IP网的体系结构和协议地址解析

网络通常按照层的方式来组织。当前使用广泛的体系结构有OSI体系结构和TCP/IP体系结构。OSI参考模型虽然完备，但是由于太复杂而不实用。TCP/IP参考模型广泛应用，它与OSI参考模型的对应关系如图5.2所示。

图5.2　OSI参考模型与TCP/IP参考模型的对应关系

应用层位于OSI参考模型的最高层，向应用程序提供服务。表示层提供一种通用的数据描述格式，主要功能有数据语法转换、语法表示、数据加密和解密、数据压缩和解压。会话层指各种服务，包括对话控制、令牌管理、同步功能。传输层实现可靠的端到端的数据传输。网络层主要提供路由选择，选择达到目的机器所使用的路由。数据链路层保证数据帧完整准确地到达目的地。物理层从数据链路层接收帧，并将帧的内容串行发送，每次发送一个比特。

TCP/IP是传输控制协议/网际协议。不同于OSI的七层模型，TCP/IP使用更为简单的四层模型。TCP/IP已经成为网际互联的标准。TCP/IP主要分为四层，具体如下。

1.应用层

应用层包括SMTP、FTP、NFS、NIS、LPD、Telnet和Remote Login。对于大多数互联网用户来说这些都是很熟悉的。

2.传输层

传输层包括UDP和TCP。UDP几乎不进行检查，而TCP提供传输保证。传输控制协议（TCP）提供了可靠的报文流传输和对上层应用的连接服务，TCP使用顺序的应答，能够按需重传报文。传输层主要建立端到端的连接，将数据从一台主机发往另一台主机，保证数据传送的正确性。

3.网际层

网际层由以下协议组成：ICMP、IP、IGMP、RIP、OSPF和用于路由的EGP。IP协议用于管理客户端和服务器端之间的报文传送。网际层主要完成数据包寻址和路由的功能。

4.网际接口层

网际接口层包括ARP和RARP，负责报文传输。

Telnet给用户提供了一种通过其联网的终端登录远程服务器的方式。Telnet通过端口号23工作。Telnet具有和远端主机相连接的能力，而FTP则更具有被动性，它允许用户把文件在远端服务器和本地主机之间移动。FTP的缺省端口是20（用于数据传输）和21（用于命令传输）。TFTP使用UDP，就像TFTP与FTP的关系，UDP与TCP相对。TFTP不具有报文监控能力和有效的错误处理能力。

IP地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址。网络层协议定义了识别网络中主机的地址。地址包括网络部分和主机部分。IP地址唯一地确定了网络中的一台主机。IPV4地址是一个32位的二进制数。例：点分十进IP地址（192.4.5.6），实际上是32位二进制数（11000000.00000100.00000101.00000110）。

IP地址分为A、B、C、D、E共5类地址。两级的IP地址可以记为：

IP地址：={＜网络号＞，＜主机号＞}

局域网都具有同样的网络号net-id。

在A、B、C三类地址中，可以把基于每类的IP网络进一步分成更小的网络。当没有划分子网时，IP地址是两级结构；划分子网后IP地址就变成了三级结构。划分子网只是把IP地址的主机号host-id这部分进行再划分，而不改变IP地址原来的网络号net-id。

子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻路由器。路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。

例3　某单位局域网段200.16.0.0，其中包含480台主机，指定给该网络合理的子网掩码是（1），下面的地址中不属于这个网络的地址是（2）。(www.xing528.com)

（1）A.255.255.255.0　B.255.255.252.0　C.255.255.254.0　D.255.255.248.0

（2）A.200.16.0.23　B.200.16.3.0　C.200.16.1.255　D.200.16.1.0

参考答案：（1）C，（2）B。

解　2^9=512＞=480，因此需要9位主机位，子网掩码为255.255.254.0，子网段为200.16.0.0到200.16.1.255。

由于IPv4最大的问题在于网络地址资源有限，因此IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。

IPv6的地址格式如图5.3所示。

图5.3　IPv6的地址格式

IPv6地址扩展到128比特，为便于理解协议，采用了稍简洁的冒号十六进制记法，即用冒号将其分割成8个16比特的数组，每个数组表示成4位的16进数。例如：

EBCD：BA93：7054：3215：FEDC：BA98：7354：3215。

在每个4位一组的十六进数中，如其高位为0，则可省略，即采用零压缩，例如：

1030：0000：0000：0000：0005：0600：10OC：427A，可缩写成：1030：0：0：0：5：600：10OC：427A，进一步可将一连串的零用一对冒号取代，上例变为：1030：：5：600：10OC：427A。

在IPv4的网络环境里组建IPv6网络，可以通过双协议栈和隧道技术来实现。

双协议栈如图5.4所示。

图5.4　双协议栈

向IPv6过渡的另一种方法是隧道技术。隧道技术的工作原理如图5.5所示。

这种方法的要点就是在IPv6数据报要进入IPv4网络时，将IPv6数据报封装成为IPv4数据报进行传输。

图5.5　隧道技术的工作原理

网络中，主要用到的设备包括交换机、路由器和防火墙。