第五章、因特网基础
5-1 因特网为我们提供了什么
5-1-1 丰富的的信息资源
5-1-2 快捷的通信服务
5-1-3 方便的电子商务
5-2 因特网的构成
5-2-1什么是因特网
从网络设计者角度考虑，因特网是计算机互联网络的一个实例，是由分布在世界各地的,数以
万计的,各种规模的计算机网络,借助于网络互连设备-------路由器,相互连接而形成全球性的互联网络。
目前，美国高级网络和服务公司（ANS）所建设的ANSNET为因特网的主干网。
从因特网使用者角度考虑，因特网是一个信息资源网。因特网的使用者不必关心因特网的内部结构，他们所面对的只是接入因特网的大量主机以及它们所提供的信息资源和服务。
5-2-2 因特网的主要组成部分
1、通信线路
因特网中的通信线路主要有两类：有线线路（光缆、电缆等），无线线路（卫星、无线电等）。
对于通信线路的传输能力通常使用“数据传输速率”来描述，或者使用“带宽”来描述。
2、路由器
路由器是因特网中最为重要的设备，它是网络与网络之间连接的桥梁。主要负责路由选择，阻塞控制等。数据从源主机出发通常需要经过多个路由器才能到达目的主机。
3、服务器与客户机
计算机是因特网中不可缺少的成员,它是信息资源和服务的载体。所有连在因特网上的计算机皆称主机。
接入因特网的主机按其中网中扮演的角不同，分为服务器和客户机两类。服务器是因特网服务与信息资源的提供者，客户机是因特网服务和信息资源的使用者。
4、信息资源
WWW服务的推出为因特网的信息资源提供了一种较好的组织形式，方便了信息的浏览。众多搜索引擎的出现使信息的查询和检索更加快捷、便利。
5-3  IP 协议
协议是人们为了使计算机之间能够进行通信而人为规定的一些规则和约定。接入因特网中的
计算机必须遵从TCP/IP协议。该协议是一个协议集，其中TCP和IP协议是最重要的，确保数据完整传输的两个协议。
因特网是一个互联网，它将提供不同服务的、使用不同技术的，具有不同功能的物理网络互联起来而形成。IP协议运行于互连层，可以屏蔽各个物理网络的细节和差异。
5-3-1 IP协议与IP层服务
IP协议是因特网中的通信规则，连入因特网中的每台计算机与路由器都必须遵守该规则。
IP协议主要负责为计算机之间传输的数据报寻址，并管理这些数据报的分片过程。该协议对投递的数据报有规范、精确的定义。与此同时，IP协议还负责数据报的路由。
该协议具有以下三个特性：
(1)不可靠的数据投递服务。这意味着数据报投递不能受到保障。
(2)面向无连接的传输服务
(3)尽最大努力投递服务。IP并不随意地丢弃数据报，只有当系统资源用尽、接收数据错误或网络出现故障等状态下，才不得不丢弃报文。
5-3-2 IP地址
计算机每个连接都有一个由授权单位分配的号码，称为IP地址。一个IP地址按逻辑网络结构分为两部分：网络号和主机号，网络号用于识别一个逻辑网络，主机号用于识别网络中每一台主机。只要两台主机具有相同的网络号，不论它们位于何处，都属于同一个逻辑网络；相反，如果两台主机网络号不同，即使比邻放置，也属于不同的逻辑网络。
IP地址用二进制数来表示，每个IP地址长32位。从局域网到广域网，不同种类网络规模相差很大，有的网络主机多，而有的主机少，必须区别对待。因此Internet委员会定义了五类地址，即A、B、C、D、E类地址。
A类IP地址用7位表示网络，24位表示主机，因此它可以用于大型网络。B类IP地址用于中型规模的网络，它用14位表示网络，16位表示主机。而C类IP地址仅用8位表示主机，21位用于表示网络，在一个网络中理论上最多只能连接256台设备。因此适用于较小规模的网络。最后，D类IP地址用于多目的地址发送，而E类则保留为今后使用。
                表5-1 IP地址的类别与规模
类别
第一字节范围
网络地址长度
最大的主机数目
适用的网络规模
A
1-126
7位
16777214
大型网络
B
128-191
14位
65534
中型网络
C
192-223
21位
254
小型网络
IP地址由32位二进制数值组成（4个字节）为方便用户理解和记忆， IP地址采用了点分十进制标记法，即将4个字节的二进制数值转换成四个十进制数值，每个数值小于等于255，数值中间用“.”隔开。
11001010  01011101  01111000  00101100
202  .    93    .  120  .    44
202.93.120.44为一个C类IP地址，前三个字节（202.93.120）为网络号，而后一个字节（44）为主机号。
需要注意的是，因特网中每台主机至少有一个IP地址，且这个IP地址必须是全网唯一的。在因特网中允许一台主机有两个或多个IP地址，倘一台主机有两个或多个IP地址，则该主机可能会属于两个或多个逻辑网络。
5-3-3 几种特殊的IP地址形式
1、网络地址
网络地址包含一个有效的网络号和一个全“0”的主机号，用来表示一个具体的网络。例如，一个IP地址为202.93.120.44，则其网络地址为202.93.120.0，主机号为44。
2、广播地址
IP广播地址有两种形式：直接广播地址和有限广播地址。
直接广播地址包含一个有效的网络号和一个全1的主机号，作用是因特网上的主机向其他网络广播信息。如C类地址202.93.120.255就是一个直接广播地址。
32位全为1的IP地址（255.255.255.255）叫做有限广播地址，用于本网广播。
