[信息与通信]基础类计算机网络及IP技术基础原理.doc

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1、中国电信2009年度移动互联网业务维护技能竞赛培训教材基础篇系列教材之计算机网络及IP技术基础原理移动互联网业务维护技能竞赛办公室编制中国电信2009年度移动互联网业务维护技能竞赛目 录第一章 计算机网络基础1关于本章1计算机网络的定义2计算机网络的特点3计算机通信功能3第二章 计算机网络的拓扑结构4关于本章42.1 常见的网络拓扑结构5第三章 ISO/OSI网络体系结构8关于本章83.1 ISO/OSI网络体系的由来93.2 OSI七层模型93.3 各层介绍103.3.1 物理层113.3.2 数据链路层123.3.3 网络层133.3.4 传输层153.3.5 会话层、表示层和应用层17第

2、四章 TCP/IP协议族19关于本章194.1 TCP/IP协议结构204.2 TCP/IP协议栈214.2.1 网间互联协议IP214.2.2地址解析协议ARP/RARP224.2.3 传输控制协议TCP224.2.4用户数据报协议UDP234.2.5 应用层协议244.3 INTERNET的地址系统244.3.1 IP地址结构与表示254.3.2 子网掩码264.3.3 几种特殊的IP地址274.3.4 子网规划27第五章 IP路由原理33关于本章335.1 路由器的定义345.2 路由器的作用345.3 路由表及其构成355.5 路由的分类365.6 路由的优先级395.6.1 路由的优

3、先级395.6.2 浮动静态路由与路由备份405.6.3 最长匹配原则415.7OSPF协议425.7.1 概述和基本特征425.7.2 OSPF相关术语435.8IS-IS协议455.8.1 概述455.8.2 协议相关术语465.8.3 OSI 网络层地址编码格式475.8.4 网络标识实体：NET475.8.5 分层485.8.6 区域505.8.7 IS-IS协议适用的网络类型505.8.8 IS-IS协议的报文类型505.9BGP协议515.10MP-BGP协议52第六章 网络安全概述53关于本章536.1 网络安全的定义546.2 计算机病毒防治技术的发展趋势546.3 入侵检测技

4、术的发展556.4网络安全的特点56第七章 常见网络攻击和防范59关于本章597.1常见的网络攻击方式607.2缓冲区溢出攻击607.3网络扫描探测攻击607.4数据包嗅探攻击617.5拒绝服务攻击617.5.1概述617.5.2常见拒绝服务攻击手段627.5.3拒绝服务攻击的防御667.6网络蠕虫677.7垃圾邮件70第八章 MPLS协议原理71关于本章718.1MPLS概述728.1.1传统IP转发728.1.2 MPLS 标签交换过程728.1.3 MPLS基本网络拓扑结构738.1.4 MPLS基本概念738.1.5倒数第二跳弹出748.2标签及标签栈758.2.1 MPLS 标签结构

5、758.2.2 MPLS 标签栈758.2.3 MPLS TTL 处理768.2.4 MPLS 标签空间76第九章MPLS/VPN基础78关于本章789.1VPN 概述799.1.1 VPN概念及优势799.1.2 VPN的分类799.1.3 MPLS 在VPN中应用809.2 MPLS/VPN模型809.2.1 MPLS VPN网络结构819.2.2 VPN路由转发实例819.2.3 VRF路由的发布82第十章QoS基础83关于本章8310.1QoS概念和用途84移动互联网业务维护技能竞赛办公室编制 第iii页中国电信2009年度移动互联网业务维护技能竞赛第一章 计算机网络基础关于本章本章描

6、述内容如下表所示。标题内容0计算机网络的定义介绍计算机网络的概念。Error! Reference source not found.计算机网络的特点介绍计算机网络的主要特点。Error! Reference source not found.计算机通信功能介绍计算机网通信络的功能。1.1 计算机网络的定义在计算机网络出现的前期，计算机都是独立的设备，每台计算机独立工作，互不联系。计算机与通信技术的结合，对计算机系统的组织方式产生了深远的影响，使计算机之间的相互访问成为可能。不同种类的计算机通过同种类型的通信协议（protocol）相互通信，产生了计算机网络（computer network）

