第四章 网络互连与 TCP/IP协议
计算机网络技术基础
莆田学院计算机教研室
2003年 4月
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本章主要内容
? 网络互连（ internetworking）
? TCP/IP协议族（ TCP/IP protocol suite）
? 网络接口层（ Host to network）
? 互连网络层（ IP层，网际层）
? 传输层（ TCP层）
? 寻址方案
? IP地址
? 子网掩码
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4.1 网络互连（ internetworking）
? 4.1.1 网络互连概述
? 上一章讨论的局域网是 单个 的 同种协议网,即网络中每台
机器对应层所用协议相同，通信是在同一个网络内不同主
机之间进行的。而所谓,网络互连,，就是采用各种网络
互连设备将同一类型的网络或不同类型的网络相互连接起
来，形成所谓, internet―（互连网络）,使一个网络上的
主机能与另一网络上的主机相互通信。因特网 (Internet)是
世界上最大的 internet。
? 此外，为了保证网络的传输性能、可靠性及安全性，一般
要求一个网络所管理的范围不要太大，这就要求把一个大
的网络分解成若干个较小的子网，通过网络互连技术，形
成所谓的 Intranet（内部互连网），以便隔离故障，提高
安全保密性，方便网络管理。校园网是典型的 Intranet。
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4.1 网络互连（ internetworking）
?4.1.1 网络互连概述
?与局域网相比，通过互连网络进行通信的主机 必须具
有在不同网络间进行网间寻址（路由选择）的能力 。
从通信子网的角度看，不同网络之间的主机可以采用
不同的物理层和数据链路层协议，但 必须具有相同的
网络层协议，采用统一的互连网络地址 。从资源子网
的角度看，由于网络通信的复杂性和多变性，网络层
协议主要用来实现网间寻址，通常不能保证可靠的数
据传输，所以各主机还必须 具有相同的传输层协议，
以保证通过网络互连进行通信的应用程序之间具有稳
定可靠的数据传输。目前网络互连技术中最常用协议是在因特网上得到广泛应用的TCP/IP协议族 。对部门级和负责系统集成的网络工程师而言，
技术的重点则是各个单位 Intranet的组网及管理技术 。
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4.1 网络互连（ internetworking）
? 4.1.2 Intranet技术特点 (复习 )
本课程中叙述的 Intranet可以包括以下网络类型：
? 企业内部网（ Intranet）
? 园区网 /校园网 /小区网（ Campus networks）
? 城域网（ MAN,Metropolitan Area Network）
其基本特点 ——
? 服务基于 Internet 技术：通常提供 WWW,E-mail,FTP,BBS、
虚拟网 （ VLAN） 等服务或功能,良好安全性
? 组网基于 LAN技术：主机 /服务器为中心，核心交换机为主要通信
设备，独立的网络资源和管理系统，部分或全部使用专门敷设的线
路
? 使用代理服务器并通过路由器实现 Internet接入 （ 小系统可使用
ISDN等其他接入方式 ）
? 本身可由若干个 LAN组成
? 使用 TCP/IP协议实现内部及与外部的网络互联
? 高的网络通信带宽（ 10M/100M/1000M?? ）
? 配臵有各种网络数据库系统
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4.1 网络互连（ internetworking）
?4.1.3 Internet与 Intranet比较
Internet与 Intranet相比，主要差别在于 前者强调其开放性,
因为其服务对象是所有 Internet用户，整个网络在管理上不隶
属于任何组织或个人，用户使用简单的设备（如 Modem）就
可以自由接入； 后者注重网络资源的安全性,因为其服务对
象是某一单位或组织内部的所有或部分人员，所以要有独立
的网络软硬系统、严格的管理制度和专门的管理技术人员，
并且为了达到安全保密的目的，要采取加密、认证、防火墙
等安全管理措施。此外,Intranet 组网投资高，需要进行认真
规划和方案优化。
注：与 Intranet相对的通常还有 Extranet（外部网）,即连
接到另一组织的内部网的内部网。 Extranet一般采用 VPN
（虚拟专用网络） 技术。所谓 VPN，简言之，即使用 Internet
而不是使用专线来动态地而非永久性地进行网络连接，降低
了线路使用费用，同时通过独特的鉴别、加密和遂道操作，
使电子邮件、数据传输和远程通话安全性得到极大提高。
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4.2 TCP/IP协议族（ TCP/IP protocol suite）
? 传输控制协议 /互连网络协议 (Transmission
Control Protocol/Internet Protocol,TCP/IP）
是由许多协议组成的一套网络通信标准协议。
TCP/IP是 Internet的标准协议，所以实际上已成为
几乎所有现代网络计算机必备的的协议。
? TCP/IP协议当初是为美国国防部研究计划局 (ARPA)
的 ARPAnet（ Internet之前身）设计的，目前已被
公认为是异种计算机、异种网络彼此通信的重要协
议。该协议族除了作为传输控制协议的 TCP和互连
网络协议 IP之外，还包括多种其他协议，其中有工
具性协议、管理性协议 及应用协议等。
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4.2.1 TCP/IP模型
? TCP/IP本身为一种四层模型，与 OSI参考模型的对应
关系如图：
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4.2.1 TCP/IP模型
? TCP/IP本身为一种四层模型，与 OSI参考模型的对应
关系如图：
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4.2.1 TCP/IP模型
TCP/IP重要功能
·编址
使用网间统一地址,IP地址
·信息分割
网间传送带 IP地址的 packet
·流量控制（网间）
·差错控制（网间）
·路由（网间寻址）
对照以太网的相应功能：
·编址
使用固化的物理地址,MAC地址
·信息分割
网内传送带 MAC地址的 frame
·流量控制（网内）
·差错控制（网内）
·广播（网内寻址）
作为通信协议组,TCP/IP包括如下重要功能：
从实用的角度看,TCP/IP提供了 ——
? 网络应用程序,smtp,ftp,telnet等 （用户上网实用软件）
? 两种网络通信服务：无连接和面向连接 （ TCP/IP驱动程序，供程序员开
发软件使用）
? 网络传送技术方法：寻址、路由选择、协议的具体实现 (网络操作系统与
硬件设计指南 )
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4.2.2无连接和面向连接的通信服务
? 面向连接 (connection-oriented)的通信 P225
发送数据包（ packets）前，发送方的网络层协
议应 首先 与接收方的网络层协议 建立连接 （握
手）。连接建立后，从同一个源地址到同一个源
目标地址的数据包串即开始一个接一个地 沿同一
条路径被逐个传送 。连接建立后具有同样源地址
和目标地址的数据包串的路由选择只在建立连接
时进行一次。路由器不必为每个数据包重复计算
路由。
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4.2.2无连接和面向连接的通信服务
? 无连接 (connectionless)的通信 P224
网络协议对每个数据包都单独处理，各数据
包间不存在任何联系。一个报文中的各个数据
包 可能通过不同的路径到达目标地址，且到达
的顺序与发送的顺序未必一致 。
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? 这两种服务的区别类似于电话系统和普通邮政系统所提供服务的
区别。
? 面向连接的服务 过程：建立连接 —— 数据传送 —— 断开连接。
这个过程类似于普通电话通话,拨号等待对方摘机建立通路 ——
相互交谈 —— 挂机断开通话。
? 无连接的服务 过程：发送方发送的每一条信息或报文 （ message ）
必须带有完整的目标地址，并且每一个报文都独立于其他报文经
由系统选定的路径传递到目的地。
这个过程类似于普通邮政传递,每一封信上都必须写上完整的收
信方地址（打电话时只要一开始拨号电话接通，就不需要每讲一
句话都重复拨一次对方的电话号码），并且每一封信都独立于其
他信件经由邮政部门选定的路径传递到收信方。当使用无连接服
务的两个报文发向同一目标时，可能先发的报文在途中丢失或延
误了，而后发的报文反而先收到，如同信件可能在途中遗失或先
发的后收到一样。
换言之，无连接的服务不能保证报文不丢失和一定按序到达，而
这在面向连接的服务中是绝对不可能发生的。
4.2.2 无连接和面向连接的通信服务
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在 OSI的传输层、网络层和 TCP/IP的传输层中，都允许提供面
向连接的服务或无连接的服务。但在 TCP/IP的网络层中只提
供无连接的服务。之所以如此，是考虑它所互连的通信子网是
五花八门的，只要由源到目标途中任何一个通信子网是无连接
的，互连在一起就是无连接的。
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4.3 网络接口层（ Host to network）
? TCP/IP模型中，网络接口层相
当于 OSI的物理层（物理信号 /
编码） + 数据链路层（帧传
送）。该层在 TCP/IP模型中不
作规定，使用不同协议的各种
通信网和各种 LAN中各种主机
只要支持并安装 TCP/IP协议，
即可与 TCP/IP模型的上层（网
络层）进行通信。
? 其功能：
①将网络层送来的 IP数据报封装为网络帧，然后通过传输媒介发送
到网络上；
②接收并校验传输媒介送来的网络帧，然后还原为 IP数据报送到网
际层。
? 该部分的功能实际上是由各通信网络本身提供的。
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4.4 互连网络层（ IP层、网际层）
? 相当于 OSI的网络层。该层运行的协议有：
? IP协议 用于数据传送
? ARP,RARP,ICMP和 IGMP协议
用于网络互连控制 ——差错报告与连接状态查询等
? 路由协议 用于选择路由
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4.4.1 IP协议（互连网络协议,Internet Protocol）
? IP协议是网际层最重要的协议，负责在 通信子网范围内 实现
跨越 互连网络的主机间 的相互通信（ 数据报 的分类和交付）,
即“主机对主机”（ host-to-host）的通信 (计算机级通信） 。
datagram, 互连网络云,
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4.4.1 IP协议
?IP协议的主要功能可以归纳为三点：
①生成与接收携带 IP地址 的,数据报,
②在互连网络的不同主机间实现 无连接的传输服务
③在互连网络之间实现数据报传送的路由选择
【 数据报,datagram】
Packets in the IP layer are called datagrams.
