标识号用于区分不同网络，主机标识号用于区分同一网络中的不同主机。

网络ID和主机ID 网络标识号，标识大规模TCP/IP网际网络(由网络组成的网络)内的单个网段。同一网络的所有系统在其完整的IP地址内都有一个公用的网络标识号。这个标识号也用于唯一地识别大规模的网际网络内部的每个网络。 主机标识号，也叫做主机地址，识别每个网络内部的TCP/IP节点(工作站、服务器、路由器或其他TCP/IP设备)。每个设备的主机标识号唯一地识别所在网络内的单个系统。

网络ID和主机ID IP地址(131.107.16.200)中网络ID和主机ID示例 下面是一个32位IP地址的例子： 10000011 01101011 00010000 11001000 网络ID32位IP地址(131.107.16.200)中网络ID和主机ID示例主机IDW, X, Y. Z 为简化IP寻址，IP地址用带句点的十进制符号表示。32位IP地址分成四个八位字节。八位字节数转换成十进制数(基数是10的编号系统)，并用英文句号分隔。因此，前面的IP地址例子转换成带句点的十进制数就是131.107.16.200。 IP地址(131.107.16.200)中网络ID和主机ID示例

网络ID和主机ID 图6-2显示IP地址(131.107.16.200)分成网络标识号和主机标识号的示例。网络标识号部分(131.107)用IP地址的前两个数表示。主机ID部分(16.200)用IP地址的后两个数表示。 因为IP地址标识网络上的设备，所以网络上的每个设备都必须赋予唯一的IP地址。通常，多数计算机只安装一个网卡，因此只需要一个IP地址。如果计算机安装了多个网卡，则每个适配器都需要自己的IP地址。

IP地址类 A W x.y.z 126 16777214 B w.x y.z 16384 65534 C w.x.y Z 2097152 类别 w的值 网络ID 主机ID 网络数量 每个网络的主机数量 A 1-126 W x.y.z 126 16777214 B 128-191 w.x y.z 16384 65534 C 192-223 w.x.y Z 2097152 254 D 224-239 为多点寻址保留 N/A E 240-254 为实验性应用保留 表6-2 IP地址类

IP地址类 互联网上定义了五种类型的地址。如表6-2所示。它定义了每类地址的网络ID和主机ID使用哪些位。还定义了每个网络能支持多少网络和主机。表中用w.x.y.z指定任意给定IP地址中的四个八位二进制数。通过这个表我们能够了解： 任意给定IP地址的第一个八位二进制数(w)如何有效地表示地址类。 地址中的八位二进制数如何分成网络ID和主机ID。 每个网络可用于每个类的可能网络和主机数量。

IP地址类 A类、B类和C类地址用于指派TCP/IP节点。用IP地址唯一地标识出主机所在的网络和网络中位置的编号。 B类地址的特点是以l0开头，第一、二字节表示网络号，第二、三字节表示网络中的主机号，最多可以表示16384个网络号，每一网络中最多可以有66534个主机号。 C类地址的特点是以110开头，第一、二、三字节表示网络号，第四字节表示网络中的主机号，网络数量比较多，可以有2097152个网络号，每一网络中最多可以有254个主机号。

2. 子网掩码 用子网掩码判断IP地址的网络ID与主机ID的方法是用IP地址与相应的子网掩码进行与运算，可以区分出网络ID部分和主机ID部分。 子网掩码的另一功能是用来划分子网。在实际应用中，经常遇到网络ID不够的问题，需要把某类网络划分出多个子网，采用的方法就是将主机ID标识部分的一些二进制位划分出来用以标识子网。 IP地址的子网掩码设置不是任意的。如果将子网掩码设置过大，也就是说子网范围扩大，那么，根据子网寻径规则，很可能发往和本地机不在同一子网内的目的机的数据，会因为错误的判断而认为目的机是在同一子网内，那么，数据包将在本子网内循环，直到超时并抛弃，使数据不能正确到达目的机，导致网络传输错误；如果将子网掩码设置得过小，那么就会将本来属于同一子网内的机器之间的通信当做是跨子网传输，数据包都交给缺省网关处理，这样势必增加缺省网关的负担，造成网络效率下降。因此，子网掩码应该根据网络的规模进行设置。