7、。计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机以及专门的外部设备利用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。（注：我们给出一个如此广泛的定义是因为IT业迅速发展，各种网络互连终端设备层出不穷，像计算机、打印机、WAP（Wireless Application Protocol）手机、PDA（Personnal Digital Assistate）、网络电话等等各种支持网络互连的设备。Host主机网络低速连接HostWAN简单连接1960s 1970s基于网络的连接1970s 1980s网络互联1980s 图11 计算机网络发展情况计算

8、机网络起始于六十年代，当时网络的概念主要是基于主机（host）架构的低速串行（serial）联接，提供应用程序执行、远程打印和数据服务功能。IBM 的 SNA（System Network Architecture，系统网络架构）架构与非 IBM 公司的 X.25 公用数据网络是这种网络的典型例子。 这时候，由美国国防部资助，建立了一个名为ARPANET（即为阿帕网）的基于分组交换（packet switching）的网络，这个阿帕网就是今天的Internet最早的雏形。七十年代，出现了以个人电脑为主的商业计算模式。最初，个人电脑是独立的设备，由于认识到商业计算的复杂性，要求大量终端设备的协同

9、操作，局域网（LAN，Local Area Network）产生了。局域网的出现，大大降低了商业用户打印机和磁盘昂贵的费用。八十年代至九十年代，远程计算的需求不断地增加，迫使计算机界开发出多种广域网络协议（包括TCP/IP协议、IPX/SPX协议），满足不同计算方式下远程联接的需求，互联网快速发展起来，TCP/IP协议得到了广泛应用，成为互联网的事实协议。如图11所示。1.2 计算机网络的特点计算机网络的主要特点是：用通信信道把拥有信息、硬件资源的计算机相互连接起来，共享网上的各种资源。1.3 计算机通信功能随着社会及科学技术的发展，对计算机网络的发展提出了更高的要求，同时也为其发展提供了更加

10、有利的条件。计算机网络与通信网的结合，可以使众多的个人计算机不仅能够同时处理文字、数据、图像、声音等信息，而且还可以使这些信息四通八达，及时地与全国乃至全世界的信息进行交换。一般来说，计算机网络可以提供以下一些主要功能：(1)资源共享(2)信息传输与集中处理 (3)均衡负荷与分布处理 (4)综合信息服务 通过计算机网络可以向全社会提供各种经济信息、科研情报和咨询服务。其中国际互联网Internet上的环球信息网(WWW，World Wide Web)服务就是一个最典型也是最成功的例子。还例如，综合业务数字网络(ISDN)就是将电话、传真机、电视机和复印机等办公设备纳入计算机网络中，提供了数字、

11、语音、图形图像等多种信息的传输。 计算机网络目前正处于迅速发展的阶段，网络技术的不断更新，进一步扩大了计算机网络的应用范围。除了前面提到的资源共享和信息传输等基本功能外，计算机网络还具有以下几个主要方面的应用。 (1)远程登录远程登录是指允许一个地点的用户与另一个地点的计算机上运行的应用程序进行交互对话。(2)传送电子邮件 计算机网络可以作为通信媒介，用户可以在自己的计算机上把电子邮件(Email)发送到世界各地，这些邮件中可以包括文字、声音、图形图像等信息。 (3)电子数据交换 电子数据交换(EDI)是计算机网络在商业中的一种重要的应用形式。它以共同认可的数据格式，在贸易伙伴的计算机之间传输

12、数据，代替了传统的贸易单据，从而节省了大量的人力和财力，提高了效率。 (4)联机会议 利用计算机网络，人们可以通过个人计算机参加会议讨论。联机会议除了可以使用文字外，还可以传送声音和图像。 总之，计算机网络的应用范围非常广泛，它已经渗透到国民经济以及人们日常生活的各个方面。 第二章 计算机网络的拓扑结构关于本章本章描述内容如下表所示。标题内容Error! Reference source not found.常见的网络拓扑结构介绍计算机网络的拓扑结构。计算机网络的通信线路在其布线上有不同的结构形式。一般用拓扑方法来研究计算机网络的布线结构。拓扑（topology）是拓扑学中研究由点、线组成几何

