第6讲网络基础1

TCP/IP的体系结构OSI参考模型研究的初衷是希望为网络体系结构与协议的发展提供一种国际标准，但由于Internet在全世界的飞速发展，使得TCP/IP协议得到了广泛的应用，虽然TCP/IP不是ISO标准，但广泛的使用也使TCP/IP成为一种“实际上的标准”，并形成了TCP/IP参考模型。不过，ISO的OSI参考模型的制定，也参考了TCP/IP协议集及其分层体系结构的思想。而TCP/IP在不断发展的过程中也吸收了OSI标准中的概念及特征。2023/2/31TCP/IP协议的特点开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。2023/2/32TCP/IP的层次结构TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如下图所示：2023/2/33IP地址与域名在网络中，对主机的识别要依靠地址，而保证地址全网唯一性是需要解决的问题。在任何一个物理网络中，各个节点的设备必须都有一个可以识别的地址，才能使信息进行交换，这个地址称为“物理地址”（PhysicalAddress）。单纯使用网络的物理地址寻址会有一些问题：物理地址是物理网络技术的一种体现，不同的物理网络，其物理地址可能各不相同。物理地址被固化在网络设备（网络适配器）中，通常不能被修改。物理地址属于非层次化的地址，它只能标识出单个的设备，标识不出该设备连接的是哪一个网络。2023/2/34针对物理网络地址的问题，采用网络层IP地址的编址方案。Internet采用一种全局通用的地址格式，为每一个网络和每一台主机分配一个IP地址，以此屏蔽物理网络地址的差异。通过IP协议，把主机原来的物理地址隐藏起来，在网络层中使用统一的IP地址。IP地址与域名2023/2/35IP地址的划分IP地址由32比特组成，包括三个部分：地址类别、网络号和主机号；2023/2/36IP地址的类型Internet的IP地址分为五种类型：A类、B类、C类、D类和E类2023/2/37FOR规则（第一个字节规则FirstOctetRule）A级：第一位是0B级：前两位是10C级：前三位是110首码的范围：是由第一个字节的十进制数辨认网络级别的标志，如：A级1～127。B级128～191。C级192～223。特殊的IP地址：作为测试地址，代表本地节点的地址。Ping：检查本地网卡是否工作正常。telnet：可以测试本台计算机是否可以当作远程登录的服务器：可以测试计算机是否可以作为提供网页的WWW服务器2023/2/38全0地址：用来表示当前网络的当前主机主机位全0：表示当前网络。网络位全0：表示当前网络的某一个主机全1：表示有限广播，只对本网主机地址分配网络地址：是网络与广域网连接的唯一地址，不同网络地址之间的网络要传递信息必须通过路由器进行转发。主机地址：用于同一网络内不同主机的区分。IP地址并不是与主机绑定，而是与主机上安装的网络接口卡绑定，一台服务器可以有多到4个的IP地址。2023/2/39各级网络的网络总数A级网络：由1个字节中的7位表示网络的个数共128个B级网络：由第一个字节的6位和第二个字节表示网络的个数，共64乘256个C级网络：由第一个字节的后5位和第二、第三个字节表示网络的个数，共32乘256乘256个各级网络中可用的网络节点数在各类网络中，用于标识网络中主机的IP地址总数是一定的。其中，有两个特殊的地址，作为特殊用途。广播地址：IP地址的最后一个。全1地址网络地址：IP地址的第一个。全0地址A级网络具有的IP地址为256的三次方减2B级网络具有的IP地址为256的平方减2C级网络具有的IP地址为256减2。2023/2/310IP地址以32个二进制数字形式表示，不适合阅读和记忆。为了便于用户阅读和理解IP地址，Internet管理委员会采用了一种“点分十进制”表示方法表示IP地址。将IP地址分为4个字节（每个字节8个比特），且每个字节用十进制表示，并用点号“．”隔开，2023/2/311有效的主机地址A级网络：w.0.0.1~w.255.255.254B级网络：w.x.0.1~w.x.255.254C级网络：w.x.y.1~w.x.y.2542023/2/312内部网可选的地址为了避免某个单位选择任意网络地址，造成与合法的Internet地址发生冲突，IETF已经分配了具体的A类、B类和C类地址供单位内部网使用，这些地址为：A类～55B类～55C类～55