3. IP地址应用举例 ⑴ 根据IP地址判断其网络类别、网络地址和主机地址。 ① 把4组十进制数转变为4字节32位的二进制数。 ② 确定网络类别。 ③ 确定网络地址。 ④ 确定主机地址。 ⑵ 根据IP地址判断其网络类别、网络地址和主机地址。 ⑶ 根据网络IP地址和子网掩码，确定该主机所在网络的类别、网络号、子网号及它的主机号码。 ⑷ 规划IP地址。 ⑸子网的划分

子网（Subnet）划分 因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的问题是： 解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号 路由表规模的急速增长 解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号 这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。 前提：网络规模较小——IP地址空间没有全部利用。 例如：三个LAN，主机数为20，25，48，均少于C类地址允许的主机数。为这三个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费。

子网位与子网规模 子网络位 子网数量 有效子网数量 1 21=2 2-2=0 2 22=4 4-2=2 3 23=8 8-2=6 4 24=16 16-2=14 5 25=32 32-2=30 6 26=64 64-2=62 7 27=128 128-2=126 8 28=256 256-2=254 9 29=512 512-2=510 … ….

子网划分的步骤 将要划分的子网数目转换为2的M次方，如果划分8个子网8＝2M则M＝3； 将上一步确定的幂M占用主机地址高序位M位后转换为十进制，如M为3，则是11100000，转换为十进制为224，即为最终确定的子网掩码。如果是C类网，则子网掩码为255.255.255.224。 在这里，子网个数与占用主机地址位数有如下等式成立： N = 2M。其中，M表示占用主机地址的位数；N表示划分的子网个数。

子网划分举例 例如：C类网络192.10.1.0，主机号部分的前三位用于标识子网号，即： 11000000 00001010 00000001 xxxyyyyy 网络号+子网号 新的主机号部分 子网号为全“0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6个子网，子网地址分别为： 11000000 00001010 00000001 00100000 -- 192.10.1.32 11000000 00001010 00000001 01000000 -- 192.10.1.64 11000000 00001010 00000001 01100000 -- 192.10.1.96 11000000 00001010 00000001 10000000 -- 192.10.1.128 11000000 00001010 00000001 10100000 -- 192.10.1.160 11000000 00001010 00000001 11000000 -- 192.10.1.192

子网地址计算 子网掩码∧ IP地址，结果就是该 IP地址的网络号。 11001010 01110101 00000001 110 01111 ∧ 11111111 11111111 11111111 111 00000 11001010 01110101 00000001 110 00000 ∴子网地址为：202.117.1.192 主机号为：15 主机之间要能够通信，它们必须在同一子网内，否则需要使用路由器（或网关）实现互联。

4. IP路由 在IP层的上面，源主机上的传输服务向IP层应用TCP段或UDP消息的形式传送源数据。 IP是TCP/IP协议的“邮局”，负责对IP数据进行分检和传递。每个传入或传出数据包叫做一个IP数据报。IP数据报包含两个IP地址：发送主机的源地址和接收主机的目标地址。 ⑴ IP路由器 ① IP路由器是多宿主主机。 ② IP路由器可以对其他TCP/IP主机转发数据报。 ⑵ 路由表 发送数据报的主机根据本地维护的IP路由表执行以下三种操作之一： ① 将数据报向上传到本地主机IP之上的协议层。 ② 经过其中一个连接的网络接口转发数据报。 ③ 丢弃数据报。

6.2.2 IP数据报 数据帧的IP部分被称为一个IP数据报，IP数据报如同数据的封面，包含了路由器在子网中传输数据所必需的信息。 IP数据报是一捆一捆的数据，它是TCP/IP协议的基础数据形式。每个IP数据报主要由两大部分组成：IP报头部分和IP负载部分，如图所示。其总长度不能超过65535字节。 脑 IP有效负载 IP报头 IP数据报