IP层中的数据包称为“数据报”。
,简明英汉词典, 中作如是解：
,自带寻址信息 的 独立地 从数据源行走到终点的数据
包。,
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4.4.1 IP协议
?IP协议是一种不可靠的无连接协议, 用于, 主机 -
主机, 间的通信 。 它提供的是一种所谓, 尽力传送,
的服务 。 所谓, 尽力, 是指 IP不提供差错校验或跟
踪服务 。 它只是, 尽力, 进行到目标地址的传送,
但并不做任何保证 。 如果确实要求可靠传输, IP必
须和某个高可靠性的协议 （ 如 TCP） 配套使用 。 日
常生活中提供, 尽力传送, 服务的实例是邮政局,
它尽力传送邮件但并不保证全部成功 。 如果一封信
由于这种, 不可靠, 的传递丢失了, 只有让发送者
或接收者自己来发现这种丢失, 并解决问题 。 邮政
局并不跟踪每封信的传递, 也不通知发信人信件已
经丢失或损毁了 。
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4.4.2 IP数据报 P233图 6.7
? IP数据报由两部分组成,报头 和 数据 。数据报总长 20～ 65536字节。
报头
每行 32位 (4字节 )
20字节 (基本 )
60字节 (加选项 )
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4.4.2 IP数据报
协议版本 （ 4位）
目前流行版本号为 4，即 IPv4。它向主机上运行的 IP软件表明
该数据报为 IPv4格式。所有字段均应按 IP协议第四版的规定翻
译，如果机器正在运行其他版本的 IP，该数据报被丢弃。
报头长度 （ 4位）
该字段以四个字节为单位规定了报头部分的长（默认为 5，即
5× 4=20字节）。
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4.4.2 IP数据报服务类型 （ 8位）
规定优先级（ 0～ 7,7最高）、可靠度和延迟参量等。其中优
先级 IPv4不用。
优先级
3位
低延迟
D
高吞吐量
T
高可靠性
R
最小成本
C
未用
DTRC四位称,TOS‖（ Type of Service）位，臵,1‖时表示启用该服务，
但四者中一项较高其余三项必较差，四位都臵,1‖没有意义。
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4.4.2 IP数据报
总长度 （ 16位）
65536个字节，即 0～ 65535（ 216-1）
标识 （ 16位）
源主机赋予各数据报的唯一标识，当数据报分片通过子网传输
时使用之。
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4.4.2 IP数据报
标志 （ 3位）
第 1位不用，第 2位为 1表示不分片，第 3位为 1表示非最后的报
片。
片偏移 （ 13位）
本片数据在初始数据报区中的偏移量（以 8个字节为一个单
位）。
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4.4.2 IP数据报
? 网络数据都是以帧的形
式通过物理网络传输的，
IP数据报也要封装成帧
来传输。但是不同的物
理网络对帧的大小有不
同限制（可以被封装在
一个帧中的最大数据长
度称最大传输单元
MTU）。数据报在一个
物理网络即使能被完全
封装在一个帧中，到另
一个物理网络也未必如
此。不同网络的 MTU大
小见右表。
协议 MTU（字节）
Hyperchannel 65535
令牌环（ 16Mbps） 17914
令牌环（ 4Mbps） 4464
FDDI 4352
以太网 1500
X.25 576
PPP（点对点） 296
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4.4.2 IP数据报
? 为了使 IP协议独立于具体的
物理网络,IP协议选择在源
主机所在物理网络上进行最
大限度封装（可达 65535字
节），同时提供分片
（ fragmentation）机制，在
MTU（由硬件决定）较小的
网络上将数据报分成较小的
“片”进行传输，每个片都
有自己的报头，而且各片的
报头基本相同。分片是在
MTU不同的两个网络交界处
（网关或路由器）进行，一
个数据报在达到目标地址前
可能会进行多次分片。而片
的重组则在目标主机进行。
? 一个数据报在传输中，不管
分成多个片，各片均具有相
同的标识号。目标主机根据
此标识号和源地址判断所收
到的片属于哪个数据报。片
偏移则用于重组时确定其顺
序。标志第二位为 0时，第三
位将用来：为 1表示非最后报
片，否则目标主机便知收到
了最后一片，并将其片偏移
加上本片总长即为原始数据
报长。通过将各已到片的长
度之和和与原数据报长比较，
便可知本数据报各片是否全
部收到。
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4.4.2 IP数据报
生存时间 （ TTL,time to live,8位）
实际上是一个计数器，代表 IP数据报在互联网中停留的最长时
间（每通过一个路由器自动减 1，为 0时若仍未到达目的地则
被丢弃）。
用户协议 （ 8位）
规定最后送达目标使用 IP层服务的高层协议，如 TCP,UDP、
ICMP和 IGMP，高层协议的号码（值）由 TCP/IP权威管理机
构分配 。
值 协议
1 ICMP
2 IGMP
6 TCP
8 EGP
17 UDP
41 IPv6
89 OSPF
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4.4.2 IP数据报
报头检验和 （ 16位）
保证报头的正确性。
数据报选项
用于网络控制、测试和调试。
选项分为四类。
数据报选项
记录路由 (记录最多 9个所经过的路由节点的 IP地址） ——测
试用
严格源路由 （预先设定数据报必须经过的传送路由 ——只能
访问所列的路由节点）
自由源路由 （预先设定数据报必须经过的的部分传送路由 —
—其间可有其他路由节点）
时间戳（ timestamp） （记录数据报经过的每一路由节点的 IP
地址和时间） ——测试用
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4.4.2 IP数据报
填充
通过填充一定数量的 0来保证 IP数据报头是 4个字节的整倍数。
源站点 IP地址 （ 32位）
目的站点 IP地址 （ 32位）
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? ICMP（ internet control message protocol） P234
使用不可靠的无连接的 IP协议传送数据，优点是可以
高效地利用网络资源，缺点则有两点：
? 缺少出错报告和出错纠正功能 如果路由器找不到通
往目标主机的路径或传送超时必须丢弃某个数据报时
怎么办？如果目标主机无法及时接收所有发来的数据
报而必须丢弃某个数据报时怎么办？（ IP协议本身并
不负责通知源主机）
? 缺少主机和管理查询功能 主机有时需要确定一下某
个路由器是否,alive‖（在工作），网络管理员有时
也需要了解其他主机或路由器的信息。
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? ICMP协议即是为了解决这两个问题而设计的。它发送 五种
出错报告报文 和 四组查询报文 来支持不可靠的无连接 IP协
议。它本身是一个网际层协议，但其信息总是封装在 IP数
据报内再送到下层传送。（ IP数据报中,用户协议,字段
的值为 1时表示是一个 ICMP报文）。
IP数据报
(―用户协议,字段为 1
时,传送 ICMP报文 ) 在数据链路层封
装成,帧,
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? ICMP报文可以分为两类：
◆ 出错报告报文 ◆ 查询报文
?报文格式如下：
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? 其中, 类型, 字段值见表,参见 P235
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① 出错报告报文
当路由器或主机处理某个 IP数据报遇到问题时报告之，
例如，当 IP数据报不能到达目的地（网络、机器或端
口）或网络出现阻塞，网络中某个监测到此错误的站
点（中间网关）便向源主机发送封装有 ICMP信息的
IP数据报。
【 注意 】 ICMP的出错报告报文仅用于向源主机报告出
错信息，并不能纠正数据报中的任何出错。此外，由
于 ICMP报文总是封装在无连接型的 IP数据报中，所
以用于“出错报告”的 ICMP报文本身也可能丢失。
可以报告的出错类型有五种：目标不能到达，源抑制，
数据报超时，数据报参数错，重定向。
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出错报告一,目标不能到达（类型,3）
共有 15种出错代码，分别表示 ——
Code 0：网络不可到达
Code 1：主机不可到达
Code 2：协议不可到达（目标主机未运行 IP数据报所需的上层协议如 TCP,UDP等时）
Code 3：端口不可到达（数据报发往的应用程序此刻未运行）
Code 4：要求分片但未分片（发送的数据报太大）
Code 5：源路由不能完成（源路由项中的一个或几个路由器无法访问）
Code 6：目标网络未知
Code 7：目标主机未知
Code 8：源主机处于隔离状态（ isolated）
Code 9：与目标网络的通信被管理员禁止
Code 10：与目标主机的通信被管理员禁止
Code 11：网络不能到达，要求特定的服务 (如果源主机请求某种服务，路由器才能处理数据报 )
Code 12：主机不能到达，要求特定的服务 (如果源主机请求某种服务，路由器才能处理数据报 )
Code 13：主机不能到达，因为管理者对它设臵了过滤
Code 14：主机不能到达，因为主机的优先权受到妨碍（所请求的优先权对目标主机不适用）
Code 15：主机不能到达，因为主机的优先权被剥夺
带有 Code 2和 3的报文只能由目标主机产生，其余
只能由路由器产生。
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出错报告二,源抑制（ Type,4； Code,0）
当源主机传送数据的速率太高时，路由器或目标主机用此报文通知
源主机：因为缓冲来不及引起的阻塞（ congested），数据报已被丢
弃；请“抑制”（ quench）！
出错报告三,数据报超时（ Type,11）
Code 0,当路由器接收到一个数据报发现其 TTL值为 0时，它将丢弃
该数据报并向源主机发送一个超时报文。
Code 1,当目标主机发现在规定时间内无法接收到某个数据报的所有
分片时，它将丢弃所有的分片并向源主机发送一个超时报文。
出错报告四,数据报参数错（ Type,12）
数据报头出现“语义含糊”（ ambiguity）或错误时，路由器或目标
主机将丢弃该数据报并向源主机发送报告“参数出了问题”的报文。
Code 0用于报告报头中某个字段有问题,Code 1用于报告其他部分
数据丢失。
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出错报告五,重定向（ Type,5,Code, 0～ 3）
路由器和主机都必须使用路由表来引导数据报的发送和转发。路由器的路由表是动态
更新的，而主机的路由表通常是静态的（因为主机数量很多，动态更新可能会严重占
用带宽），且其路由条数很有限。重定向报文由路由器发给主机，帮助主机更新路由
表。
Code 0～ 3与路由的方式有关。
如右图，主机 A欲向主
机 B发送数据报，显然
通过 R2是最有效的路由
选择，但主机 A根据自
己的路由表，却不知道
应该这样做，而将数据
报先发给路由器 R1。
R1在查看了自己的路由
表后，发现数据报应直
接发给 R2。于是一边向
R2发送数据报，一边向
主机 A发送一个重定向
报文，让它更新自己的
路由表。
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
② 查询报文
除了出错报告,ICMP还可诊断某些网络问题，具体是通
过四对请求（源 A）和应答（目标 B）报文进行：
? 回应请求和应答,检测两个系统（主机或路由器）能否在
IP层进行彼此通讯（ PING命令）
? 时戳请求和应答,检测两个系统间信息往返时间或对两个
系统的时钟进行同步
? 地址掩码请求和应答,主机向路由器（网关）发出请求，
路由器的应答为该网络的子网掩码
? 路由器请求和通告,如果一台主机需要知道与其网络相连
的各路由器地址及这些路由器是否在工作，可以广播一个
“路由器请求”报文，收到该报文的所有路由器都将使用
“路由器通告”报文广播其路由信息。
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
③ PING命令的使用
用来测试网络通道连通性的 PING命令就是一种使
用 ICMP回应请求和回应应答报文来确定网络上某
台 IP系统是否正常工作的连接验证命令。它连续 `
向对方发送 ICMP数据包，根据对方回应的数据报
判断网络连通与否并统计数据传输时间等：
Let’s try…
C>ping 172.16.1.20
C>ping 172.16.1.21
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4.4.4 ARP和 RARP协议
? 在同一个物理网络（如 LAN）中，主机之间的通信是
通过数据链路层中的所谓“物理地址” (―MAC地址” )
相互访问的。该地址出厂时已固化在设备（如网卡）
的 ROM中，它在全球唯一。所以同一个物理网络中
各个设备的物理地址一般是无规律可言的。
? 而在“互连网络” ——由几个物理网络通过路由器和
网关之类的网络互连设备组成的网络 ——中，为了便