13、图形的一种方法，用此方法可以把计算机网络看作是由一组结点和链路组成，这些结点和链路所组成的几何图形就是网络的拓扑结构。虽然用拓扑方法可以使复杂的问题简单化，但网络拓扑结构设计仍是十分复杂的问题。2.1 常见的网络拓扑结构1. 总线型结构（BUS）总线型拓扑结构网络采用一般分布式控制方式，各结点都挂在一条共享的总线上，采用广播方式进行通信（网上所有结点都可以接收同一信息），无需路由选择功能，如图2-1所示。总线型拓扑结构主要用于局域网络，它的特点是安装简单，所需通信器材、线缆的成本低，扩展方便（不能动态即在网络工作时增减站点）；由于采用竞争方式传送信息，故在重负荷下效率明显降低；另外总线的某一接

14、头接触不良时，会影响到网络的通信，使整个网络瘫痪。小型局域网或中大型局域网的主干网常采用总线型拓扑结构。但现在用总线型构建局域网日渐减少。图2-1 总线型拓扑结构图2-2 星型拓扑结构2.星型结构（Star）星型拓扑结构的网络采用集中控制方式，每个结点都有一条惟一的链路和中心结点相连接，结点之间的通信都要经过中心结点并由其进行控制，如图2-2所示。星型拓扑的特点是结构形式和控制方法比较简单，便于管理和服务；线路总长度较长，中心节点需要网络设备（集线器或交换机），成本较高；每个连接只接一个节点，所以连接点发生故障，只影响一个节点，不会影响整个网络；但对中心节点的要求较高，当中心结点出现故障时会造

15、成全网瘫痪。所以中心节点的可靠性和冗余度（可扩展端口）要求很高。 星型结构是小型局域网常采用的一种拓扑结构。3.环型结构（Ring）环型拓扑为一封闭的环状，如图2-3所示。这种拓扑网络结构采用非集中控制方式，各结点之间无主从关系。环中的信息单方向地绕环传送，途经环中的所有结点并回到始发结点。仅当信息中所含的接收方地址与途经结点的地址相同时，该信息才被接收，否则不予理睬。环型拓扑的网络上任一结点发出的信息，其他结点都可以收到，因此它采用的传输信道也叫广播式信道。 环型拓扑网络的优点在于结构比较简单、安装方便，传输率较高。但单环结构的可靠性较差，当某一结点出现故障时，会引起通信中断。 环型结构是组

16、建大型、高速局域网的主干网常采用的拓扑结构，如光纤主干环网。图2-3 环型拓扑结构4.树型结构（Tree）树型结构实际上是星型结构的发展和扩充，是一种倒树型的分级结构，具有根结点和各分支结点，如图2-4所示。现在一些局域网络利用集线器（HUB）或交换机（Switch）将网络配置成级连的树型拓扑结构。树型网络的特点是结构比较灵活，易于进行网络的扩展。与星型拓扑相似，当根结点出现故障时，会影响到全局。 树型结构是中大型局域网常采用的一种拓扑结构。图2-4 树型拓扑结构5.网型结构（Mesh）网型拓扑实际上是不规则形式，它主要用于广域网，如图2-5所示。网型拓扑中两任意结点之间的通信线路不是惟一的，

17、若某条通路出现故障或拥挤阻塞时，可绕道其他通路传输信息，因此它的可靠性较高，但它的成本也较高。 此种结构常用于广域网的主干网中。如我国的教育科研网(CERNET)、公用计算机互联网（CHINANET）、电子部金桥网（CHINAGBN）等。 图2-5 网型拓扑结构图 2-6 全互联型拓扑结构另外一种网形拓扑是全互联型的，如图2-6所示。这种拓扑的特点是每一个结点都有一条链路与其他结点相连，所以它的可靠性非常高，但成本太高，除了特殊场合，一般较少使用 。第三章 ISO/OSI网络体系结构关于本章本章描述内容如下表所示。标题内容0ISO/OSI网络体系的由来介绍ISO/OSI网络体系的产生。Erro