6.2.2 IP数据报 下面描述IP数据报头的各部分，并描绘在图6-4中。

6.2.2 IP数据报 IP数据报头携带数据传输的各种信息，它包括的主要信息有： 版本：记录该数据报符合协议哪—版本号。 头标长(IHL)：用32位编组形式标识IP报头的长度。 服务类型(ToS)：记录主机要求通信子网所提供的服务类型，如优先权或可靠性和数据的速度指标，通知IP如何处理输入的数据报。 数据报长度：指头标长和数据区的总长度。 标识符：标识数据报。 标志：指出数据报是否可分段，即无分段(DF)或多个分段(MF)。 片偏移：指出该分段在数据报中的位置。 生存时间(TTL)：是限定数据报生存期的计数器。 传输协议：标识将接收数据报的传输层协议类型。指出数据报组装完成后，用什么传送协议来处理该数据，是TCP还是UDP协议。

6.2.2 IP数据报 表头校验和：用于校验头标，判断IP报头是否已被破坏。 源地址：标识源节点的完整IP地址。 选择项：可以包含可选的路由和实时信息，也可包含安全保密和错误报告等信息。 填充位：包含填充信息以确保报头是32位的倍数，该域的大小可变。 数据：包括了由源节点发送的原始数据。

6.2.2 IP数据报 IP协议是无连接的、不可靠的数据报协议，主要负责在主机之间寻址和选择数据报的路由。无连接意味着交换数据之前不能建立会话；不可靠意味着传递没有担保；也就是说，IP数据报的传输不保证数据一定到达目的地。 IP总是尽力传递数据报。 IP数据报可能丢失、不按顺序传递、重复或延迟。IP不尝试从这些错误类型中恢复。

小结 Internet主要提供哪些服务？ 每个IP地址由哪几部分组成？ 子网掩码有什么作用？ 为什么要划分子网？ 机器如何获知源或目标机器所在的网络号？ 如何从给定的IP地址中分离出网络号和主机号？

课堂练习项目 一、某网络主机的IP地址是160.78.43.95。请问，在下列三种子网掩码情况下，其网络号、子网号和主机号（节点号）分别是多少？ Mask=Default（默认值） Mask=255.255.255.0 Mask=255.255.248.0 二、现要设计一个网络ID为145.66.0.0的TCP/IP网络，该网络将包含13个子网。如果要求每一个子网可以扩充到3500台主机，请问，应该怎样设计子网掩码？ 三、现要组建一个C类的TCP/IP网络，它有6个子网，并希望每一个子网上有尽可能多的主机。请问，应该怎样使用子网掩码来优化网络配置？

项目一解答 默认mask为：255.255.0.0 网络号为：160.78 主机号：43.95 网络号为：160.78 主机号：43.95 10100000.01010000 00101011.01011111 Mask=255.255.255.0 网络号为：160.78 子网号：43 主机号： 95 10100000.01010000 00101011 01011111 Mask=255.255.248.0 网络号为：160.78 子网号为：40 主机号： 3.95 10100000.01010000 00101 011. 01011111

项目二解答 首先判断145<192，是一个B类地址。 B类地址的默认掩码是255.255.0.0。 11111111.11111111.11110000.00000000 用点分十进制表示就是：255.255.240.0 这时还有12位用于表示主机号：212=4096>3500 （又由于211=2048<3500，所以至少要12位用于表示主机号，也就是说这是唯一的划分。） 满足题目要求，于是子网掩码应设计为255.255.240.0。

项目三解答 首先C类的TCP/IP网络号为：*.*.*.0 它的主机号只有8位。C类地址的默认掩码为255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.11100000 用点分十进制表示就是：255.255.255.224 这时还有5位用于表示主机号：25=32

homework P188 1.⑶⑽⑿ 预习6.3传输控制协议TCP/用户数据报协议UDP ，同时思考TCP连接的建立有几次握手？