互联网简介

互联网简介

6.3.1 概述

在第六章的开头我们针对网络的发展作了简单介绍。互联网是一种广域网。它是目前世界上最大的广域网。它又是网络的网络。互联网发源于美国的ARPANET， 采用TCP/IP协议将各种不同的网络连接起来。今天的互联网采用TCP/IP协议将不同国家、地区、各部门、各机构的计算机网络连接起来。随着互联网的发展，美国政府将互连网交由商业公司管理，并成立了互联网管理委员会IAB（Internet Architecture Board ），作为互联网的最高管理机构。互联网采用层次化的管理方式，管理委员会下属的技术管理部门为互联网网络信息中心Inter NIC（Network Information Center），Inter NIC负责IP地址和顶级域名的管理工作。各国家或地区也有自己的NIC（网络信息中心）作为网络信息中心的下属机构，负责本国家或地区IP地址和域名的管理工作。我国的网络信息中心是CNNIC，为亚太地区网络信息中心APNIC的下属。而亚太地区网络信息中心APNIC则为互联网网络信息中心Inter NIC的下属。

1993年3月, 我们国家最早接入互联网的网络是中国科学院高能物理研究所的网络――Global Net 。而我国正式加入互联网则是以中国科学院计算机网络信息中心网――NCFC（National Computer & network Facility of China ）加入互联网为标志。它提供了我们中国自己的域名解析服务（可以解析中国cn下的域名），并成立了我们国家自己的网络信息中心――CNNIC（China Network Information Center ），负责管理中国域名cn下的域名注册和IP地址的分配。NCFC网络不仅连接北京中关村地区的大学和科研科研院所，而且通过中国电信的网络，连接到全国各地的科研院所。它是一个面向科技界的网络。它提供互联网的通用功能。包括电子邮件、远程登录、文件传输、新闻服务、信息查询和WWW浏览等互联网服务。

1995年5月，邮电部建立了中国互联网主干网络CHINANET，并与互联网连通。同时提供面向全国的互联网接入服务。

1995年6月，中国教育科研计算机网络CERNET（China Education & Research Computer Net），开通了与互联网的连接。中国教育科研计算机网在北京、上海、广州、沈阳、西安、武汉和成都的８个城市的大学设立了十一个地区网络中心。 各地区的大专院校将自己的校园连入各地区到网络中心，再由中国教育科研计算机网网络中心（位于清华大学）连接至互联网。

6.3.2 IP地址与域名

1．IP地址

互连网所采用的核心协议是TCP/IP（Transfer Control Protocol / Internet Protocol）协议。IP协议对应OSI/RM７层协议的网络层协议。其主要功能是根据整个网络的唯一地址，把数据从源主机发送到目的主机。在IP协议中使用的这个地址称作IP地址。它是由三十二位二进制数组成的。为了便于表示，我们把它分为４段，每一段包含一组８位二进制数。这４组二进制数，用４组十进制数表示，中间用小数点分隔。例如，202.118.176.100，这就是一个互联网上主机的IP地址。

IP地址分为五类，Ａ类、Ｂ类、Ｃ类、Ｄ类和Ｅ类。其中，Ａ类、Ｂ类和Ｃ类地址都分为两部分，即网络地址和主机地址。这三类地址分别适于大、中、小型网络。如图6-8所示：

A类： 0│网络地址（7位）│ 主机地址（24位）

B类： 1 0│ 网络地址（14位） │ 主机地址（16位）

C类： 1 1 0│ 网络地址（21位） │ 主机地址（8位）

D类： 1 1 1 0│ 多点广播

E类： 1 1 1 1 0│ 保留

图6-8　IP地址格式

如果主机地址部分的二进制为全“0”或全“１”有特殊的含义。如果为全“１”,表示的是一个广播地址；如果为全“0”， 表示的是网络地址。

Ａ类地址可表示126个不同的网络，其中每个网络最多可以有224－２个主机。

Ｂ类地址可表示16384个不同的网络，其中每个网络最多可以有65534个主机。

Ｃ类地址可表示2097152个不同的网络，其中每个网络最多可以有254个主机。

从IP地址第一个字段的十进制数值，我们可以区分其是属于哪一类网络的。

Ａ类IP地址：1-126；

Ｂ类IP地址：128-191；

Ｃ类IP地址：192-223；

Ｄ类IP地址：224-239；

Ｅ类IP地址：240-254；

几个特殊的IP地址：

0 . 0 . 0 . 0 ：表示所有的网络；

127 .ｘ.ｘ.ｙ ：回馈地址，亦即本机地址，测试用。其中ｘ为 0―255；ｙ为 1―255；习惯上写为：127.0.0.1;