于通信和管理，往往需要对组成互连网络的各物理网
络、网络互连设备及主机等进行统一编号。在 TCP/IP
网络中，此统一编号称为,IP地址”，它在整个互连
网络中唯一。该地址仅用于网络层（如 IP层），物理
网络不能识别它。
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4.4.4 ARP和 RARP协议
? 从用户间通信的角度看，往往知道的是通信双方的逻辑地
址（软件识别）。而从网络间通信的角度看，真正使用的
只能是设备的物理地址（硬件识别）。这就需要在通信时
实现逻辑地址与物理地址的相互“映射”（ mapping）。
? 所谓“映射”，有两种方法：一是静态映射，即人工建立
一个物理地址与逻辑地址的对照表（地址映射表），其缺
点是网络发生变化时（如更换网卡或加入新站时），需对
该对照表及时进行人工更新；二是动态映射，即由主机等
通过地址解析协议，在高速缓存中建立一个物理地址与逻
辑地址的地址映射表。通信时，只要知道对方的一个地址，
就可以获得另一个地址。 TCP/IP网络中，地址解析协议有
两个,ARP用于将逻辑地址“映射”（ map）成物理地址
（ MAC地址）,RARP则的作用则正好相反 。
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4.4.4 ARP和 RARP协议
① ARP——地址解析协议（ Address Resolution Protocol）
其原理是：主机试图发送数据报时，
先检查机上 ARP高速缓存中的地址
映射表，如果找不到所需的 IP-MAC
地址项，则由 IP自动调用 ARP，向
目标主机发送一个带有源硬件地址
和主机 IP地址、目标主机 IP地址的
ARP请求帧，然后将该请求帧在本
地网上广播,IP地址与请求帧的目标
主机 IP地址相同的主机将接收该帧，
并向源主机发送一个包含本身硬件
地址的 ARP响应帧。双方主机分别
在内存的 ARP高速缓存中建立一个
IP-MAC地址映射表，此后双方通信
均可按硬件地址直接发送。
如果跨子网，则两边主机分别与路
由器两端口的硬件地址进行 ARP地
址解析。
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4.4.4 ARP和 RARP协议
① ARP——地址解析协议（ Address Resolution Protocol）
ARP数据包格式：
硬件类型（ 2字节） 协议类型（ 2字节）
硬件长度 协议长度 操作方式（ 2字节）
发送者硬件地址（以太网中为 6个字节）
发送者协议地址（ IP中为 4个字节）
目标硬件地址（以太网中为 6个字节，请求
时不填）
目标协议地址（ IP中为 4个字节）
·硬件类型,ARP所运行的网络类型，以太网为 1。·协议类型,IPv4为 080016。 ARP可以由任何更高层的协议使用。硬件长度,硬件地址长度（字节），以太网为 6。协议长度,逻辑地址长度（字节）,IPv4为 4。·操作方式,请求为 1，响应为 2。
请求数据包中目标硬件地址填充 0。
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1010…101011
前导和同步
DA
目标
地址
SA
源地
址
0806
Type
类型
ARP请求或响应数
据包
FCS
帧校
验
8字节 6字节 6字节 2字节 46-1500字节 4字节
4.4.4 ARP和 RARP协议
① ARP——地址解析协议（ Address Resolution Protocol）
ARP数据包在以太网帧中的封装（类型值,0x0806）：
通常可用 arp命令用于查看、管理 ARP高速缓存，创建一个 IP
到 MAC的地址关联。
arp –s 172.16.144.5 00A0F800D42A 设臵关联
arp –a 显示关联情况
arp -d 删除关联
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4.4.4 ARP和 RARP协议
② RAPP——逆向地址解析协议（ Reverse Address Resolution Protocol）
与 RAP 相似,
只是功能为将
物理地址
（ MAC地址 ）
转换为 IP地址
（ 无盘工作站
等使用 ） 。
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1010…101011
前导和同步
DA
目标
地址
SA
源地
址
8035
Type
类型
RARP请求或响应
数据包
FCS
帧校
验
8字节 6字节 6字节 2字节 46-1500字节 4字节
4.4.4 ARP和 RARP协议
② RAPP——逆向地址解析协议（ Reverse Address Resolution Protocol）
RARP数据包在以太网帧中的封装（类型值,0x8035）：
硬件类型（ 2字节） 协议类型（ 2字节）
硬件长度 协议长度 操作方式（ 2字节）
发送者硬件地址（以太网中为 6个字节）
发送者协议地址（ IP中为 4个字节，请求时不填）
目标硬件地址（以太网中为 6个字节，请求时不填）
目标协议地址（ IP中为 4个字节，请求时不填）
RARP数据包格式：
操作方式：请求为 3，响应为 4。其余同 ARP数据包。
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4.4.5 IGMP（互连网络主机组管理协议）
?IGMP（ Internet Group Management Protocol）
用于建立和管理多播组。
附：网络上发送的所有 TCP/IP协议帧（数据包）
都是下述三种类型之一：
?广播（ Broadcast）帧 ——通过目标地址
FFFFFFFFFFFF发送到网上所有主机
?组播（ Multicast）帧 ——交付给一组主机（须注
册组播地址）。
?单播（ Unicast）帧 ——最常见
（路由选择协议留下一章介绍）
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4.5 传输层（ TCP层）
4.5.1 传输层的功能 P309
a,进程间的通信传输
? 主机对主机（ host-to-host） 的通信（计算机级通信）
? 进程对进程（ process-to- process） 的通信（应用程序级
通信）
网络层协议的 IP协议用于实现计算机级的通信（主机 -主机
的通信）,即它只负责将信息送到目标计算机处。这种传
送是不够完整的，因为一台计算机往往可能同时运行几个
程序。所以，通信的传输不仅是从一台计算机到另一台计
算机，而且还应从一台计算机上的某个 进程 （ process，
正在运行的程序） 到另一台计算机上的某个进程。传输层
协议的任务之一就是把信息进一步传送给适当的进程，从
而建立进程对进程的通信。或者说,网络层使组成报文的
每个数据包到达了 正确的计算机,而传输层使整个报文到
达了该计算机上 正确的进程 。
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多进程的概念
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4.5.1 传输层的功能
b,两种传输服务
? 面向连接的传输服务 TCP协议 （要求可靠传输）
? 无连接的传输服务 UDP协议 （要求高效传输）
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4.5.2 用户数据报协议（ UDP）
? 用户数据报协议（ UDP,User Datagram Protocol） 是一
种无连接的不可靠（ connectionless,unreliable）的传输层
协议。
1.UDP的特点
?独立传送
由 UDP发送的数据报都是一个独立的数据报（同源同目的不
同路径）,所以存在 /接收后复装问题
?不提供流量控制功能 （接收端有可能出现接收溢出）
?简单的差错控制功能
只有报头的检验和，没有其他任何差错控制机制，发送端无
法知道某个报文是否丢失或重复发送了。而当接收端通过检验和
发现差错时，也只是悄悄地将用户数据报丢弃。
如果需要，流量控制和差错控制功能应由使用 UDP的进程提
供。
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4.5.2 用户数据报协议（ UDP）
2．端口号（ Port Numbers）
进程间的通信标识 （相当于邮箱）,每个端口号只对应主机上的一个进程。
端口号取值范围,0～ 65535（整数）
对最常用的,客户机 -服务器”（ client-server）系统,TCP/IP规定：
◆ Client端进程的端口号
由运行在客户端主机上的 UDP或 TCP软件随意选定
◆ Server端进程的端口号
使用“公认的”端口号（ well known port numbers）
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端口号 可分为 3大类,
1)公认端口（ Well Known Ports）, 0到 1023
常用见下表,
端口 应用层协议 说明
7 Echo（响应） 向发送端回送一个接收数据报
9 Discard（丢弃） 丢弃所接收的任何数据报
20 FTP，数据 文件传输协议（数据连接）
21 FTP，控制 文件传输协议（控制连接）
23 Telnet （网络终端）远程登录
25 SMTP 简单邮件传输协议
53 DNS 域名服务器
80 HTTP 超文本传输协议
161 SNMP 简单网络管理协议
2)注册端口（ Registered Ports）：
从 1024到 49151。
它们松散地绑定于一些服务。
3)动态和 /或私有端口（ Dynamic and/or Private Ports）：
从 49152到 65535。
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4.5.2 用户数据报协议（ UDP）
实现 UDP实现端对端连
接时需要用到两种标识
符：
? IP地址 （哪台主机）
? 端口号 （哪个进程）
这两种标识符的组合称为
“套接字地址”。
3．套接字地址（ Socket Address）
使用 UDP协议时，需要用到一对套接字地址：
● 客户机的套接字地址 ● 服务器的套接字地址
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端口号,IP地址、套接字地址与 TCP/UDP网络通信
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名词解释：套接字（ socket）
? 用于在网络上实现数据发送和接收功能的
应用程序接口（ API），一般由操作系统提
供。网络应用程序编写者可以象调用标准
函数一样调用它们以简化各种网络应用程
序的开发工作量。其中 Windows操作系统
提供的叫 Window socket。
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Socket的类型
Socket有三种类型：
? Stream socket(字节流套接字）
用于面向连接的协议 (如 TCP）。
? Datagram socket(数据报套接字）
用于无连接的协议（如 UDP）。
? Raw socket (原始套接字）
用于某些直接使用 IP服务的协议,
如 ICMP和 OSPF既不使用 Stream
socket，也不使用 Datagram
socket。
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4,UDP的应用
UDP的突出优点是简单高效，主要适用于：
? 要求简单“请求 -响应”通信和不计较流量和差错
控制的进程（ SNMP等管理性进程）。
? 具有流量和差错内控机制的进程，如 TFTP（简单
文件传输协议）。
? UDP软件内嵌的多播和广播功能使它很适合作为
一种多播和广播传输协议使用。（ TCP软件无此
类功能）。
? 短信息传送进程（如 OICQ）。需要发送大批数据
的进程不宜用之。
? 所有的广播和组播也只能用 UDP作传输协议。
OQ普通用户使用 UDP（服务器端口号 8000）传送。在用户
注册时如果使用其会员功能，即可使用 http协议登录。系统
会提示“该功能目前只对会员开放,HTTP协议会比常规的
QQ协议速度慢，因此，建议您在网络状态良好的情况下，
请不要选择该项功能”。
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4.5.3 传输控制协议（ TCP) P327
? 传输控制协议（ TCP,Transfer Control Protocol） 是一种
面向连接的可靠的（ connection-oriented,reliable）传输
层协议。
1.TCP的特点
为各种 IP服务提供了面向连接的可靠的功能。它建立并
维护网络上两个通信主机间的连接，当两者之间传送 IP数据
包时，一个包含流量控制、排序和差错校验的 TCP报头被附
加在数据包上，到主机的每一个虚拟连接皆被赋予一个端口
号（相当于一个邮箱）。与 UDP一样,TCP寻址需要用到一
对套接字地址：客户机的套接字地址和服务器的套接字地址。
TCP通过三次握手为两端应用程序建立连接或结束连接。
P330图 8.16
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2,TCP的特别服务
TCP提供了 UDP不提供的一些服务。
? 流数据服务（ Stream Data Service）
TCP被认为是一种流传输层服务 (Stream transport layer
service),即发送方 TCP从发送端的应用程序中接收字符流,
将它分为具有适当大小的的称为,报文段,（ segments）
的数据包 (packets)，然后发送到网络上。接收方 TCP接收
“报文段”，提取出其中的数据，并进行排序（到达顺序
有误时），然后把这些数据作为一个字符流传送给接收端