2023/2/313A类地址A类地址的网络数为27（128）个，每个网络包含的主机数为224（16777216）个，A类地址的范围是～55。由于网络号全为0和全为1保留用于特殊目的，所以A类地址有效的网络数为126个，其范围是1～126。另外，主机号全为0和全为1也有特殊作用，所以每个网络号包含的主机数应该是224-2（16777214）个。因此，一台主机能使用的A类地址的有效范围是：～54。2023/2/314A类地址2023/2/315B类地址B类地址网络数为214个（实际有效的网络数是214-2），每个网络号所包含的主机数为216个（实际有效的主机数是216-2）。B类地址的范围为～55，与A类地址类似（网络号和主机号全0和全1有特殊作用），一台主机能使用的B类地址的有效范围是：～542023/2/316B类地址2023/2/317C类地址C类地址网络数为221（实际有效的为221-2）个，每个网络号所包含的主机数为256（实际有效的为254）个。C类地址的范围为～55，同样，一台主机能使用的C类地址的有效范围是：～542023/2/3182023/2/319D类地址和E类地址D类地址用于多播，多播就是同时把数据发送给一组主机，只有那些已经登记可以接收多播地址的主机，才能接收多播数据包。D类地址的范围是～55。E类地址为将来预留的，同时也可以用于实验目的，它们不能被分配给主机。2023/2/320地址解析在一个物理网络中，网络中的任何两台主机之间进行通信时，都必须获得对方的物理地址，而使用IP地址的作用就在于，它提供了一种逻辑的地址，能够使不同网络之间的主机进行通信。当IP把数据从一个物理网络传输到另一个物理网络之后，就不能完全依靠IP地址了，而要依靠主机的物理地址。为了完成数据传输，IP必须具有一种确定目标主机物理地址的方法，也就是说要在IP地址与物理地址之间建立一种映射关系，而这种映射关系被称为“地址解析”2023/2/3212023/2/322子网掩码子网掩玛（SubnetMask）也是一个“点分十进制”表示的32位二进制数，通过子网掩码，可以指出一个IP地址中的哪些位对应于网络地址（包括子网地址）、哪些位对应于主机地址。对于子网掩码的取值，通常是将对应于IP地址中网络地址（网络号和子网号）的所有位都设置为“1”，对应于主机地址（主机号）的所有位都设置为“0”。

2023/2/323地址类型点分十进制表示子网掩码的二进制位A11111111000000000000000000000000B11111111111111110000000000000000C11111111111111111111111100000000子网掩码2023/2/324通过子网掩码识别网络地址TCP/IP对子网掩码和IP地址进行“按位与”的操作。经过按位与运算，可以将每个IP地址的网络地址取出，从而知道两个IP地址所对应的网络。2023/2/325子网掩码与主机IP地址范围的计算2023/2/3264.1.3IPv6IPv4的缺陷可供使用的主机号的总数太少。37.2亿个。IP地址浪费：每个单位申请的地址并不能充分利用IPv6的提出把地址的位数增大到128位，地址空间大于3.4乘10的38次方。比IPv4扩大2的96次方。与IPv4在很长一段时间内共存。2023/2/327IPv6对IP数据报协议单元的头部与IPv4相比进行了简化。数据报通过各个路由器的处理减少，速度加快。提高了网络的吞吐率。IPv6对安全进行了改进3IPv6的表示采用冒号十六进制标记方法。每个16比特的量用十六进制表示，各个量之间用冒号分隔。FFFE：000C：0000：0000：0C00：0000：0000：000C2023/2/328压缩表示一组中的前导0可以忽略不写FFFE：C：0：0：C00：0：0：C冒号十六进制记法还可以允许0压缩，连续在一起的0可以用冒号代替，但是，这种压缩只能有一次。FFFE：：C：：C00：0：0：C2023/2/329

