综述常用协议的用途与用法

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1、 综述常用协议的用途与用法不同厂家生产的计算机，运用不同的操作系统，但是可以在网络中自由的进行数据的传输与共享，看似不可能的事情的实现是由网络协议来完成的。我们常用的网络协议有：TCP/IP 协议、NETBEUI、IPX/SPX 等。而在这么多的网络协议中，TCP/IP 协议是目前最广泛运用的协议，下面我们就来谈谈 TCP/IP 协议。一）分层TCP/IP 协议分成四个不同的层次来进行开发，每个层次都负责完成不同的通信功能。图1-1 是 TCP/IP 的四层协议系统。每一层负责的功能：（1）链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它

2、们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。（2）网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在 TCP/IP协议族中，网络层协议包括I P协议（网际协议） ，ICMP协议（Internet互联网控制报文协议） ，以及IGMP协议（Internet组管理协议）（3）运输层，主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议） 。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分

3、组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。而另一方面,UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途。（4）应用层，负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序： Telnet 远程登录。 FTP 文件传输协议。 SMTP 简单邮件传送协议。 SNMP 简单网络管理协议。另外还有许多其他应用。假设在一个以太网中有两台主机，二者都运行FTP协议，

4、图1 - 2列出了该过程所涉及到的所有协议。 在图1 - 2中列举了四种不同层次上的协议。FTP是一种应用层协议，TCP是一种运输层协议，IP是一种网络层协议，而以太网协议则应用于链路层上。TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为TCP/IP，但TCP和I P只是其中的两种协议而已（该协议族的另一个名字是Internet协议族（Internet Protocol Suite） ） 。TCP/IP协议中每层都有自己的协议，图1-3列出了各层常用的协议。TCP和UDP是两种最为著名的运输层协议，二者都使用IP作为网络层协议。虽然TCP使用不可靠的IP服务，但它

5、却提供一种可靠的运输层服务。UDP为应用程序发送和接收数据报。但是与TCP不同的是，UDP是不可靠的，它不能保证数据报能安全无误地到达最终目的。在网络层中的主要协议IP，其中ICMP（Internet控制报文协议） 、IGMP（Internet组管理协议）是其的附属协议。在链路层对于网络硬件接口的协议有ARP（地址解析协议） 、RARP（逆地址解析协议） 。 图1-3 TCP/IP协议族中不同层次的协议二）链路层从图1-3中可以看出，在TCP/IP协议族中，链路层主要有三个目的：（1）为IP模块发送和接收IP数据报；（2）为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答；（3）为RARP发送RARP

6、请求和接收RARP应答。在数据链路层上传输的协议数据单元是帧，它是由网络层的IP数据报在链路层在前面和后面分别添加上首部和尾部，这样经过封装之后所形成的。帧的格式都采用48 bit（6字节）的目的地址和源地址（一般是48 bit地址） 。这就是我们硬件地址（MAC地址） 。网络协议对于数据链路层的数据长度有一个限制，被称之为最大传送单元MTU（Maximun Transfer Unit）1） ARP和RARP协议ARP和RARP协议的作用是对32 bit的IP地址和48 bit的硬件地址进行映射，ARP协议是已知目的地址的IP地址而在网络中以广播的形式，在各个路由器的路由表中查找目的地址的硬件

7、地址，RARP协议恰恰相反。（1）ARP协议从逻辑Interet地址到对应的物理硬件地址需要进行翻译，这就是ARP的功能。图2-1 用于以太网的ARP请求或应答分组格式在以太网上解析IP地址时，ARP请求和应答分组的格式如图2-1所示（ARP可以用于其他类型的网络，可以解析IP地址以外的地址。紧跟着帧类型字段的前四个字段指定了最后四个字段的类型和长度） 。下面是ARP协议工作原理：首先，ARP本来是用于广播网络的，有许多主机或路由器连在同一个网络上。ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机。这个过程称作广播， ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址，其中内容是“如果你是

8、这个IP地址的拥有者，请回答你的硬件地址。 ”其次，在目的主机收到请求后，这是发送端在查找自己的IP地址，于是发送一个ARP回应，这个应答内含有IP地址和硬件地址。最后，收到ARP回应后，源主机加载得到的目的主机的硬件地址到请求的IP数据报，形成完整的MAC帧，才能发送数据。内核（如以太网驱动程序）必须知道目的端的硬件地址才能发送数据。ARP的功能是在32 bit的IP地址和采用不同网络技术的硬件地址之间提供动态映射。点对点链路不使用ARP。ARP高效运行的关键是由于每个主机上都有一个ARP高速缓存。这个高速缓存存放了最近Internet地址到硬件地址之间的映射记录。2） RARP逆地址解析协