的应用程序。在此过程中,发送方和接收方的 TCP都使用
了缓冲区（ buffers） 存放来自发送端应用程序“写入”的
数据或将接收的报文段数据存放在接收缓冲区中，等待接
收端的应用程序“读取”。
4.5.3 传输控制协议（ TCP) P327
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流数据服务过程
发送方
TCP
接收方
TCP
发送方
应用程序
发送方缓冲区
接收方
应用程序
接收方缓冲区
报文段 报文段
IP 数据
报
IP数据报
发送 接收字节 流 字节 流
分段
组合
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2,TCP的特别服务
?全双工服务
TCP提供全双工服务，即两个应用程序彼此连接后，
它们都可发送和接收数据。 TCP还采用一种叫做
,piggybacking‖（载答，借道法）的方法，使确
认应答可以和数据一起发送。
?可靠的服务
TCP是一种可靠的传输协议。它使用“差错控制”
和确认机制等来检查数据是否安全可靠到达。
4.5.3 传输控制协议（ TCP) P327
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3,TCP报文段 (segment)
? 两个使用 TCP的设备之间数据传输的单位是“报文段”。报
文段的格式如下,P329图 8.15
? 报文段由两部分组成：报头和数据。报头部分 20（基本）～
60（加上选项）字节。
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3,TCP报文段 (segment)
? 源端口地址 发送本报文段的主机中应用程序的端口号。
? 目标端口地址 接收本报文段的主机中应用程序的端口号。
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3,TCP报文段 (segment)
?序列号 分配给本报文段数据第一个字节的编号。为了保证连接
性,TCP对每个被传输的字节都须编号。序列号告则为报文段
中的第一个字节的编号。
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3,TCP报文段 (segment)
?确认号 希望接收的另一方发来的字节编号。如果报文段的接收
方成功地从另一方接收的字节编号为 X，它就将 X+1定义为确认
号。确认应答和数据可以一起“载答”传送。
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3,TCP报文段 (segment)
?报头长度 以四个字节为单位，其值为 5～ 15（报头长度为 20～
60字节）。
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3,TCP报文段 (segment)
?控制编码 URG ACK PSH RST SYN FIN
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3,TCP报文段的控制编码
标识 说明
URG 紧急指针字段有效
ACK 确认字段有效
PSH 请求对数据进行“推”操作
（立即送应用程序，不等缓冲
区满）
RST 连接复位（由于主机崩溃或其
他原因出现错误连接时）
SYN 连接期间序列号同步（用于建
立连接）
FIN 拆除连接
【 推数据 】 （ pushing
data） 如果发送方应用程
序要求要求将写入的数据
（哪怕 1个字节）应立即
发出而不必等缓冲区满，
可使用,push‖ 操作，即
令 PSH=1。
【 紧急数据 】 （ urgent
data） URG=1时，表示所
发数据为“紧急数据”，
紧急数据的范围从报文段
数据开始处直到紧急指针
所指处。接收方的 TCP收
到一个 URG=1的报文段时，
会将其中的紧急数据提取
出来，并立即传送给应用
程序，而不管它在字符流
中的位臵如何。
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3,TCP报文段 (segment)
?窗口大小 规定对方必须保持的窗口大小（字节） ——用于流量控制。
?检验和 (checksum) 差错控制
?紧急指针 表示报文段含有紧急数据（当紧急指针标识 URG臵 1时有效）。
?选项 不常用（目前正式使用的有“最大报文段长度”）
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【 名词解释 】 检验和（ Checksum）
? 高层协议使用的基于冗余原理的差错检测方法
其方法是：在发送端，由检验和发生器将数据分
成相同的 n位数据段（通常是 16位）。然后以每
两个字节为 1个单位相加，若相加的结果有进位，
那么将和加 1。如此反复，直到全部数据都相加完
为止。将最后的和值对 1求补（即取二进制反码），
便得到 16位的检验和。将此检验和作为冗余位附
加在数据上发送给接收方以供校验。
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检验和（ Checksum）原理图
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4、流量控制（ Flow Control）
TCP使用两个 缓冲区 (buffers)和一个
滑动窗口（ slide window） 进行流量控
制。窗口大小由接收方根据接收缓冲
区剩余空间的大小进行动态确定，并
通过 ACK报文段通知发送方。
如右图所示。假设发送方 TCP有一
个很大的缓冲区,但接收方的 TCP只有
一个 4k的缓冲区。开始连接时，接收
方 TCP宣告其接收窗口大小与缓冲区
相同（ 4k）。于是发送方发出了第 1个
报文段（ 4k）。接收方在缓冲区装满
时，向发送方发一个确认报文段（同
时宣告接收窗口大小为 0）。此时发送
方 TCP无法继续发送任何数据。随着
接收方应用程序从接收方缓冲区读取
数据，使缓冲区产生了 1k的剩余空间，
于是接收方 TCP发出了一个新的确认
报文段（同时宣告接收窗口大小为
1k）。于是发送方可以再发送 1k的报
文段了。以此类推。
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5,差错控制（ Error Control）
? TCP可以检测损坏了的、丢失了的、乱序了的和重复的报文段，
并可对差错进行纠正。
? 用于错误检查的方法有,检验和、确认和超时 。每个报文段都
有一个检验和字段，可供接收时检查是否损坏了。如果发现损
坏了，该报文段就会被接收方的 TCP丢弃。 TCP使用确认的方
法来证实完好的报文段已经收到了。如果某个报文段在规定的
时间内没有得到确认，就说明要么损坏了，要么丢失了。纠错
的方法也很简单：发送方的 TCP为每个报文段设臵一个超时计
数器。如果计数值到期了该报文段未被确认，则可判断所发的
报文段损坏了或丢失了，发送方就将重发该报文段。
? TCP通过检查报头中序列号来防止由于确认延误导致报文段的
重复接收。如果收到的报文段之序列号与已接收过的报文段序
列号相同,TCP就自动丢弃该报文段。
? 由于 TCP采用 IP进行传送，经常在接收方可能出现报文段不按
顺序到达情况。接收方的 TCP采用解决这个问题的方法也很简
单：对一个乱序了的报文段不予以确认，除非在它之前的所有
数据报均已收到。
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6、拥塞（ congesting）控制
? 流量控制可消除接收方来不及接收造成的拥塞问
题，但无法解决网络本身拥塞问题（如所经过因
特网路由器来不及转发众多的分组）。所以发送
方 TCP均使用两个窗口来控制拥塞：接收方要求
的窗口和所谓“拥塞窗口”。两个窗口的最小值
作为发送方的有效窗口。最简单的拥塞窗口采用
所谓“慢速启动”（ slow start）算法获得，即建
立连接时，发送方将拥塞窗口大小设臵为最大报
文段长度。如果传送成功（发送的报文能得到确
认），则将窗口大小加倍，过了某个临界值，然
后每传输成功一次，增加一个最大报文段长度，
直到数据传输超时或达到接收方要求的窗口大小
为止。
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7、连接（ Connection）
? TCP是一种面向连接的协议。面向连接的协
议在源进程和目标进程之间建立一个虚拟
信道。此后同一进程的所有报文段都通过
这一虚拟信道发送。整个传输通过两个过
程实现：
□ 建立连接
□ 拆除连接
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
建立连接
两台机器的两个 TCP要使用“三次握手”
（ three-way handshaking）来建立连接。在这个过
程中，一个叫做“客户端”（ client）的应用程序需
要与另一个叫做“服务器端”（ server）的应用程
序使用 TCP作为传输层协议进行通信。三次握手始
于服务器端程序 ——它告诉自己的 TCP它已准备好
接受某个连接，但它本身并不进行任何连接，这就
是所谓请求,passive open‖。客户端程序则产生一
个所谓,active open‖请求，即告诉它自己的 TCP需
要与某个特定的服务器端程序建立连接。于是，客
户端的 TCP便开始启动“三次握手”过程以建立双
方的连接。
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三次握手
建立连接
U
R
G
A
C
K
P
S
H
R
S
T
S
Y
N
F
I
N
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三次握手
拆除连接
通常又称为“四次握
手”。
? 客户端的 TCP发送报文
段 1（ FIN）。
? 服务器端 TCP发送报文
段 2（ ACK），证实从
客户端收到 FIN报文段
了。报文段 2使用所接
收的 FIN报文段之序列
号加 1为确认号。
? 服务器端 TCP可以继续
发送数据。发送结束时，
发出报文段 3（ FIN）。
? 客户端 TCP发出报文段
4（ ACK），证实从服
务器端收到 FIN报文段
了。报文段 4使用所接
收的 FIN报文段之序列
号加 1为确认号。
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4.6 应用层
应用层的功能是使用户 (人或软件 )能够实现对互连网
络的访问。它向用户提供各种服务接口和支持，如电子
邮件、远程文件访问和传送、共享数据库管理及其他分
布式信息服务等。换言之，应用层提供分布式信息处理
服务及用户应用进程访问这些服务的途径。在实践中，
应用层由若干称为服务元素的实体组成，其中有些为许
多应用程序为共用，称为公共应用元素（ CASE），有些
提供特别的服务，与特定的应用相关，称为特定应用程
序服务元素（ SASE）。
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应用层与 Internet信息服务
应用层向用户提供一组常用的网络服务应用协议，特别是
Internet的应用信息服务。 Internet上的十大信息服务分别为：
? E-mail（电子邮件服务）
? FTP（文件传输服务）
? WWW（万维网服务）
? BBS（电子公告牌服务）
? NEWS（新闻组服务）
? Telnet（远程登录服务）
? Gopher（信息浏览服务）
? Archic（文件查找服务）
? WAIS（广域信息服务）
? DNS（域名解析服务）
需要说明的是，应用层协
议不限于因特网的应用信
息服务（如网络管理中经
常用到的网络管理协议
SNMP），而且上述十大
服务也不限于 Internet。
?Internet(因特网 )——世界变小了 P347
?前身系 69年由美国防部高级研究计划管理局
(DARPA) 研制的 ARPANet。
?最初是由西部四所大学计算机组成的广域网
?72年,50余所大学和研究所加入
?技术发展 ——军事用途淡化
?85年在美国家科学基金组织 (NFS) 和各大学推
动下，逐渐形成今日之 Internet。
补充,Internet概述常识
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?Internet 是一个非常独特的全球性计算机网络，
从理论上讲，它不属于任何机构与个人，也没有
任何机构或个人对它进行管理和协调，而是由用
户自行管理，有关 Internet的任何活动都是自发
的。它把世界上许多独立存在的计算机网络通过
一套独特的指令系统连通起来，使得网络中所拥
有的巨大的信息资源听令于世界上每个角落的使
用者。
?意义：
世界变小了 ——人类之间相互交流不再有国界、
地域之别
?开创了一个全新的信息时代 ——全球资源共享，
“足不出户而知最新之天下大事”。
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? 97年 6月 3日，国务院信息化工作领导小组办公室
在京宣布 中国互联网络信息中心（ CNNIC） 工作
委员会成立，并授权中科院计算机网络信息中心
承担 CNNIC的运行和管理工作。这标志着我国互
联网络的发展、运行和服务进入更加有序、完善
和规范的发展轨道。
? 2003年 1月,CNNIC发布了最新的, 中国互联网
络发展状况统计报告, 。统计报告显示：截止到
2002年 12月 31日止，我国上网用户数达 5910万
（ 00年同期 890万,02年 3370万），上网计算机
主机达 2083万台 (00年 350万台,02年 1254万台 )，
WWW站点 371600个 (00年 15153个,02年 277100
个 )。
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2003年 1月 CNNIC
,中国互联网络发展状况统计报告,
我国国际出口带宽的总量为 9380M（ 00年同期 351M,02年