255.255.255.255: 广播地址。

2．子网掩码

如果某一个主机的IP地址为11.22.33.44，并不一定表示它的网络地址就是11.0.0.0。这是因为对于一个大型的网络来说,虽然它具有一个Ａ类IP地址，但是并不表示它是由单纯的一个大网络组成，更多的可能是由许多不同的子网组成。这样，就要有一部分原来用于表示主机地址的二进制位，用来表示本网络内部的子网。对于网络中的每个设备来说，不仅要知道自己的IP地址，还要知道自己所在的子网地址。这样，他才能知道与自己通信的某个站点是否与自己在同一个子网内。如果不是在同一个子网内，发送给对方的数据就要交由路由器转发。否则，直接发给对方即可。而要知道自己的网络地址，则必须知道自己IP地址的哪些位是用来表示网络地址的。这个信息是由子网掩码提供的。子网掩码同样是由三十二位二进制数组成的。只不过用来表示网络地址的二进制位全为“１”；表示主机地址的二进制位全为“０”。这样把三十二位的IP地址与子网掩码进行逻辑与运算，便可得到子网地址。以上述主机的IP地址为例，若其子网掩码为255.255.0.0，则网络地址(=子网掩码＆IP地址)为11.22. 0. 0。如图6-9所示:

子网掩码: 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000

IP地址　： 11.22.33.44 00001011.00010110.00100001.00101100

网络地址： 11.22. 0. 0 00001011.00010110.00000000.00000000

　　　　 图6-9 网络地址

3. 域名

虽然用４段十进制数表示互联网地址比用二进制数表示要清楚的多。但是要人们记住互联网上众多服务器的IP地址不是一件容易的事。为了解决这个问题，互联网采用了层次号的域名来表示一个互联网上的主机。比如某一台主机的域名为：www.hrbeu.edu.cn。表示的是中国（域名：cn）、中国教育科研计算机网络（域名：edu）中某高校的校园网（域名：hrbeu）中的一台主机（域名：www）。其中“cn”（代表中国）为一级域名（或顶级域名），由互联网信息中心负责分配、管理。与其同级的域名还有ca（加拿大）、hk（香港）、tw（台湾）等。cn为分配给中国互联网使用的域名。中国互联网信息中心CNNIC负责所有.cn下一级的域名的注册与管理；edu（二级域名）为中国互联网信息中心CNNIC分配给中国教育科研网的域名，中国教育科研网信息中心负责所有.edu.cn下一级的域名的注册与管理；hrbeu（三级域名）为中国教育科研网络信息中心分配给中国某高校的校园网的域名，中国某高校的校园网信息中心负责所有. hrbeu.edu.cn下一级的域名的注册与管理。www（四级域名）为中国某高校的校园网信息中心为其网内一台主机所分配的域名。 每一个在互联网上提供服务的主机都有一个域名。一个域名对应一个IP网地址。这样层次化的域名机制保障互联网上不会出现重复的域名。 当然各级网络信息中心应当为自己所负责管理的域名提供域名解析服务。要有一个域名服务器DNS（Domain Name Server）负责将域名翻译为IP地址。这样用户对某个域名访问转化为对某一个IP地址的访问请求，从而实现用户的访问要求。

由于上述的例子我们看到，域名是分级的。其中一级域名（顶级域名）是有限而且固定的，不可以任意命名，由互联网信息中心InterNIC负责管理分配。一级域名（顶级域名）包各种分类域名和国家地区域名，它包括如下域名：

com – 商业机构；

edu – 教育机构；

gov – 政府机构；

int – 国际性组织

mil – 军事部门；

net – 网络服务机构；

org – 非盈利性组织；

国家和地区域名 – 如ca、ca、hk等；

6.3.3 TCP／IP协议

TCP/IP协议是互联网应用最广泛的协议。我们通常所说的TCP/IP协议实际上指的是TCP/IP协议簇，其核心是TCP协议和IP协议，当然还包括其他协议。

TCP/IP协议簇与OSI/RM 7层协议对应关系如图6-10所示。TCP/IP分为4层。

1．网络访问层

网络访问层又称为网络接口层。此层是TCP/IP的最低层。本层对应于OSI/RM的最低两层——数据链路层和物理层。 TCP/IP与OSI/RM并未对这一层规定具体的协议。这一层由各种通信子网实现。