9、议网络上的每个系统都具有唯一的硬件地址，它是由网络接口生产厂家配置的。无盘系统的RARP实现过程是从接口卡上读取唯一的硬件地址，然后发送一份RARP请求（一帧在网络上广播的数据） ，请求某个主机响应该无盘系统的IP地址（在RARP应答中） 。RARP协议是许多无盘系统在引导时用来获取IP地址的。RARP分组格式基本上与ARP分组一致。一个RARP请求在网络上进行广播，它在分组中标明发送端的硬件地址，以请求相应IP地址的响应。应答通常是单播传送的。RARP带来的问题包括使用链路层广播，这样就阻止大多数路由器转发RARP请求，只返回很少信息：只是系统的IP地址。3）PPP协议链路层在目前最广泛实用

10、的串行接口链路层协议是点对点协议PPP（Point-to-Point Protoc- ol） 。图2-2是PPP帧的格式。（1）字段的意义 PPP 帧的手部和尾部分别为四个字段和两个字段。首部的第一个和尾部的第二个字段都是标志字段F（Flag） ，规定为0x7E（符号“0x”表示它后面的字段是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110） 。标志字段表示一个帧的开始或结束。它是PPP帧的定界符。PPP首部的第四个字段是2字节的协议字段。当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报。若为0xC021，则信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据，而0x8021表示

11、这是网络层的控制数据。尾部的第一个字段（2字节）是使用CRC的帧检验序列FCS。4）PPP协议的工作状态当用户拨号接入ISP后，就建立一条从用户PC机到ISP的物理连接。这是用户PC机向ISP发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧） ，以便建立LCP连接。这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数。接着还要进行网络层配置，NCP给新接入的用户PC机分配一个临时的IP地址。这样，用户PC机就成为因特网上的一个有IP地址的主机了。而在当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着，LCP释放数据链路层连接，最后释放的是物理层的连接。5）使用广播信道网的链路层协议在

12、广播信道的链路层协议中有两个最重要的协议：CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）协议和FDDI（光纤分布式数据接口） 。6）以太网的MAC层硬件地址又称为物理地址或MAC地址。它是由IEEE 802标准规定的一种48位的全球地址，是指局域网上的每一台计算机中固化在适配器的ROM中的地址。实际上每一个在物理链路上传输的数据单元都是经过MAC层处理过的，是以MAC帧的形式在传播。MAC层分别在数据的头部和尾部加上了目的地址（目的主机的硬件地址） ，源地址（源主机的硬件地址） ，类型和帧检验序列FCS。图2-3 PPP协议的状态流程图三）网络层（IP层）1）互联网的地址（IP地址）整个因特网就

13、是一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。IP地址的结构使我们可以在因特网上很方便的进行寻址。IP地址现在有因特网名字与号码指派公司ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）进行分配。IP地址的编址方法共经过了三个历史阶段。这三个阶段是： 分类的IP地址。这是最基本的编址方法。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。“分类的IP地址”就是将IP地址划分成为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长

14、度的字段组成，其中第一个字段是网络号，它标志主机所连接到的网络。第二个字段是主机号，它标志该主机。这种两级的IP地址可以记为： IP地址：=，表3-1 IP地址中的网络号字段和主机号字段 表3-2 各IP地址的范围表3-1给出了各种IP地址的网络号字段和主机号字段，这里的A类、B类、C类地址都是单播地址（一对一通信） ，是最常用的。从图1-5可以看出： A类、B类和C类地址的网络号字段分别网1，2和3字节长，而在网络号字段的最前面有13位的类别位，其数值分别规定为0，10和110. A类、B类和C类地址的主机号字段分别为3个、2个和1个字节长。 D类地址（前4位是1110）用于多播（一对多通信

15、） 。而E类地址（前4位是1111）保留为以后用。对主机或路由器来说，IP地址都是32位的二进制代码。这是为了提高可读性，我们常把32位的IP地址中的每8位用其等效的十进制数字表示，并且在数字之间加上一个点，只就叫做点分十进制记法。在表3-2中我们得出了各类IP地址的范围，而在表3-3中我们可以看出每类IP地址指派的网络数。表3-3 各类IP地址指派的网络数下表3-4给出了一般不使用的IP地址，这些地址只能在特定的情况下使用。网络号 主机号 源地址使 用 目的地址 使用 代表的意思0 0 可以 不可以 在本网络上的本主机0 Host-id 可以 不可以 在本网络上的某个主机hodt-id全1 全1 不可以 可以 只在本网络上进行广播（各路由器均 不转发）Net-id 全1 不可以 可以 对net-id上的所有主机进行广播127 非全0或全1的任 何数 可以 可以 用作本地软件环回测试之用表3-4 一般不使用的IP地址2） ICMP网络控制报文协议ICMP经常被认为是IP层的一个组成部分。它传递差错报文以及其他需要注意的