为 7597M）。连接的国家有美国、加拿大、澳大利亚、英国、
德国、法国、日本、韩国等。分布情况如下：
中国科技网（ CSTNET）,55M
中国公用计算机互联网（ CHINANET）,5147M
中国教育和科研计算机网（ CERNET）,259M
中国联通互联网（ UNINET）,1093M
中国网通公用互联网 (CNCNET),2469M
中国国际经济贸易互联网（ CIETNET）,2M
中国移动互联网（ CMNET）,355M
中国长城互联网（ CGWNET）：（建设中）
中国卫星集团互联网（ CSNET）：（建设中）
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?中国 Internet 概况
CASNET 中国科技网
CERNET 中国教育网
CHINANET 中国电信网
CHINAGBN 中国经济网
UNINET 中国联通网
中科院系统的 12
个分院和 123个
研究所 (95年 )
中国公用计算
机互联网，即
163,169等
原国家教委 94年
12月组织清华、
北大等高校承建
中国国家公用
经济信息通信
网（金桥网）
中国联通公司
2000年
Internet
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
? 因特网 —— 一个精彩纷呈的神奇世界 (参见第 9.3节 )
因特网上与应用层有关的常用服务有：
?E-mail (电子邮件 )
?Telnet (远程登录）
?NEWS(新闻组 )
?FTP (文件传输 )
?Gopher (数据查询 ), Archic（文件查找）等
?WWW (万维网 )
?BBS (电子公告栏 )
?E-Commerce (电子商务 )
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?电子邮件 ——迷人的, 伊妹儿, （ e-mail)
? E-mail是一种利用电子手段进行信息转移、存
储，实现非实时人与人之间的通信系统。目前
电子邮件采用的服务器软件主要是 Unix下的
Sendmail,Windows下的 Exchange Server等，
邮件主要分为纯文本和 HTML格式两种，同时
邮件中允许添加附件。该服务所使用的应用层
协议为，客户端软件向服务器发送邮件遵循协
议 SMTP,UUTP等，客户端软件从邮件服务
器获取软件遵循 POP3,Imap等协议。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
E-mail的使用,电子邮箱与 e-mail地址
许多人使用 Internet，主要是通过浏览器访问 WWW网
站和通过电子邮件（ e-mail）进行远程通信。
使用电子邮件，首先应该在某个主机上拥有自己的电
子邮箱。别人发给你或你发给别人的电子邮件，都是先送
到收信人设在某个主机上的“邮箱”中，然后由收信人
“开箱”才收取到收信人自己电脑上的。
每个电子邮箱都有一个“通信地址”，其形式如：
ptgz@163.net
abcd@public.fj.pt.cn
―@‖是分隔符，是英文,at‖的意思。,@‖之前是你的
“帐号”名（相当于收信人姓名），,@‖之后则是管理你
邮箱的主机地址（相当于通信住址）。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
用户 B的邮件服务器
电子邮件的工作原理
? 电子邮箱：实际上是邮件服务器硬盘上的一个供特
定用户专用文件夹
? 电子邮件收发示意图
用户 A
用户 B
发信
打开邮箱
取信
用户 A的
邮件服务器
发信
打开邮箱
取信
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E-mail:“8分钱 3秒钟把信件发往世界各地,
传统邮件传递方式的不足：
● 时间：以天为单位
● 费用：较高
● 投递地址：收信人应有固定地址
电子邮件的优点：
● 时间：以秒为单位
● 费用：很低
● 投递地址：只要有联网的电脑，不论人在天涯海角
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?Telnet(远程登录 )——构造自己的网上大型资料库
Telnet是在应用层通信协议 Telnet的支持
下，使自己的计算机暂时成为远程计算
机终端。其应用的原理就是通过 Telnet协
议所构造的网络虚拟终端提供了专门的
键定义，屏蔽不同计算机系统的差异，
从而实现异系统之间的模拟终端互联。
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Telnet：, 使用全球 600万台主机而不付一分钱的方法,
用户通过远程登录（一般用 anonymous即所谓
“匿名用户”注册，自己的电子邮箱地址为口令）使
自己的计算机暂时成为远程计算机的终端，直接调用
远程计算机的资源和服务。利用远程登录，用户可以
实时使用远程计算机上对外开放的全部资源，可以查
询数据库、检索资料，或利用远程计算机计算完成只
有巨型机才能做的工作。全世界的许多大学图书馆都
通过 Telnet对外提供联机检索服务。
远程登录为专业技术人员一种提供了快捷而且经济
的资料查询手段。
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? NEWS(新闻组服务 )——“志同道合者的网上沙龙,
Usenet是 Internet上的志趣相同的用户组织起来的一
个用户群，而 NEWS是指 USENET的一些专题讨论
小组。 Usenet有 6000多个讨论小组，每个小组围绕
一个专题，涉及的内容包括计算机、生物、数学、
哲学、政治、经济、社会问题等。
NEWS主要通过信件的方式进行消息张贴和发布 。
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1995年 3月初，清华大学 92级女生、
21岁的朱令突患疑症，头发脱落，全身
痉挛，无从下手。陷入昏迷状态,生命垂
危,3月 15日住进北京协和医院,朱令中毒
原因始终未能查出。
朱令的高中同学、北京大学力学系
92级学生贝志诚和几个同学一起将报刊
上发表的关于朱令病症的报道译成英文，
通过 Internet向世界发信,进行全球医学
专家远程会诊，这也是我国首次网上医
疗会诊、救助行动。
信发出仅 3小时，就收到回信，世界
各地陆续回信 1500多 封,30％的信认为
是“铊”中毒，为抢救赢得了时间。
1995年 4月 28日，经我国“铊”中
毒课题研究专家陈震阳 教授确诊的确是
“铊”中毒。经全力抢救，朱令昏迷 6个
月后 终于脱离了危险。
患病前的朱令
生于 1973年 11月的朱令在
1995年因铊中毒延误治疗留
下了永久性后遗症，现在她
已经 100%伤残，全身瘫痪、
双目近乎失明、大脑迟钝及
基本丧失语言能力。
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朱令是清华大学化学系二年级学生，一个健
康聪明、开朗、在同学里人缘很好的女孩。 1994
年 12月，她首次因不明原因发病，腹、腰四肢关
节痛，在北京同仁医院治疗近一个月，病因无法
确诊，头发全部掉光后病情好转出院。寒假过后
回校上学，她的头发已长出一寸左右，但人依然
很虚弱。开学一周后，她再次发病，双脚疼痛难
忍、双手麻木，再次脱发。从那时起，朱令就开
始接受各式各样的检查，有一天光是抽血化验就
进行了 12次，化验结果都没有血液上的毛病，但
是她的神智越来越恍惚，手的控制能力越来越差，
说话也开始不清楚。 3月 22日，因为吃东西开始呛，
医院对她做为了抢救和维持生命必须的气管切开
术，手术中她产生昏迷，三天后的晚上 11点，出
现吸氧不稳定的情况，幸好守护在侧的父亲及时
发现，才避免了一次危情。次日，她被收入 ICU，
靠呼吸机生存，普通手术中出现危急的病人在 ICU
最多也就住几天，她一住就是三个月,3月 28日起，
她进入长达两个多月的深度昏迷。一年后朱令出
院时，他们家人收到了含少数住院费和昂贵的 ICU
监护费和药品在内的 50万元账单。
国内权威医院无法确诊的疾
病，一台简单的 486电脑便
可集合起全世界的专家来共
同诊断，这就是神奇的因特
网，这一事件的重大意义在
于从此医学进入了一个可以
集中全世界的智慧来共同攻
克某一顽症的时代。
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? FTP(传输文件 )——“轻轻松松获取无限资源,
FTP是利用网络将一台计算机硬盘上的文件传送到另外一
台计算机的硬盘上，该服务使用应用层的文件传输协议 FTP
（ File Transfer Protocol），一个特殊的拥有控制连接与数据
连接两种连接的特殊协议。 FTP服务的前身是只能传递简单文
本的 TFTP服务。
FTP（ File Transfer Protocol)技术使用户能在两个联网的计
算机之间传输文件，它是因特网上传递文件最主要的方法。使
用匿名（ Anonymous)FTP，用户可以免费获得因特网上丰富
的资源。除此之外,FTP还提供目录查询、文件操作及其他会
话控制功能。
FTP也是个人网页传送到免费网站及日常修改的最重要的
手段。
使用 FTP方法之一,通过浏览器访问。 Let’s try……
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使用 FTP方法之二,使用专门软件
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? Gopher等 (数据查询 )——“点点菜单查找全球各种信息,
?Gopher（基于菜单驱动的 Internet信息查询服务）
是因特网提供的一种由美国明尼苏达大学研制的菜
单式信息查系统。 Gopher的原意是“地鼠”，喻
如地鼠一般穿梭于 Internet找寻所需信息无孔不入。
?因特网上有上千个 Gopher服务器，它们将因特网
的信息资源组织成单一形式的资料库，称作
,Gopher空间”。 Gopher 不同于一般的信息查
询工具，它使用关键字作索引，用户可以方便地从
因特网某台主机连接到另一台主机，查找到所需的
资料。
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使用 Gophrer的方法之一, 通过浏览器访问
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使用 Gophrer的方法之二, 通过专门软件访问
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? Gopher等 (数据查询 )——“点点菜单查找全球各种信息,
?因特网上还有一些与 Gopher相类似的快速查询服
务工具如 Wais（广域信息服务）,Archic（文件查
找服务） 。 Wais 将相关的资料组织成一个可按关
键字检索的数据库资料，提供给公众检索。
?有些时候使用者知道某些公用程序的文件名称，
但却不知道它们在那些 FTP站台可以找的到，而一
般的搜寻引擎 (search engine)却又没有提供此种服
务，所以就需要使用 Archie（文件查找服务） 。
Gopher,Archic,WAIS等由于协议自身的缺陷（不支持多媒
体、不支持图文信息等），应用规模逐渐缩减。
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? WWW(Wide World Web,万维网 ) ——
“轻点鼠标，拥抱一个精彩纷呈的无限世界,
通过叫做“浏览器”的 WWW专用访问软件来远程调看某个
网站上的网页。
所谓,网页”，实际上是以“图文并茂”、“有声有色” (多
媒体 )系列专栏形式向公众展示各种信息的网络“宣传栏”。
（ Gopher等只能阅读文字数据）。
WWW主要是以超文本标注语言（ HTML,Hyper Text Markup Language）
和超文本传输协议（ HTTP）为基础，提供面向 Internet服务、具有一致
用户界面的信息浏览系统，其客户端软件称为浏览器（ browser）。浏览
器不仅可以访问 WWW服务，同样可以访问 FTP,Gopher,Telnet等服务，
而且加入数据库应用后，形成新一代的 Browser/Server（ B/S）网络应用
模式。
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浏览器（ browser)——Internet泛游之舟
WWW采用客户机 /服务器系统。在客户机方面（用户）使用
的程序叫做 Web浏览器。服务器上则主要存放网页文件，通
常称为 Web站点或,Web网站”。在 Web网站上除了 Web网
页文件外，还有 Web服务程序。
Web服务器 ＋ 网页文件 ＋ I P地址 ＝ Web网站
成套
网页
Web
服务器
浏览器
客户机
http请求 (输入网址 )
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? BBS(电子公告牌 ) ——“网上自由论坛,
一种即时性的双向性布告栏系统。用户可以在此“张贴”
自己的“帖子”，与他人分享或交流自己的经验知识。
许多 BBS站一般是“站长”或版主（“斑竹”）利用业余
时间建设 维护的。
要在国内 BBS站上发表自己见解，一般要求先进行新用户
注册，否则只有观看权。
BBS（ Bulletin Board System）主要作用是提供一个张
贴消息、发布公告、讨论的场所，同时提供交互式聊
天，主要用于新闻和娱乐。
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?电子商务是指利用 EDI（电子数据交换）和因特网
技术，使交易双方通过网络进行交流，洽谈确认，
最终实现交易的一种商贸活动。
?利用电子商务技术从事零售业务的企业叫做电子零
售企业或电子商店。从表面上讲，电子商店是建立
在网络世界中的虚拟商店，与传统超市和百货公司
不同的是，到电子商店消费的顾客不必出门，而是
在家中通过电脑网络选购。而商店老板也不用将笨
重的商品搬至店铺中等待顾客上门，而是在消费者