18、r! Reference source not found.OSI七层模型介绍OSI七层模型和OSI模型的优点。Error! Reference source not found.各层介绍分层介绍OSI参考模型，讲述各层的功能、特点及所提供的服务。3.1 ISO/OSI网络体系的由来自从20世纪60年代计算机网络问世以来，得到了飞速增长。国际上各大厂商为了在数据通信网络领域占据主导地位，顺应信息化潮流，纷纷推出了各自的网络架构体系和标准，例如IBM公司的SNA，Novell IPX/SPX协议，Apple公司的AppleTalk协议，DEC公司的DECnet，以及广泛流行的TCP/IP协议。同

19、时，各大厂商针对自己的协议生产出了不同的硬件和软件。各个厂商的共同努力无疑促进了网络技术的快速发展和网络设备种类的迅速增长。但由于多种协议的并存，同时也使网络变得越来越复杂；而且，厂商之间的网络设备大部分不能兼容，很难进行通信。为了解决网络之间的兼容性问题，帮助各个厂商生产出可兼容的网络设备，国际标准化组织ISO于1984年提出了OSI RM（Open System Interconnection Reference Model，开放系统互连参考模型）。OSI 参考模型很快成为计算机网络通信的基础模型。在设计OSI 参考模型时，遵循了以下原则：1. 各个层之间有清晰的边界，便于理解；2. 每个

20、层实现特定的功能；3. 层次的划分有利于国际标准协议的制定；4. 层的数目应该足够多，以避免各个层功能重复。 3.2 OSI七层模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567底层:负责网络数据传输高层:负责主机之间的数据传输图3-1 OSI参考模型OSI参考模型依层次结构来划分：第一层，物理层（Physical layer）；第二层，数据链路层（data link layer）；第三层，网络层（network layer）；第四层，传输层（transport layer） ；第五层，会话层（session layer）；第六层，表示层（presentation layer）；

21、第七层，应用层（application layer）。通常，我们把OSI参考模型第一层到第三层称为底层（lower layer），又叫介质层(Media Layer)。这些层负责数据在网络中的传送，网络互连设备往往位于下三层。底层通常以硬件和软件相结合的方式来实现。OSI参考模型的第五层到第七层称为高层（upper layer），又叫主机层（host layer）。高层用于保障数据的正确传输，通常以软件方式来实现。如图3-1所示。七层OSI参考模型具有以下优点：1. 简化了相关的网络操作；2. 提供即插即用的兼容性和不同厂商之间的标准接口；3. 使各个厂商能够设计出互操作的网络设备，加快数据通

22、信网络发展；4. 防止一个区域网络的变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速升级；5. 把复杂的网络问题分解为小的简单问题，易于学习和操作。需要注意的是，由于种种原因，现在还没有一个完全遵循OSI七层模型的网络体系，但OSI参考模型的设计蓝图为我们更好的理解网络体系，学习计算机通信网络奠定了基础。 3.3 各层介绍应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层123 456处理数据格式、数据加密等建立、维护和管理会话建立主机端到端连接寻址和路由选择提供介质访问、链路管理等比特流传输7提供应用程序间通信图3-2 OSI参考模型各层功能如图3-2所示，物理层涉及到在通信信道（c

23、hannel）上传输的原始比特流，它实现传输数据所需要的机械、电气、功能特性及过程等手段。物理层涉及电压、电缆线、数据传输速率、接口等的定义。物理层的主要网络设备为中继器、集线器等。数据链路层的主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路，并且进行流量调控（可选）。流量调控可以在数据链路层实现，也可以由传输层实现。数据链路层与物理地址、网络拓扑、线缆规划、错误校验、流量控制等有关。数据链路层主要设备为以太网交换机。网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。网络层通过路由选择协议来计算路由。存在于网络层