网络配置与调试1网络硬件配置当我们知道了网络接口和一般的TCP/IP的内容后，内核访问一个硬件时会发生什么事情呢？使用网卡：为了使用网卡，在linux内核中含有一些特殊的函数，这些函数知道访问网卡的特定方法，实现这些函数的软件就是所谓的驱动程序。在linux内核中包括有支持几种不同类型的网卡的设备驱动程序。如：ISA、PCI、MCA、并行端口、PCMCIA等。驱动程序能够与网卡上的某些逻辑电路通信，向网卡发送命令和数据，而网卡能够传递任何收到的数据给驱动程序。2023/2/330

网络配置与调试I/O地址：在基于IBM个人计算机中，通信是通过一组I/O地址来进行的。这组I/O地址通过网卡上的寄存器通过共享或直接内存转换来进行映射。内核所有发送到网卡上的命令和数据都经过这些地址。I/O存储器地址或内存地址通常是用给定的起始地址或基地址（baseaddress）来描述的，ISA总线上的以太网卡的典型基地址是0x280或0x300，PCI总线的网卡上的I/O地址通常是自动分配的。通常，内核会在引导时自动检测网卡上的基地址的位置，称为自动探测（autoprobing），即内核读取几个存储器或I/O位置，并将读取的数据与已经安装的以太网卡所应具有的数据进行比较。2023/2/331

网络配置与调试所以，通常不用担心有关基地址之类的任何硬件问题。只有当内核无法自动检测出该地址时（生产厂商不完全按照标准制作的便宜网卡），或使用了多个网卡时，才需要明确把网卡的信息告之内核。中断请求线（interruptrequestline）：当硬件需要得到特殊的处理时，要中断内核的操作。中断号又称为中断请求号（interruptrequestnumber，IRQ）在PC中可以选择0~15，但是不应与其他外部设备使用的中断号冲突。一些网卡自动在指定的IRQ中选择一个未用的IRQ号。2023/2/332

网络配置与调试接口（interface）：内核访问网络硬件设备的软件结构。接口是通过名字来标识的，通过/dev/目录下的一个特殊的设备文件来实现的。键入ls–la/dev/命令可以看到这些设备文件。第一个字符以一个字母开始，而不是像普通文件以一个连字符开始，常见的字母为b和c。在设备文件长度的位置上，可以看到两个数字，分别是主设备号和次设备号。这两个设备文件指出了该设备文件和相关联的实际设备。2023/2/333

网络配置与调试每一个设备驱动持续在内核中注册了一个唯一的主设备号。该设备的每一个实例（instance）为该主设备注册了一个唯一的次设备号。例如：tty接口，/dev/tty是一个字符模式的设备，在设备类型中用“c”来表示，并且每一个设备都有相同的主设备号4。在具体实例中，次设备号可以是1、2等。在linux中，接口有许多标准名称，许多驱动程序支持多个接口，在这种情况下，接口被编上了号，常用的驱动程序和使用的接口名称如下：2023/2/334

网络配置与调试Lo：本地回环接口，用于测试目的，与一些网络程序一样，他工作起来像一个闭合电路，任何发送给它的数据报将被立即返回给主机的网络层。在内核中总有一个回送设备，有多个几乎没有意义。Eht0….：以太网卡接口，用于大多数以太网卡，其中包括许多并行端口以太网卡。Tr0…：令牌环网卡接口，用于大多数令牌环网卡，包括非IBM标准生产的网卡。Sl0…：SLIP接口，与串行线路相关，以它们被分配给SLIP的次序来进行编号。2023/2/335