的电脑画面上供消费者选购。
?电子商务（ e-commerce) ——
“足不出户而应有尽有”
Let’s try…
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小结,Internet 提供的服务
▼ 路边墙壁（ 自由张贴 ） ——BBS
▼ 橱窗专栏（ 图文并茂 ） ——WWW
▼ 兴趣小组（ 专题讨论 ） ——Usenet
▼ 购物天堂（ 坐逛超市 ） ——E-Commerce
▼ 超级图书馆
▼ 万能邮局（ 又快又好 ） ——E-Mail
按目录查询 ——Gopher
按关键词查询 ——Wais
开架借阅 ——Telnet
借书回家 ——FTP
按文件名查询 ——Archic
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4.7 寻址方案
不同协议层使用自己的寻址方案供工作在本层的网络设备或
应用软件使用：
?由软件使用的寻址方案
应用层地址,主机名（如 Internet的域名）
传输层地址,端口号（包括目标和源端口号）
如 ftp目标端口号为 21（ TCP协议） tftp为 69（ UDP协议）
telnet为 23（ TCP）,smtp为 25（ TCP）等。如果一台计算
机需与另一台计算机建立 telnet会话，它将设臵目标端口地
址为 23，并随即选取一个比 1023大的源端口地址。低于
1023的端口地址被保留为公认的目标端口地址。
?由硬件使用的寻址方案
网络层地址
IP地址 （路由器及具有路由功能的三层交换机）
网络接口层地址
MAC地址 （中继器、网桥及普通交换机）
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4.7 寻址方案
? IP地址与物理地址的映射：通过地址解析协
议 ARP
? IP地址和主机名的映射：通过域名系统
（ DNS,Domain Name System）
? 常用地址检测命令：
① ipconfig 以命令行形式输出 IP地址、子
网掩码和默认网关设置值。
② winipcfg 以对话框形式输出以上信息及
MAC地址等。
计算机网络技术基础
莆田学院计算机教研室
2003年 4月
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
本章主要内容
? 网络互连（ internetworking）
? TCP/IP协议族（ TCP/IP protocol suite）
? 网络接口层（ Host to network）
? 互连网络层（ IP层，网际层）
? 传输层（ TCP层）
? 寻址方案
? IP地址
? 子网掩码
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4.1 网络互连（ internetworking）
? 4.1.1 网络互连概述
? 上一章讨论的局域网是 单个 的 同种协议网,即网络中每台
机器对应层所用协议相同，通信是在同一个网络内不同主
机之间进行的。而所谓,网络互连,，就是采用各种网络
互连设备将同一类型的网络或不同类型的网络相互连接起
来，形成所谓, internet―（互连网络）,使一个网络上的
主机能与另一网络上的主机相互通信。因特网 (Internet)是
世界上最大的 internet。
? 此外，为了保证网络的传输性能、可靠性及安全性，一般
要求一个网络所管理的范围不要太大，这就要求把一个大
的网络分解成若干个较小的子网，通过网络互连技术，形
成所谓的 Intranet（内部互连网），以便隔离故障，提高
安全保密性，方便网络管理。校园网是典型的 Intranet。
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4.1 网络互连（ internetworking）
?4.1.1 网络互连概述
?与局域网相比，通过互连网络进行通信的主机 必须具
有在不同网络间进行网间寻址（路由选择）的能力 。
从通信子网的角度看，不同网络之间的主机可以采用
不同的物理层和数据链路层协议，但 必须具有相同的
网络层协议，采用统一的互连网络地址 。从资源子网
的角度看，由于网络通信的复杂性和多变性，网络层
协议主要用来实现网间寻址，通常不能保证可靠的数
据传输，所以各主机还必须 具有相同的传输层协议，
以保证通过网络互连进行通信的应用程序之间具有稳
定可靠的数据传输。目前网络互连技术中最常用协议是在因特网上得到广泛应用的TCP/IP协议族 。对部门级和负责系统集成的网络工程师而言，
技术的重点则是各个单位 Intranet的组网及管理技术 。
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4.1 网络互连（ internetworking）
? 4.1.2 Intranet技术特点 (复习 )
本课程中叙述的 Intranet可以包括以下网络类型：
? 企业内部网（ Intranet）
? 园区网 /校园网 /小区网（ Campus networks）
? 城域网（ MAN,Metropolitan Area Network）
其基本特点 ——
? 服务基于 Internet 技术：通常提供 WWW,E-mail,FTP,BBS、
虚拟网 （ VLAN） 等服务或功能,良好安全性
? 组网基于 LAN技术：主机 /服务器为中心，核心交换机为主要通信
设备，独立的网络资源和管理系统，部分或全部使用专门敷设的线
路
? 使用代理服务器并通过路由器实现 Internet接入 （ 小系统可使用
ISDN等其他接入方式 ）
? 本身可由若干个 LAN组成
? 使用 TCP/IP协议实现内部及与外部的网络互联
? 高的网络通信带宽（ 10M/100M/1000M?? ）
? 配臵有各种网络数据库系统
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4.1 网络互连（ internetworking）
?4.1.3 Internet与 Intranet比较
Internet与 Intranet相比，主要差别在于 前者强调其开放性,
因为其服务对象是所有 Internet用户，整个网络在管理上不隶
属于任何组织或个人，用户使用简单的设备（如 Modem）就
可以自由接入； 后者注重网络资源的安全性,因为其服务对
象是某一单位或组织内部的所有或部分人员，所以要有独立
的网络软硬系统、严格的管理制度和专门的管理技术人员，
并且为了达到安全保密的目的，要采取加密、认证、防火墙
等安全管理措施。此外,Intranet 组网投资高，需要进行认真
规划和方案优化。
注：与 Intranet相对的通常还有 Extranet（外部网）,即连
接到另一组织的内部网的内部网。 Extranet一般采用 VPN
（虚拟专用网络） 技术。所谓 VPN，简言之，即使用 Internet
而不是使用专线来动态地而非永久性地进行网络连接，降低
了线路使用费用，同时通过独特的鉴别、加密和遂道操作，
使电子邮件、数据传输和远程通话安全性得到极大提高。
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4.2 TCP/IP协议族（ TCP/IP protocol suite）
? 传输控制协议 /互连网络协议 (Transmission
Control Protocol/Internet Protocol,TCP/IP）
是由许多协议组成的一套网络通信标准协议。
TCP/IP是 Internet的标准协议，所以实际上已成为
几乎所有现代网络计算机必备的的协议。
? TCP/IP协议当初是为美国国防部研究计划局 (ARPA)
的 ARPAnet（ Internet之前身）设计的，目前已被
公认为是异种计算机、异种网络彼此通信的重要协
议。该协议族除了作为传输控制协议的 TCP和互连
网络协议 IP之外，还包括多种其他协议，其中有工
具性协议、管理性协议 及应用协议等。
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4.2.1 TCP/IP模型
? TCP/IP本身为一种四层模型，与 OSI参考模型的对应
关系如图：
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4.2.1 TCP/IP模型
? TCP/IP本身为一种四层模型，与 OSI参考模型的对应
关系如图：
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4.2.1 TCP/IP模型
TCP/IP重要功能
·编址
使用网间统一地址,IP地址
·信息分割
网间传送带 IP地址的 packet
·流量控制（网间）
·差错控制（网间）
·路由（网间寻址）
对照以太网的相应功能：
·编址
使用固化的物理地址,MAC地址
·信息分割
网内传送带 MAC地址的 frame
·流量控制（网内）
·差错控制（网内）
·广播（网内寻址）
作为通信协议组,TCP/IP包括如下重要功能：
从实用的角度看,TCP/IP提供了 ——
? 网络应用程序,smtp,ftp,telnet等 （用户上网实用软件）
? 两种网络通信服务：无连接和面向连接 （ TCP/IP驱动程序，供程序员开
发软件使用）
? 网络传送技术方法：寻址、路由选择、协议的具体实现 (网络操作系统与
硬件设计指南 )
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4.2.2无连接和面向连接的通信服务
? 面向连接 (connection-oriented)的通信 P225
发送数据包（ packets）前，发送方的网络层协
议应 首先 与接收方的网络层协议 建立连接 （握
手）。连接建立后，从同一个源地址到同一个源
目标地址的数据包串即开始一个接一个地 沿同一
条路径被逐个传送 。连接建立后具有同样源地址
和目标地址的数据包串的路由选择只在建立连接
时进行一次。路由器不必为每个数据包重复计算
路由。
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4.2.2无连接和面向连接的通信服务
? 无连接 (connectionless)的通信 P224
网络协议对每个数据包都单独处理，各数据
包间不存在任何联系。一个报文中的各个数据
包 可能通过不同的路径到达目标地址，且到达
的顺序与发送的顺序未必一致 。
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? 这两种服务的区别类似于电话系统和普通邮政系统所提供服务的
区别。
? 面向连接的服务 过程：建立连接 —— 数据传送 —— 断开连接。
这个过程类似于普通电话通话,拨号等待对方摘机建立通路 ——
相互交谈 —— 挂机断开通话。
? 无连接的服务 过程：发送方发送的每一条信息或报文 （ message ）
必须带有完整的目标地址，并且每一个报文都独立于其他报文经
由系统选定的路径传递到目的地。
这个过程类似于普通邮政传递,每一封信上都必须写上完整的收
信方地址（打电话时只要一开始拨号电话接通，就不需要每讲一
句话都重复拨一次对方的电话号码），并且每一封信都独立于其
他信件经由邮政部门选定的路径传递到收信方。当使用无连接服
务的两个报文发向同一目标时，可能先发的报文在途中丢失或延
误了，而后发的报文反而先收到，如同信件可能在途中遗失或先
发的后收到一样。
换言之，无连接的服务不能保证报文不丢失和一定按序到达，而
这在面向连接的服务中是绝对不可能发生的。
4.2.2 无连接和面向连接的通信服务
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在 OSI的传输层、网络层和 TCP/IP的传输层中，都允许提供面
向连接的服务或无连接的服务。但在 TCP/IP的网络层中只提
供无连接的服务。之所以如此，是考虑它所互连的通信子网是
五花八门的，只要由源到目标途中任何一个通信子网是无连接
的，互连在一起就是无连接的。
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4.3 网络接口层（ Host to network）
? TCP/IP模型中，网络接口层相
当于 OSI的物理层（物理信号 /
编码） + 数据链路层（帧传
送）。该层在 TCP/IP模型中不
作规定，使用不同协议的各种
通信网和各种 LAN中各种主机
只要支持并安装 TCP/IP协议，
即可与 TCP/IP模型的上层（网
络层）进行通信。
? 其功能：
①将网络层送来的 IP数据报封装为网络帧，然后通过传输媒介发送
到网络上；
②接收并校验传输媒介送来的网络帧，然后还原为 IP数据报送到网
际层。
? 该部分的功能实际上是由各通信网络本身提供的。
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4.4 互连网络层（ IP层、网际层）
? 相当于 OSI的网络层。该层运行的协议有：
? IP协议 用于数据传送
? ARP,RARP,ICMP和 IGMP协议
用于网络互连控制 ——差错报告与连接状态查询等
? 路由协议 用于选择路由
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4.4.1 IP协议（互连网络协议,Internet Protocol）
? IP协议是网际层最重要的协议，负责在 通信子网范围内 实现
跨越 互连网络的主机间 的相互通信（ 数据报 的分类和交付）,
即“主机对主机”（ host-to-host）的通信 (计算机级通信） 。
datagram, 互连网络云,
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4.4.1 IP协议
?IP协议的主要功能可以归纳为三点：
①生成与接收携带 IP地址 的,数据报,
②在互连网络的不同主机间实现 无连接的传输服务
③在互连网络之间实现数据报传送的路由选择
【 数据报,datagram】
Packets in the IP layer are called datagrams.
