网络通信协议-计算机网络基础与应用第3版

2023-10-19 理论教育版权反馈

【摘要】：网络通信协议就是网络中计算机通信所必须遵守的一组规则和约定，这组规则和约定可以理解为一种彼此都能听得懂的公用语言。将网络通信协议与交通规则进行类比，理解通信协议中的有关术语。它是计算机网络中的一个通用协议簇，由以TCP协议和IP协议为核心的一组网络协议构成，具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站。

网络通信协议就是网络中计算机通信所必须遵守的一组规则和约定，这组规则和约定可以理解为一种彼此都能听得懂的公用语言。它是网络中设备以何种方式交换信息的一系列规定的组合，它对信息交换的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等许多参数作出定义。

【做一做】

将网络通信协议与交通规则进行类比，理解通信协议中的有关术语。例如：交通规则中规定车辆应靠右行驶，而通信规则中规定按不同频率和信道传输信息。将下列类似概念进行连线。

车辆应靠右行驶　　　　　　不同频率和信道传输信息

红绿灯　　　　　　　　　　信息交换的速率

车辆牌照分A、B、C类等　　　传输代码　　　　　　

出交通事故后的处理原则　　代码结构　　　　　　

不同车辆有不同车牌号　　　传输控制　　　　　　

公路中车辆限速　　　　　　出错控制　　　　　　

1.OSI通信协议

由ISO组织于1983年颁布的，计算机网络系统采用了ISO提供的开放系统互联的参考模型。OSI模型采用了7个功能层次描述网络的结构，如下图：

由图可以看出，不同网络设备工作于不同的网络层中。

2.IEEE通信协议

由IEEE 802委员会制定，把数据链路层分成了两个子层，即逻辑链路控制层（LLC）和介质访问控制层（MAC）。

IEEE 802标准又分很多种，其具体分类及用途如下：

802.3标准：Ethernet（以太网）网络。

802.5标准：Token-Ring（令牌环）网络。

802.6标准：MAN城域网。

802.7标准：宽带局域网。

802.8标准：光纤传输。

802.9标准：集成语音与IEEE802.x标准结构LAN界面。

802.10标准：网络安全。

802.11标准：无线局域网。

3.TCP/IP通信标准

在互联网早期，主机间互联使用的是NCP协议。这种协议本身有很多缺陷，如不能互联不同的操作系统、没有纠错功能。为了改善这些缺陷，出现了TCP/IP协议。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是目前世界上应用最为广泛的协议。它是计算机网络中的一个通用协议簇，由以TCP协议和IP协议为核心的一组网络协议构成，具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站。此协议最早出现在UNIX系统，现在Internet通信中使用。

TCP/IP协议栈主要分为4层：网络接口层、网络层、传输层和应用层，每层都有相应的协议，如下图所示。

◇网络接口层是对网络介质媒体的管理，定义网络数据通过何种媒体来传输，如目前常用以太网络。

◇网络层负责在主机之间建立连接，提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机，它一般包括网络寻径，流量控制、错误检查等功能，如使用IP地址查到指定的主机。

◇传输层提供源端主机和目的端主机上的网络数据流服务。传输层定义了两个服务质量不同的协议，即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。其中TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议，它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端，它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层；在接收端，它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处理端到端的流量控制，以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。UDP协议是一个不可靠的、无连接协议，主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。

◇应用层负责与用户应用程序的通信，不同的应用层使用不同的应用层协议，如HTTP协议访问WWW服务、FTP协议访问文件服务器、POP3/SMTP协议用于电子邮件系统。

【做一做】

TCP/IP协议簇的4层模型中有多种协议和功能，针对不同的网络环境和应用程序，协议的选择有所不同。请你查看相关资料，找出TCP/IP协议簇中的常用协议功能。

IP是TCP/IP协议簇中最为核心的协议，意思是“网络之间互联的协议”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议，任何厂家生产的计算机系统，只要遵守IP协议就可以与互联网互连互通。正是因为有了IP协议，互联网才得以迅速发展成为世界上最大的、开放的计算机通信网络。

在Internet上有千百万台主机，为了区分这些主机，必须给每台主机分配一个专门的地址，称为IP地址。IP地址由两部分组成：网络部分+主机部分。通过IP地址就可以访问到每一台主机。IP地址由4部分数字组成，每部分数字对应于8位二进制数字，各部分之间用小数点分开，如某一台主机的IP地址为：211.152.65.112。IP地址由NIC（Network Information Center因特网信息中心）统一负责全球地址的规划、管理；同时由Inter NIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其他地区的IP地址分配。

◇固定IP：固定IP地址是长期固定分配给一台计算机使用的IP地址，一般是特殊的服务器才拥有固定IP地址。

◇动态IP：因为IP地址资源非常短缺，通过电话拨号上网或普通宽带上网用户一般不具备固定IP地址，而是由ISP动态分配暂时的一个IP地址。普通人一般不需要去了解动态IP地址，这些都是计算机系统自动完成的。

◇公有地址（Public address）：由Inter NIC负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构，通过它直接访问互联网。