24、的设备主要有路由器、三层交换机等。 后面您将学习到更多关于网络层的知识。传输层的基本功能是从会话层接受数据，并且在必要的时候把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。传输层建立、维护虚电路，进行差错校验和流量控制。会话层允许不同机器上的用户建立、管理和终止应用程序间的会话关系，在协调不同应用程序之间的通信时要涉及会话层，该层使每个应用程序知道其它应用程序的状态。同时，会话层也提供双工（duplex）协商、会话同步等等。表示层关注于所传输的信息的语法和意义，它把来自应用层与计算机有关的数据格式处理成与计算机无关的格式，以保障对端设备能够准确无误地理解发送端数据。同时，表

25、示层也负责数据加密等。应用层是OSI参考模型最靠近用户的一层，为应用程序提供网络服务。应用层识别并验证目的通信方的可用性，使协同工作的应用程序之间同步。3.3.1 物理层物理层的功能是在终端设备间传输比特流，是OSI参考模型的基础。为了达到数据传输的目的，物理层定义了电压、接口、电缆标准、传输距离等。目前，大家常用的数据信号传输介质主要有同轴电缆（coaxical cable）、双绞线（twisted pair）、光纤（fibre）、无线电波（wireless radio）等。本部分重点介绍双绞线和光纤。双绞线是一种最为常用的电缆线，由一对直径约1mm的绝缘铜线缠绕而成，这样可以有效抗干扰。双

26、绞线分为两类：屏蔽双绞线（shielded twisted pair，STP）和未屏蔽双绞线（unshielded twisted pair，UTP）。屏蔽双绞线（STP）具有很强的抗电磁干扰和无线电干扰能力。STP易于安装，很好地隔离外部各种干扰。但是，STP价格相对昂贵。未屏蔽双绞线（UTP）同样易于安装，价格便宜，但是抗干扰能力相对STP较弱，相应地，传输距离较短。光纤是另外一种网络连接介质，不受电磁信号的干扰。光纤由玻璃纤维和屏蔽层组成，传输速率很高，传输距离很长。但是光纤比其他网络连接电缆更贵。光纤连接器是光的连接接口，非常光滑，不能有划痕，安装比较困难。在线缆选择上，您应该综合考虑

27、传输距离、价格、带宽需求、网络设备支持的线缆标准等选择恰当的线缆。Xerox公司制定的以太网和IEEE 802.3 标准定义了以太网物理层常用的线缆标准。其中常用的接口线缆标准有：10Base-T、100Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX。局域网物理层常见的网络设备有：中继器、集线器等。广域网物理层协议描述了数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment）和数据电路终端设备（DCE，Data Circuit Equipment）之间的接口。DTE指位于用户网络接口用户端设备；DCE提供到网络的物理连接口，提供了用于

28、同步DTE和DCE设备之间数据传输的时钟信号。总之，DTE设备接近用户侧，DCE设备接近网络侧。常用于DTE设备的有：终端主机、路由器；常用于DCE设备的有：广域网交换机、Modem、CSU/DSU（Channel Service Unit/Data Service Unit）。广域网物理层规定了以下常用接口：EIA/TIA-232，又称RS-232，是一个公共物理层标准，用来支持信号速率高达64kbps的非平衡电路。V.24标准：由ITU-T定义的DTE和DCE设备间的接口。 电缆可以工作在同步和异步两种方式下。异步工作方式下，封装链路层协议 PPP ，支持网络层协议 IP 和 IPX ，最

29、高传输速率是115200bps。同步方式下，可以封装 X.25、帧中继、PPP、HDLC、SLIP 和 LAPB 等链路层协议，支持 IP 和 IPX ，而最高传输速率为 64000bps 。V.35标准：为描述网络接入设备和分组网间通信的同步物理层协议而制定的标准。 V.35普遍用在美国和欧洲。 V.35 电缆传输（同步方式下）的公认最高速率是2048000bps（2Mbps）。 3.3.2 数据链路层OSI参考模型的每一层为上一层提供服务。数据链路层的主要功能就是保证将源端主机网络层的数据包准确无误地传送到目的主机的网络层。数据链路层的帧使用物理层提供的比特流传输服务来到达目的主机数据链路