3、回送地址
A类网络地址127.0.0.0是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机器进程间通信。这个IP地址叫回送地址。无论是什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件不进行任何网络传输，立即将之返回。因此含有网络号127的数据报不可能出现在任何网络上。
4、本地地址
有些IP地址（如10.XXX.XXX.XXX、192.168.XXX.XXX等）是不分配给特定的因特网用户的，用户可以在本地的内部互联网中使用这些IP地址。
5-3-4 子网地址与子网屏蔽码
IP地址设计的不合理使得IP地址在使用时有很大的浪费，例如，某个单位申请到了一个B类地址，但是该单位只有1万台主机，于是在一个B类地址中的其余5万5千多个主机号都白白浪费了，因为其他单位的主机无法使用这些号码，所以在世界范围内的IP地址资源已经严重短缺。为了使IP地址的使用更加灵活，需要对IP地址中的主机号部分进行再次划分，将其划分成子网号和主机号两部分。这样做就可以在本单位的各子网之间用路由器来互联，因而便于管理。
再次划分的IP地址的网络号部分和主机号部分用子网屏蔽码（子网掩码）来区分。子网屏蔽码也是32位二进制数，分别对应IP地址的32位二进制数值。对于IP地址中的网络号部分在子网屏蔽码中用“1”表示，对于IP地址中的主机号部分在子网屏蔽码中用“0”表示。若一个单位不进行子网的划分，则其子网掩码是默认值。
其实各类IP地址的都有默认的子网屏蔽码，例如一个C类地址：
202. 93. 120. 44
IP地址：    11001010  01011101  01111000  00101100
子网屏蔽码：11111111  11111111  11111111  00000000
C类IP地址的默认子网屏蔽码为255.255.255.0
其它几类IP地址的默认子网屏蔽码是：
A类：255.0.0.0
B类：255.255.0.0
实例：
一台主机的IP为202.113.224.68，子网屏蔽码为255.255.255.240，
问经过子网划分后，其新的主机号是？
202.113.224.68 11001010  01110001 11100000 01000100
255.255.255.240 11111111  11111111 11111111 11110000
划分子网后，新的主机号为4（IP地址的最后4位）。
5-3-5 IP数据报
在因特网中被传输的每个分组称为数据报。需要进行传输的数据在IP层首先需要加上IP头信息，即可封装成IP数据报。
IP数据报包括报头区和数据区两部分。数据区包含高层需要传输的数据，报头区是为了正确
传输高层数据而增加的控制信息。
1) 版本与协议类型
表示该数据报使用的IP协议的版本号。目前的IP协议版本号为“4”
2) 长度
报头中有两个表示长度的域，一个为报头长度，一个为总长度。报头长度以32位双字为单位，指出该报头的长度。在没有选项和填充的情况下，该值为“5”。总长度以8位字节为单位，指示整个IP数据报的长度，其中包含头部长度和数据区长度。
3) 服务类型
服务类型域规定对本数据报的处理方式
4) 报文的分片和重组控制
由于利用IP进行互联的各个物理网络所能处理的最大报文长度有可能不同，所以IP报文在传其中两个主要的协议
输和投递的过程中有可能被分片。IP数据报使用标识、标志和片偏移三个域对分片进行控制，分片后的报文将在目的主机进行重组。
5) 生存周期
如果网络中的路由表发生错误，数据报有可能进入一条死循环路径，无休止地在网络中流动。利用IP报头中的生存周期域，可以控制这一情况的发生。在网络中，“生存周期”域随时间而递减，在该域为“0”的时候，报文将被删除，避免死循环的发生。
6) 头部校验和
用于保证IP头数据的完整性
7) 地址
在IP数据报头中，源IP地址和目的IP地址分别表示本IP数据报发送者和接收者地址。在整个数据报传输过程中，无论经过什么路由，无论如何分片，此两域均保持不变。
8) 数据报选项和填充
主要用于控制和测试两大目的。
5-3-6 路由器和路由选择
路由器可以连接两个或多个物理网络，负责将从一个网络收来的IP数据报，经过路由选择，转发到一个合适的网络中。
在因特网中，路由选择设备一般采用表驱动的路由选择算法。每台设备保存一张IP选路表（也称路由表）。
一个路由表通常包含许多（N，R）对序偶，其中N指的是目的网络的IP地址，R是到网络N路径上的下一个路由器的IP地址。因此，在路由器R中的路由表仅仅指定了从R到目的网络路径上的一步，而路由器并不知道目的地的完整路径。通常，为了减小路由设备中路由表的长度，提高路由算法的效率，路由表中的N常常使用目的网络的网络地址，而不是目的主机地址。
路由表可以包含一个非常特殊的路由——默认路由。如果路由表中没有包含到某一特定网络或特定主机的路由，在使用默认路由的情况下，路由选择例程可以将数据报发送到这个默认路由上。
路由表建立的两种基本方法：
（1） 静态路由表：手工建立，一旦形成，到达某一目的网络的路由便固定下来。
（2） 动态路由表：网络中的路由器相互自动发送路由信息而动态建立的。

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