◇私有地址（Private address）：属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。

以下为留用的内部私有地址：

A类 10.0.0.0～10.255.255.255

B类 172.16.0.0～172.31.255.255

C类 192.168.0.0～192.168.255.255

知识窗●IP地址分类

由于网络中包含的计算机有可能不一样多，有的网络可能含有较多的计算机，有的网络包含较少的计算机，于是人们按照网络规模的大小，把32位地址信息设成3种定位的划分方式，这3种划分方法分别对应于A类、B类、C类IP地址。

◇A类地址：在IP地址的4段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中，网络的标识长度为7位，主机标识的长度为24位。A类网络地址数量较少，只有126个A类网络地址，每个A类地址可以连接167多万台主机，适用于规模较大的网络。(www.chuimin.cn)

A类IP地址

例如：18.50.158.100

◇B类IP地址：在IP地址的4段号码中，前两段号码为网络号码，剩下的两段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中，网络的标识长度为14位，主机标识的长度为16位，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。B类网络地址适用于中等规模的网络。

B类IP地址

例如：172.50.158.100

◇C类IP地址：在IP地址的4段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中，网络的标识长度为21位，主机标识的长度为8位。C类网络地址数量较多，每个网络最多只能包含254台计算机，适用于小规模的局域网络。

C类IP地址

例如：192.50.158.100

◇除了上面3种类型的IP地址外，还有几种特殊类型的IP地址。TCP/IP协议规定，凡IP地址中的第一个字节以“1110”开始的地址都称为多点广播地址。因此，任何第一个字节大于223小于240的IP地址是多点广播地址；IP地址中的每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255.255.255.255”）是当前子网的广播地址；IP地址中凡是以“11110”的地址都留着将来作为特殊用途使用；IP地址中不能以十进制“127”作为开头，27.1.1.1用于回路测试，同时网络ID的第一个6位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。

●子网掩码

子网掩码是用一组32位IP地址的形式表示，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。

定义子网掩码的步骤为：

①确定哪些组地址归我们使用。如我们申请到的网络号为“180.73.a.b”，该网络地址为B类IP地址，网络标识为“180.73”，主机标识为“a.b”。

②根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。比如我们现在需要12个子网，将来可能需要16个。用第三个字节的前四位确定子网掩码，前四位都置为“1”，即第三个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。

③把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前两个字节都置为“1”，第四个字节都置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11110000.00000000”。④把这个数转化为间断十进制形式：“255.255.240.0”，这个数为该网络的子网掩码。

●IP的其他事项

①一般国际互联网信息中心在分配IP地址时是按照网络来分配的，因此只有说到网络地址时才能使用A类、B类、C类的说法。

②在分配网络地址时，网络标识是固定的，而计算机标识是可以在一定范围内变化的，下面是三类网络地址的组成形式：

A类地址：73.0.0.0

B类地址：160.153.0.0

C类地址：210.73.140.0

上述中的每个0均可以在0～255进行变化。

③因为IP地址的前三位数字已决定了一个IP地址是属于何种类型的网络，所以A类网络地址将无法再分成B类IP地址，B类IP地址也不能再分成C类IP地址。

④在谈到某一特定的计算机IP地址时，不宜使用A、B、C类的说法，但可以说主机地址是属于A、B、C类网络中的哪一类。

【做一做】

请仔细阅读上面知识窗的内容，或上网找一找相关IP地址的内容，将下面的表格补充完整。

关于A、B、C类IP地址的范围：

特殊IP地址用途：

子网掩码的作用就是确定IP地址中哪一部分是网络地址，哪一部分为主机地址，它是32位的二进制数，由连续的“1”和连续的“0”组成。其中A、B、C类都有自己缺省的子网掩码，它们应当是：

4.UDP 协议

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，UDP提供了无连接通信，且不对传送数据包进行可靠性保证，适合于一次传输少量数据。UDP传输的可靠性由应用层负责。

UDP协议具有资源消耗小、处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使丢失一二个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。我们聊天用的ICQ和QQ就是使用的UDP协议。

UDP在IP报文中的位置如下图所示。IP层的报头指明了源主机和目的主机地址，而UDP层的报头指明了主机上的源端口和目的端口。

【做一做】

请观察教师在Windows 10系统下查看UDP协议连接状况的演示，将操作步骤补充完整。

友情提示

●有时候连接无线网络出现故障很可能是UDP协议出现故障导致，在Windows 10系统下用户可以按照上述的方法，通过CMD命令来查看UDP协议是否连接正常。

5.网络中数据、数据包与数据帧

数据包是TCP/IP协议通信传输中的数据单位，数据包主要由“目的IP地址”“源IP地址”“净载数据”等部分构成。数据包的结构类似人们写信，为更好地理解数据包，请将下列类似概念进行连线。

目的IP地址　　　　　　　　　　信件内容

源IP地址　　　　　　　　　　　收信人地址

净载数据　　　　　　　　　　　写信人地址

数据帧（Data frame）就是数据链路层的协议数据单元，它包括三部分：帧头、数据部分、帧尾。其中，帧头和帧尾包含一些必要的控制信息，如同步信息、地址信息、差错控制信息等；数据部分则包含网络层传来的数据，如IP数据包。

TCP/IP协议是工作在OSI模型第三层（网络层）、第四层（传输层）上的，帧工作在第二层（数据链路层）。上一层的内容由下一层的内容来传输，所以在局域网中“包”是包含在“帧”里的，下图为各数据对应的层次关系。

网络通信协议-计算机网络基础与应用第3版

相关推荐