30、层。为了保证数据传输的准确无误，数据链路层还负责网络拓扑、差错校验、流量控制等。数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层（LLC，Logic Link Control sublayer），介质访问控制子层（MAC，Media Access Control sublayer）。逻辑链路控制子层提供了面向连接与面向无连接的网络服务环境的需要。该层用于管理通过单一链路连接的两个系统间的通讯，它允许多个高层网络协议共享一条链路。LLC子层位于网络层和MAC子层之间，是上层和下一层的管理层，负责流量控制、同步等。LLC子层通过SSAP（源服务访问点，Source Service Access Point

31、）和DSAP（Destination Service Access Point，目的服务访问点）负责底层协议与网络层协议的通信。MAC子层负责把物理层的“0”，“1”比特流组建成帧，并且通过帧尾部的CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）子段进行错误检测。总之，MAC子层定义了网络对共享介质的访问。像每一个人都有一个名字一样，每一台网络设备都用物理地址来标识自己，这个地址就是MAC地址。网络设备的MAC地址是全球唯一的。MAC地址由48个二进制位组成，通常我们用十六进制数字来表示。其中前6位十六进制数字由IEEE统一分配给设备制造商，后6位十六进制数由各个厂商自行

32、分配。例如，华为的网络产品的MAC地址前六位十六进制数是0x00e0fc。网络接口卡（NIC，Network Interface Card），又称网卡，有一个固定的MAC地址。大多数网卡厂商把MAC地址烧入ROM中。当网卡初始化时，ROM中的MAC物理地址读入RAM中。如果把新的网卡插入计算机中，计算机的物理地址就变成了新的网卡的物理地址。值得注意的是，如果您的计算机插了两个网卡，那么就有两个MAC地址。所以有些网络设备可能有多个MAC地址。IEEE的数据链路层标准是当今最为流行的LAN标准。这些标准统称为IEEE802标准。802.1描述了基本的局域网需要解决的问题，例如802.1d描述了生

33、成树协议。802.2 小组负责逻辑链路子层（LLC）标准的制定。802.3 小组负责基于CSMA/CD访问方式的局域网络标准的制定，基于这种访问方式的网络的一个典型是Xerox公司发布的以太网标准。802.4 小组负责令牌总线标准的制定。802.5 小组负责令牌环网络标准的制定，IBM的令牌环小组IEEE802.5小组建立的标准是基本相同的。目前，我国应用最为广泛的LAN标准是基于IEEE802.3的以太网标准。在数据链路层常见的局域网设备有以太网交换机等。广域网常见的数据链路层标准有：HDLC（High-level Data Link Control，高级数据链路控制）、PPP（Point-

34、to-Point Protocol，点到点协议）、ISDN（Intergated Service Data Network，综合业务数据网络）、X.25、帧中继（Frame Relay，FR）协议等。HDLC是ISO开发的一种面向位同步的数据链路层协议，它规定了使用帧字符和校验和的同步串行链路的数据封装方法。PPP由RFC（Request For Comment）1661描述。PPP协议由LCP（Link Control Protocol）、NCP（Network Control Protocol）以及PPP扩展协议簇组成。LCP规定了链路建立、维护以及拆除。PPP协议支持同步和异步连接，支持

35、多种网络层协议。PPP协议是华为路由器串口默认数据链路层封装协议。ISDN为一系列在现有电话线上传送语音和数据的数字业务。ISDN是一种通信协议，由电信运营商提供。帧中继是一种工业标准的、交换式的数据链路协议。相对于X.25来说，帧中继通过使用无差错校验机制，加快了数据转发速度，因此比X.25更有效。通常，X.25网络逐渐被帧中继替代。广域网常见的数据链路层设备有Modem（调制解调器）、CSU/DSU、ISDN终端适配器、广域网交换机等。3.3.3 网络层网络层位于OSI参考模型第三层，利用下两层提供的服务来实现传输层的通信，将数据包从源网络发送到目的网络。 我们常见的位于网络层的设备有路由