IP层中的数据包称为“数据报”。
,简明英汉词典, 中作如是解：
,自带寻址信息 的 独立地 从数据源行走到终点的数据
包。,
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4.4.1 IP协议
?IP协议是一种不可靠的无连接协议, 用于, 主机 -
主机, 间的通信 。 它提供的是一种所谓, 尽力传送,
的服务 。 所谓, 尽力, 是指 IP不提供差错校验或跟
踪服务 。 它只是, 尽力, 进行到目标地址的传送,
但并不做任何保证 。 如果确实要求可靠传输, IP必
须和某个高可靠性的协议 （ 如 TCP） 配套使用 。 日
常生活中提供, 尽力传送, 服务的实例是邮政局,
它尽力传送邮件但并不保证全部成功 。 如果一封信
由于这种, 不可靠, 的传递丢失了, 只有让发送者
或接收者自己来发现这种丢失, 并解决问题 。 邮政
局并不跟踪每封信的传递, 也不通知发信人信件已
经丢失或损毁了 。
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4.4.2 IP数据报 P233图 6.7
? IP数据报由两部分组成,报头 和 数据 。数据报总长 20～ 65536字节。
报头
每行 32位 (4字节 )
20字节 (基本 )
60字节 (加选项 )
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4.4.2 IP数据报
协议版本 （ 4位）
目前流行版本号为 4，即 IPv4。它向主机上运行的 IP软件表明
该数据报为 IPv4格式。所有字段均应按 IP协议第四版的规定翻
译，如果机器正在运行其他版本的 IP，该数据报被丢弃。
报头长度 （ 4位）
该字段以四个字节为单位规定了报头部分的长（默认为 5，即
5× 4=20字节）。
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4.4.2 IP数据报服务类型 （ 8位）
规定优先级（ 0～ 7,7最高）、可靠度和延迟参量等。其中优
先级 IPv4不用。
优先级
3位
低延迟
D
高吞吐量
T
高可靠性
R
最小成本
C
未用
DTRC四位称,TOS‖（ Type of Service）位，臵,1‖时表示启用该服务，
但四者中一项较高其余三项必较差，四位都臵,1‖没有意义。
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4.4.2 IP数据报
总长度 （ 16位）
65536个字节，即 0～ 65535（ 216-1）
标识 （ 16位）
源主机赋予各数据报的唯一标识，当数据报分片通过子网传输
时使用之。
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4.4.2 IP数据报
标志 （ 3位）
第 1位不用，第 2位为 1表示不分片，第 3位为 1表示非最后的报
片。
片偏移 （ 13位）
本片数据在初始数据报区中的偏移量（以 8个字节为一个单
位）。
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4.4.2 IP数据报
? 网络数据都是以帧的形
式通过物理网络传输的，
IP数据报也要封装成帧
来传输。但是不同的物
理网络对帧的大小有不
同限制（可以被封装在
一个帧中的最大数据长
度称最大传输单元
MTU）。数据报在一个
物理网络即使能被完全
封装在一个帧中，到另
一个物理网络也未必如
此。不同网络的 MTU大
小见右表。
协议 MTU（字节）
Hyperchannel 65535
令牌环（ 16Mbps） 17914
令牌环（ 4Mbps） 4464
FDDI 4352
以太网 1500
X.25 576
PPP（点对点） 296
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4.4.2 IP数据报
? 为了使 IP协议独立于具体的
物理网络,IP协议选择在源
主机所在物理网络上进行最
大限度封装（可达 65535字
节），同时提供分片
（ fragmentation）机制，在
MTU（由硬件决定）较小的
网络上将数据报分成较小的
“片”进行传输，每个片都
有自己的报头，而且各片的
报头基本相同。分片是在
MTU不同的两个网络交界处
（网关或路由器）进行，一
个数据报在达到目标地址前
可能会进行多次分片。而片
的重组则在目标主机进行。
? 一个数据报在传输中，不管
分成多个片，各片均具有相
同的标识号。目标主机根据
此标识号和源地址判断所收
到的片属于哪个数据报。片
偏移则用于重组时确定其顺
序。标志第二位为 0时，第三
位将用来：为 1表示非最后报
片，否则目标主机便知收到
了最后一片，并将其片偏移
加上本片总长即为原始数据
报长。通过将各已到片的长
度之和和与原数据报长比较，
便可知本数据报各片是否全
部收到。
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4.4.2 IP数据报
生存时间 （ TTL,time to live,8位）
实际上是一个计数器，代表 IP数据报在互联网中停留的最长时
间（每通过一个路由器自动减 1，为 0时若仍未到达目的地则
被丢弃）。
用户协议 （ 8位）
规定最后送达目标使用 IP层服务的高层协议，如 TCP,UDP、
ICMP和 IGMP，高层协议的号码（值）由 TCP/IP权威管理机
构分配 。
值 协议
1 ICMP
2 IGMP
6 TCP
8 EGP
17 UDP
41 IPv6
89 OSPF
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4.4.2 IP数据报
报头检验和 （ 16位）
保证报头的正确性。
数据报选项
用于网络控制、测试和调试。
选项分为四类。
数据报选项
记录路由 (记录最多 9个所经过的路由节点的 IP地址） ——测
试用
严格源路由 （预先设定数据报必须经过的传送路由 ——只能
访问所列的路由节点）
自由源路由 （预先设定数据报必须经过的的部分传送路由 —
—其间可有其他路由节点）
时间戳（ timestamp） （记录数据报经过的每一路由节点的 IP
地址和时间） ——测试用
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4.4.2 IP数据报
填充
通过填充一定数量的 0来保证 IP数据报头是 4个字节的整倍数。
源站点 IP地址 （ 32位）
目的站点 IP地址 （ 32位）
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? ICMP（ internet control message protocol） P234
使用不可靠的无连接的 IP协议传送数据，优点是可以
高效地利用网络资源，缺点则有两点：
? 缺少出错报告和出错纠正功能 如果路由器找不到通
往目标主机的路径或传送超时必须丢弃某个数据报时
怎么办？如果目标主机无法及时接收所有发来的数据
报而必须丢弃某个数据报时怎么办？（ IP协议本身并
不负责通知源主机）
? 缺少主机和管理查询功能 主机有时需要确定一下某
个路由器是否,alive‖（在工作），网络管理员有时
也需要了解其他主机或路由器的信息。
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? ICMP协议即是为了解决这两个问题而设计的。它发送 五种
出错报告报文 和 四组查询报文 来支持不可靠的无连接 IP协
议。它本身是一个网际层协议，但其信息总是封装在 IP数
据报内再送到下层传送。（ IP数据报中,用户协议,字段
的值为 1时表示是一个 ICMP报文）。
IP数据报
(―用户协议,字段为 1
时,传送 ICMP报文 ) 在数据链路层封
装成,帧,
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? ICMP报文可以分为两类：
◆ 出错报告报文 ◆ 查询报文
?报文格式如下：
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
? 其中, 类型, 字段值见表,参见 P235
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① 出错报告报文
当路由器或主机处理某个 IP数据报遇到问题时报告之，
例如，当 IP数据报不能到达目的地（网络、机器或端
口）或网络出现阻塞，网络中某个监测到此错误的站
点（中间网关）便向源主机发送封装有 ICMP信息的
IP数据报。
【 注意 】 ICMP的出错报告报文仅用于向源主机报告出
错信息，并不能纠正数据报中的任何出错。此外，由
于 ICMP报文总是封装在无连接型的 IP数据报中，所
以用于“出错报告”的 ICMP报文本身也可能丢失。
可以报告的出错类型有五种：目标不能到达，源抑制，
数据报超时，数据报参数错，重定向。
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出错报告一,目标不能到达（类型,3）
共有 15种出错代码，分别表示 ——
Code 0：网络不可到达
Code 1：主机不可到达
Code 2：协议不可到达（目标主机未运行 IP数据报所需的上层协议如 TCP,UDP等时）
Code 3：端口不可到达（数据报发往的应用程序此刻未运行）
Code 4：要求分片但未分片（发送的数据报太大）
Code 5：源路由不能完成（源路由项中的一个或几个路由器无法访问）
Code 6：目标网络未知
Code 7：目标主机未知
Code 8：源主机处于隔离状态（ isolated）
Code 9：与目标网络的通信被管理员禁止
Code 10：与目标主机的通信被管理员禁止
Code 11：网络不能到达，要求特定的服务 (如果源主机请求某种服务，路由器才能处理数据报 )
Code 12：主机不能到达，要求特定的服务 (如果源主机请求某种服务，路由器才能处理数据报 )
Code 13：主机不能到达，因为管理者对它设臵了过滤
Code 14：主机不能到达，因为主机的优先权受到妨碍（所请求的优先权对目标主机不适用）
Code 15：主机不能到达，因为主机的优先权被剥夺
带有 Code 2和 3的报文只能由目标主机产生，其余
只能由路由器产生。
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出错报告二,源抑制（ Type,4； Code,0）
当源主机传送数据的速率太高时，路由器或目标主机用此报文通知
源主机：因为缓冲来不及引起的阻塞（ congested），数据报已被丢
弃；请“抑制”（ quench）！
出错报告三,数据报超时（ Type,11）
Code 0,当路由器接收到一个数据报发现其 TTL值为 0时，它将丢弃
该数据报并向源主机发送一个超时报文。
Code 1,当目标主机发现在规定时间内无法接收到某个数据报的所有
分片时，它将丢弃所有的分片并向源主机发送一个超时报文。
出错报告四,数据报参数错（ Type,12）
数据报头出现“语义含糊”（ ambiguity）或错误时，路由器或目标
主机将丢弃该数据报并向源主机发送报告“参数出了问题”的报文。
Code 0用于报告报头中某个字段有问题,Code 1用于报告其他部分
数据丢失。
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出错报告五,重定向（ Type,5,Code, 0～ 3）
路由器和主机都必须使用路由表来引导数据报的发送和转发。路由器的路由表是动态
更新的，而主机的路由表通常是静态的（因为主机数量很多，动态更新可能会严重占
用带宽），且其路由条数很有限。重定向报文由路由器发给主机，帮助主机更新路由
表。
Code 0～ 3与路由的方式有关。
如右图，主机 A欲向主
机 B发送数据报，显然
通过 R2是最有效的路由
选择，但主机 A根据自
己的路由表，却不知道
应该这样做，而将数据
报先发给路由器 R1。
R1在查看了自己的路由
表后，发现数据报应直
接发给 R2。于是一边向
R2发送数据报，一边向
主机 A发送一个重定向
报文，让它更新自己的
路由表。
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
② 查询报文
除了出错报告,ICMP还可诊断某些网络问题，具体是通
过四对请求（源 A）和应答（目标 B）报文进行：
? 回应请求和应答,检测两个系统（主机或路由器）能否在
IP层进行彼此通讯（ PING命令）
? 时戳请求和应答,检测两个系统间信息往返时间或对两个
系统的时钟进行同步
? 地址掩码请求和应答,主机向路由器（网关）发出请求，
路由器的应答为该网络的子网掩码
? 路由器请求和通告,如果一台主机需要知道与其网络相连
的各路由器地址及这些路由器是否在工作，可以广播一个
“路由器请求”报文，收到该报文的所有路由器都将使用
“路由器通告”报文广播其路由信息。
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4.4.3 ICMP（互连网络控制报文协议）
③ PING命令的使用
用来测试网络通道连通性的 PING命令就是一种使
用 ICMP回应请求和回应应答报文来确定网络上某
台 IP系统是否正常工作的连接验证命令。它连续 `
向对方发送 ICMP数据包，根据对方回应的数据报
判断网络连通与否并统计数据传输时间等：
Let’s try…
C>ping 172.16.1.20
C>ping 172.16.1.21
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4.4.4 ARP和 RARP协议
? 在同一个物理网络（如 LAN）中，主机之间的通信是
通过数据链路层中的所谓“物理地址” (―MAC地址” )
相互访问的。该地址出厂时已固化在设备（如网卡）
的 ROM中，它在全球唯一。所以同一个物理网络中
各个设备的物理地址一般是无规律可言的。
? 而在“互连网络” ——由几个物理网络通过路由器和
网关之类的网络互连设备组成的网络 ——中，为了便