比如X.25、DDN网等。本层负责传输从IP层接收到的数据报并在网上传送数据帧。或者将接收到的数据帧分离出IP报文,转交给其上一层——IP层。

2．IP层

这一层是TCP/IP的第二层。本层对应于OSI/RM的第三层——网络层。本层使用的主要的协议是IP协议，其主要功能是根据IP地址，把IP数据报传送到目标主机。如果目标主机相距较远，例如跨越很多子网，则IP数据报必须由路由器选择不同的路径进行转发。互联网上在此层工作的关键设备是路由器。路由器负责将两个相同或不同结构的网络相连接。它根据IP数据报的目标地址，决定是否将IP数据报转发给另外一个网络和其他的路由器。主机与路由器之间交换控制信息使用的是ICMP协议。它也是工作在IP层的协议。在该层工作的另外值得一提的是地址解析协议ARP( Address Resove Protocol )。在互联网上使用的是IP地址, 但在物理传输时必须把数据传送给具体的物理设备。也就是必须知道目标物理地址——MAC地址。地址解析协议是负责将互联网地址——IP地址转换为物理地址——MAC地址的协议。

3. TCP层

本层和OSI/RM的传输层相对应。在本层的主要协议是传输控制协议TCP( Transfer Control Protocol）。它是面向连接的协议。也就是传输的两个设备之间，首先要建立起连接，然后再传送数据。如果数据有丢失，则自动重传。它为数据传输提供了较高的可靠性。当发送TCP数据时，网络的变化（如果某条链路拥挤导致路由器为不同的报文选择不同的路径）会使到达的报文顺序混乱，有可能使后发的报文先到。接收端的TCP必须按正确的顺序排好报文，并交给其上一层——应用层。

TCP每次传输数据时必须先建立连接。连接的过程需要三次握手才能完成。然后进行数据传输。数据传输完毕后拆除连接。而拆除连接也需要三次握手才能完成。 所以，从这里我们可看出TCP数据传输效率不高。如果要传输的数据量较少，而且可靠性又要求不高的话，不宜采用TCP传输。

为了区分同一系统上不同的通信应用程序，传输层对不同的应用分配了不同的端口号（十六位二进制数）。比如说，我们常见的互联网应用程序都有固定的端口号。比如：

文件传输FTP：21；

远程登录Telnet：23；

简单邮件传输协议SMTP：25；

简单文件传输协议TFTP：69；

超级文本传输协议HTTP：80；

邮局协议POP3：110；

这些端口是属于“已知端口”（The well known ports ）。其范围为0～1023。此外，还有“已注册的端口”（The Registered ports ），范围为1024～419151；动态／私有端口（The dynamic and/or private ports），范围为419152-65535。

用户数据报协议UDP（ User Data Protocol ）也是传输层协议。与TCP协议不同的是，它是一种无连接的协议。它发送数据时不必事先建立连接，发送完毕以后也不考虑对方是否收到。它的传输效率比较高，但可靠性没有保证。其可靠性由网络层决定。非常适合简短报文的传输。比如，应用层的简单文件传输协议TFTP（Trivial File Transfer Protocol）、域名服务DNS（Domain Name Server）和简单网络管理协议SNMP（Simple Network Management Protocol）等就使用UDP协议。

４．应用层

应用层与OSI/RM的最高３层相对应。TCP/IP协议在应用层采用的协议因不同的应用而不同。比如：

文件传输：采用文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）；

电子邮件：采用简单邮件管理协议SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）和邮局POP3（Post Office Protocol）协议；

WWW应用：采用超级文本传输协议HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）；

远程登录： 采用远程登录协议Telnet；

网络管理： 采用简单网络管理协议SNMP；

总之，应用层由各种不同的协议组成。上面介绍的是常用的一些协议，对于不同的应用，用户可以根据需要使用现有的应用层协议或利用TCP或UDP编写自己的协议或应用程序。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/5c28bc94f9c75fbfc77da26925c52cc58bd690fe.html