36、器和三层交换机。网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，转发数据包。其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。网络层设备通过运行路由协议（routing protocol）来计算到目的地的最佳路由，找到数据包应该转发的下一个网络设备，然后利用网络层协议封装数据包，利用下层提供的服务把数据发送到下一个网络设备。一般说来，网络层设备的每一个接口都有一个唯一的网络层地址，又称逻辑地址。在Internet中，网络设备的网络层地址必须是全球唯一的。首先让我们了解一下协议栈（protocol stack）的概念。IP 地址IPX 地址网络地址主机地址10.8.2.48网络地址主机地址1ace

37、b0b1.0000.0c00.6e25图3-3 网络地址协议栈指在OSI参考模型的所有层里，相互协作或作为一个组来通信的相关通信协议的集合。前面已经提到，许多厂商都提出了自己的协议栈，例如Novell的IPX/SPX协议、Apple公司的AppleTalk协议、以及著名的TCP/IP协议等。值得注意的是，这些协议栈并没有覆盖OSI参考模型的所有层。例如，TCP/IP协议栈没有明确的表示层和会话层，应用层协议同时承担上三层的工作。因为存在这么多协议栈，相应地网络层协议也有很多种。目前最为常见的网络层协议主要有TCP/IP协议栈的IP协议、Novell IPX/SPX协议栈的IPX协议。其中IP协

38、议的应用最为广泛，是目前的网络层协议的事实上的标准。IPX主要应用于Novell公司的Netware操作系统上。网络层地址存在于OSI参考模型的第三层。不像链路层地址那样固定的是，网络层地址比较具有层次化。网络层地址由网络部分和主机部分组成，不同的网络层协议具有不同的地址格式。IP地址由四个字节组成，通常用点分十进制数字表示；IPX地址由十个字节组成，其中前四个字节代表网络地址，后六个字节代表主机地址，通常用十六进制数字表示。下面我们比较一下可路由协议（routed protocol）和路由协议（routing protocol）的概念。可路由协议是定义数据包内各个字段的格式和用途的网络层封装

39、协议，该网络层协议允许将数据包从一个网络设备转发到另外一个网络设备。常见的可路由协议有TCP/IP协议栈中的IP协议、Novell IPX/SPX协议栈的IPX协议。路由协议通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其他路由器的路径。总之，路由协议创建了路由表，描述了网络拓扑结构；可路由协议与路由协议协同工作，执行路由选择和数据包转发功能。在每一个协议栈中都制定了一些路由协议创建路由表。例如，OSI参考模型的IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）协议；TCP/IP协议栈的RIP（R

40、outing Information Protocol，路由信息协议）协议、OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先）协议；IPX/SPX协议栈的IPX RIP协议等。OSI参考模型以及其他协议栈提供的服务可以分为两种方式，即面向连接的服务和无连接的服务。n 面向连接的服务（Connect-oriented Service）：面向连接的服务含义指在使用该服务之前用户首先要建立连接，而在使用完服务之后，用户应该释放连接，当被叫用户拒绝连接时，连接宣告失败。在建立连接阶段，在有关的服务原语以及协议数据单元中，必须给出源主机和目的主机的地址，建立虚链路连接；在数

41、据传输阶段，可以使用一个连接标示符来表示上述这种连接关系。 通常面向连接的服务是可靠的报文序列服务，从来不丢失数据（可靠的服务是由接收方确认收到的每一份报文，使发送方确信它发送的报文已经到达目的地这一方法来实现的，确认过程增加了额外的开销和延迟。通常这也是值得的，但有时也不尽然）。在建立连接之后，每个用户可以发送可变长度（在某一限度之内）的报文，这些报文按顺序发送给远端的用户，用户对这些报文的接收也是有顺序的。面向连接的服务比较适用于在一定期间内向同一个目的地发送很多报文的情况，对于发送很短的零星报文，面向连接的服务显得开销过大。n 无连接的服务（Connectionless Service）