网络配置与调试Ppp0….：PPP接口，与SLIP接口一样，一个PPP接口是与一条转换成PPP模式的串行线路相关联的。Plip0…：PLIP接口，在并行线上传输IP数据报。这些接口在系统引导启动时由PLIP驱动程序分配，并且被映射到并行端口上。Ax0…：AX.25接口，是业余无线电爱好者们所使用的主要的连网协议。对某个设备的接口号的分配通常是根据设备在配置时的顺序来确定的。如：第一块以太网卡的设备名是：eth0，第二个以太网卡的设备名为eth1。2023/2/336

网络配置与调试2通过应用程序配置网络在setup程序中选择CONFIGURE菜单，将调用网络配置程序netconfig，对网络进行配置。也可以在安装完毕后以root身份登录后直接运行netconfig程序来重新进行网络配置。需要配置的信息有：主机名、域名、域名服务器、IP地址、网络掩码和默认网关地址等。2023/2/337网关地址：网络的路由器地址。P79图4-22023/2/338网络配置与调试3手动修改网络配置直接修改相应的配置文件来改变网络配置。/etc/HOSTNAME文件：保存完整的主机名和域名。改动该文件中的主机名和域名，可以改变这些设置。/etc/l文件：该文件是一个重要的脚本文件，它在系统启动时由/etc/rc.d/rc.M文件调用。在该文件中对主机的网络环境进行了定义。如：IP地址、网络掩码、网络地址、广播地址和网关等。并通过执行/sbin/ifconfig命令将所设的IP地址分配给网卡，最后调用/sbin/route命令为数据通信设定静态路由。2023/2/3394.2常用的网络配置命令Hostname设置和查看计算机名称2023/2/340Ifconfig对用户的网络接口进行设置和查看。例如：直接键入ifconfig命令显示当前网络接口的设置状态P85查看指定的设备Ifconfigetho2023/2/341设置IP地址Ifconfigeth0IP地址netmask掩码broadcast广播地址取消网络接口Ifconfigethodown重启网络接口Ifconfigethoup2023/2/3423ifup和ifdown启动非活动的网卡Ifup网卡设备名Ifdown网卡设备名例：Ifupetho2023/2/343

网络配置与调试4设置路由一般原则：在有连接TCP/IP网络网关的网络：由于网关是与TCP/IP网络互连的IP路由器，所以当不需要与TCP/IP网络互连，就不需要IP路由器，也就不必指定缺省网关和路由协议，因此，在这种情况下，可以不进行路由配置。具有一个网关的网络，不需要运行任何路由协议，只要在静态路由表内将该网关指定为缺省网关。对于连接其他子网的内部网关和一个连接外界网关的网络，可以静态地指定每个子网的路由并将连接外界的网关设置成缺省网关，或运行路由协议。2023/2/344

网络配置与调试对于具有多个连接外界的网关的网络，则可以有多个网关可以达到同一个目的地。可以使用路由协议，使这些网关可以适应网络的变化，提供对远程网络的访问路径的选择权。静态路由：由网络管理员在建网时设定。它不能根据网络状况的变化动态的适应网络。每一次改变都需要由管理员设置。2023/2/345

网络配置与调试静态路由设置方法手动设置：命令route建立静态路由表。Add或del参数：增加或删除路由-net参数：目的地址为网络。-host参数：目的地址为主机。可以使用default，当使用了default后，route就生成一条缺省路由（网络掩码为）。Gw参数：网关地址Netmask参数：标明掩码地址Metric参数：路由选择度量。指出通过路由器的个数。（删除路由表相时不用此参数）2023/2/346

网络配置与调试开机时安装静态路由：修改文件/etc/rc.d/rc.inet2修改编辑下列文件之一：/etc/1、/etc/rc.d/2或/etc/rc.d/rc.local，增加route语句。动态路由：可以适应网络环境的变化，由路由协