42、：在无连接服务（Connectionless Service）的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留，这些资源是在数据传输时动态的进行分配的。无连接服务是以邮政系统为模型的，每个报文（信件）带有完整的目的地址，并且每一个报文都独立于其他报文，经由系统选定的路线传递。在正常情况下，当两个报文发往同一目的地时，先发的先收到。但是，也有可能先发的报文在途中延误了，后发的报文反而先收到。而这种情况在面向连接的服务中是绝不可能发生的，面向连接的服务保证数据包的有序可靠传输。无连接服务的特征是它不需要通信的两个实体同时处于激活状态，而只需要正在工作的

43、实体处于激活状态。它的优点是灵活方便和比较迅速，但无连接服务不能防止报文的丢失，重复或失序。因此它比较适合传送少量的零星的报文。并不是所有的应用程序都需要连接。例如，电子邮件越来越普及，电子邮件发送者可能不希望仅为了发一条消息而去经历建立和拆除连接的麻烦。百分之百的可靠性也没有必要；特别是如果要多花钱时更没必要。这里所需要的仅是发送一个报文，只要到达的可能性很大就行了，不需要保证一定收到。对于一些允许延迟的应用程序，例如文字处理等，往往也使用无连接的服务。网络层协议通常提供无连接的服务，不保证数据包的有序可靠传输（数据可靠传输功能通常在传输层或数据链路层实现）。如图3-4所示。网络层数据链路层

44、物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层表示层会话层传输层应用层ABCDERouter ARouter BRouter C图3-4网络层协议操作3.3.4 传输层传输层位于OSI参考模型第四层，最终目标是向用户-一般指应用层的进程，提供有效、可靠的服务。传输层主要定义了主机应用程序间端到端的连通性，它一般包含四项基本功能。1将应用层发往网络层的数据分段或将网络层发往应用层的数据段合并。2建立端到端的连接，主要是建立逻辑连接以传送数据流。3将数据段从一台主机发往另一台主机。在传送过程中通过计算校验和以及通过流控制的方式保证数据的正确性，流控制可以避免缓冲区溢出。4

45、部分传输层协议保证数据传送正确性。主要是在数据传送过程中确保同一数据既不多次传送也不丢失。同时还要保证数据包的接收顺序与发送顺序一致。传输层协议主要有TCP/IP协议栈的TCP协议和UDP协议，IPX/SPX协议栈的SPX协议等。其中，TCP协议和SPX协议为应用程序提供可靠的、面向连接的服务；UDP协议提供不可靠的、无连接的服务。如图3-5，在OSI参考模型中，多个应用程序可以共享同一个传输连接，称为多路复用（mulitiplex）。 多路复用是指多个应用程序共享同一个传输层建立的连接进行数据的传送。传输层把上层发来的不同应用程序数据分成段，按照先到先发（FIFO）的原则（或者其他原则）发送

46、数据段。这些数据段可以去往同一目的地，也可以去往不同目的地。Data传输虚电路HostWWW. CNDATA.COMFTP.CNDATA.COM应用数据FTPWWW传输数据包Data211028801027图3-5：端到端通信我们假定和服务器同时向目的主机发送数据，了解一下传输层端到端通信过程。当您开始调用服务器的www和ftp应用程序时，服务器软件为每一个应用程序设置一个端口号（port number，注意，此端口号和网络设备端口不同，是一个应用程序与传输层协议的虚拟接口），生成数据段。端口号包括一些信息类型、起始程序、所用协议等附加信息编码位。接下来，服务器的传输层必须和终端主机建立一条端到端的会话连接（注意，是虚连接，而不是物理连接）。为了能够开始数据传输，服务器和终端主机的两个应用程序通知各自的操作系统，开始初始化连接。两个操作系统上的协议模块在网络上互相发送报文通信，以保证双方虚链路建立。当双方所有同步工作完成之后，端到端虚连接便已建立，数据传输开始。