于通信和管理，往往需要对组成互连网络的各物理网
络、网络互连设备及主机等进行统一编号。在 TCP/IP
网络中，此统一编号称为,IP地址”，它在整个互连
网络中唯一。该地址仅用于网络层（如 IP层），物理
网络不能识别它。
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4.4.4 ARP和 RARP协议
? 从用户间通信的角度看，往往知道的是通信双方的逻辑地
址（软件识别）。而从网络间通信的角度看，真正使用的
只能是设备的物理地址（硬件识别）。这就需要在通信时
实现逻辑地址与物理地址的相互“映射”（ mapping）。
? 所谓“映射”，有两种方法：一是静态映射，即人工建立
一个物理地址与逻辑地址的对照表（地址映射表），其缺
点是网络发生变化时（如更换网卡或加入新站时），需对
该对照表及时进行人工更新；二是动态映射，即由主机等
通过地址解析协议，在高速缓存中建立一个物理地址与逻
辑地址的地址映射表。通信时，只要知道对方的一个地址，
就可以获得另一个地址。 TCP/IP网络中，地址解析协议有
两个,ARP用于将逻辑地址“映射”（ map）成物理地址
（ MAC地址）,RARP则的作用则正好相反 。
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4.4.4 ARP和 RARP协议
① ARP——地址解析协议（ Address Resolution Protocol）
其原理是：主机试图发送数据报时，
先检查机上 ARP高速缓存中的地址
映射表，如果找不到所需的 IP-MAC
地址项，则由 IP自动调用 ARP，向
目标主机发送一个带有源硬件地址
和主机 IP地址、目标主机 IP地址的
ARP请求帧，然后将该请求帧在本
地网上广播,IP地址与请求帧的目标
主机 IP地址相同的主机将接收该帧，
并向源主机发送一个包含本身硬件
地址的 ARP响应帧。双方主机分别
在内存的 ARP高速缓存中建立一个
IP-MAC地址映射表，此后双方通信
均可按硬件地址直接发送。
如果跨子网，则两边主机分别与路
由器两端口的硬件地址进行 ARP地
址解析。
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4.4.4 ARP和 RARP协议
① ARP——地址解析协议（ Address Resolution Protocol）
ARP数据包格式：
硬件类型（ 2字节） 协议类型（ 2字节）
硬件长度 协议长度 操作方式（ 2字节）
发送者硬件地址（以太网中为 6个字节）
发送者协议地址（ IP中为 4个字节）
目标硬件地址（以太网中为 6个字节，请求
时不填）
目标协议地址（ IP中为 4个字节）
·硬件类型,ARP所运行的网络类型，以太网为 1。·协议类型,IPv4为 080016。 ARP可以由任何更高层的协议使用。硬件长度,硬件地址长度（字节），以太网为 6。协议长度,逻辑地址长度（字节）,IPv4为 4。·操作方式,请求为 1，响应为 2。
请求数据包中目标硬件地址填充 0。
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1010…101011
前导和同步
DA
目标
地址
SA
源地
址
0806
Type
类型
ARP请求或响应数
据包
FCS
帧校
验
8字节 6字节 6字节 2字节 46-1500字节 4字节
4.4.4 ARP和 RARP协议
① ARP——地址解析协议（ Address Resolution Protocol）
ARP数据包在以太网帧中的封装（类型值,0x0806）：
通常可用 arp命令用于查看、管理 ARP高速缓存，创建一个 IP
到 MAC的地址关联。
arp –s 172.16.144.5 00A0F800D42A 设臵关联
arp –a 显示关联情况
arp -d 删除关联
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4.4.4 ARP和 RARP协议
② RAPP——逆向地址解析协议（ Reverse Address Resolution Protocol）
与 RAP 相似,
只是功能为将
物理地址
（ MAC地址 ）
转换为 IP地址
（ 无盘工作站
等使用 ） 。
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1010…101011
前导和同步
DA
目标
地址
SA
源地
址
8035
Type
类型
RARP请求或响应
数据包
FCS
帧校
验
8字节 6字节 6字节 2字节 46-1500字节 4字节
4.4.4 ARP和 RARP协议
② RAPP——逆向地址解析协议（ Reverse Address Resolution Protocol）
RARP数据包在以太网帧中的封装（类型值,0x8035）：
硬件类型（ 2字节） 协议类型（ 2字节）
硬件长度 协议长度 操作方式（ 2字节）
发送者硬件地址（以太网中为 6个字节）
发送者协议地址（ IP中为 4个字节，请求时不填）
目标硬件地址（以太网中为 6个字节，请求时不填）
目标协议地址（ IP中为 4个字节，请求时不填）
RARP数据包格式：
操作方式：请求为 3，响应为 4。其余同 ARP数据包。
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4.4.5 IGMP（互连网络主机组管理协议）
?IGMP（ Internet Group Management Protocol）
用于建立和管理多播组。
附：网络上发送的所有 TCP/IP协议帧（数据包）
都是下述三种类型之一：
?广播（ Broadcast）帧 ——通过目标地址
FFFFFFFFFFFF发送到网上所有主机
?组播（ Multicast）帧 ——交付给一组主机（须注
册组播地址）。
?单播（ Unicast）帧 ——最常见
（路由选择协议留下一章介绍）
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4.5 传输层（ TCP层）
4.5.1 传输层的功能 P309
a,进程间的通信传输
? 主机对主机（ host-to-host） 的通信（计算机级通信）
? 进程对进程（ process-to- process） 的通信（应用程序级
通信）
网络层协议的 IP协议用于实现计算机级的通信（主机 -主机
的通信）,即它只负责将信息送到目标计算机处。这种传
送是不够完整的，因为一台计算机往往可能同时运行几个
程序。所以，通信的传输不仅是从一台计算机到另一台计
算机，而且还应从一台计算机上的某个 进程 （ process，
正在运行的程序） 到另一台计算机上的某个进程。传输层
协议的任务之一就是把信息进一步传送给适当的进程，从
而建立进程对进程的通信。或者说,网络层使组成报文的
每个数据包到达了 正确的计算机,而传输层使整个报文到
达了该计算机上 正确的进程 。
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多进程的概念
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4.5.1 传输层的功能
b,两种传输服务
? 面向连接的传输服务 TCP协议 （要求可靠传输）
? 无连接的传输服务 UDP协议 （要求高效传输）
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4.5.2 用户数据报协议（ UDP）
? 用户数据报协议（ UDP,User Datagram Protocol） 是一
种无连接的不可靠（ connectionless,unreliable）的传输层
协议。
1.UDP的特点
?独立传送
由 UDP发送的数据报都是一个独立的数据报（同源同目的不
同路径）,所以存在 /接收后复装问题
?不提供流量控制功能 （接收端有可能出现接收溢出）
?简单的差错控制功能
只有报头的检验和，没有其他任何差错控制机制，发送端无
法知道某个报文是否丢失或重复发送了。而当接收端通过检验和
发现差错时，也只是悄悄地将用户数据报丢弃。
如果需要，流量控制和差错控制功能应由使用 UDP的进程提
供。
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4.5.2 用户数据报协议（ UDP）
2．端口号（ Port Numbers）
进程间的通信标识 （相当于邮箱）,每个端口号只对应主机上的一个进程。
端口号取值范围,0～ 65535（整数）
对最常用的,客户机 -服务器”（ client-server）系统,TCP/IP规定：
◆ Client端进程的端口号
由运行在客户端主机上的 UDP或 TCP软件随意选定
◆ Server端进程的端口号
使用“公认的”端口号（ well known port numbers）
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端口号 可分为 3大类,
1)公认端口（ Well Known Ports）, 0到 1023
常用见下表,
端口 应用层协议 说明
7 Echo（响应） 向发送端回送一个接收数据报
9 Discard（丢弃） 丢弃所接收的任何数据报
20 FTP，数据 文件传输协议（数据连接）
21 FTP，控制 文件传输协议（控制连接）
23 Telnet （网络终端）远程登录
25 SMTP 简单邮件传输协议
53 DNS 域名服务器
80 HTTP 超文本传输协议
161 SNMP 简单网络管理协议
2)注册端口（ Registered Ports）：
从 1024到 49151。
它们松散地绑定于一些服务。
3)动态和 /或私有端口（ Dynamic and/or Private Ports）：
从 49152到 65535。
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4.5.2 用户数据报协议（ UDP）
实现 UDP实现端对端连
接时需要用到两种标识
符：
? IP地址 （哪台主机）
? 端口号 （哪个进程）
这两种标识符的组合称为
“套接字地址”。
3．套接字地址（ Socket Address）
使用 UDP协议时，需要用到一对套接字地址：
● 客户机的套接字地址 ● 服务器的套接字地址
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端口号,IP地址、套接字地址与 TCP/UDP网络通信
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名词解释：套接字（ socket）
? 用于在网络上实现数据发送和接收功能的
应用程序接口（ API），一般由操作系统提
供。网络应用程序编写者可以象调用标准
函数一样调用它们以简化各种网络应用程
序的开发工作量。其中 Windows操作系统
提供的叫 Window socket。
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莆田学院计算机教研室 2003年 4月
Socket的类型
Socket有三种类型：
? Stream socket(字节流套接字）
用于面向连接的协议 (如 TCP）。
? Datagram socket(数据报套接字）
用于无连接的协议（如 UDP）。
? Raw socket (原始套接字）
用于某些直接使用 IP服务的协议,
如 ICMP和 OSPF既不使用 Stream
socket，也不使用 Datagram
socket。
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4,UDP的应用
UDP的突出优点是简单高效，主要适用于：
? 要求简单“请求 -响应”通信和不计较流量和差错
控制的进程（ SNMP等管理性进程）。
? 具有流量和差错内控机制的进程，如 TFTP（简单
文件传输协议）。
? UDP软件内嵌的多播和广播功能使它很适合作为
一种多播和广播传输协议使用。（ TCP软件无此
类功能）。
? 短信息传送进程（如 OICQ）。需要发送大批数据
的进程不宜用之。
? 所有的广播和组播也只能用 UDP作传输协议。
OQ普通用户使用 UDP（服务器端口号 8000）传送。在用户
注册时如果使用其会员功能，即可使用 http协议登录。系统
会提示“该功能目前只对会员开放,HTTP协议会比常规的
QQ协议速度慢，因此，建议您在网络状态良好的情况下，
请不要选择该项功能”。
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4.5.3 传输控制协议（ TCP) P327
? 传输控制协议（ TCP,Transfer Control Protocol） 是一种
面向连接的可靠的（ connection-oriented,reliable）传输
层协议。
1.TCP的特点
为各种 IP服务提供了面向连接的可靠的功能。它建立并
维护网络上两个通信主机间的连接，当两者之间传送 IP数据
包时，一个包含流量控制、排序和差错校验的 TCP报头被附
加在数据包上，到主机的每一个虚拟连接皆被赋予一个端口
号（相当于一个邮箱）。与 UDP一样,TCP寻址需要用到一
对套接字地址：客户机的套接字地址和服务器的套接字地址。
TCP通过三次握手为两端应用程序建立连接或结束连接。
P330图 8.16
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2,TCP的特别服务
TCP提供了 UDP不提供的一些服务。
? 流数据服务（ Stream Data Service）
TCP被认为是一种流传输层服务 (Stream transport layer
service),即发送方 TCP从发送端的应用程序中接收字符流,
将它分为具有适当大小的的称为,报文段,（ segments）
的数据包 (packets)，然后发送到网络上。接收方 TCP接收
“报文段”，提取出其中的数据，并进行排序（到达顺序
有误时），然后把这些数据作为一个字符流传送给接收端
的应用程序。在此过程中,发送方和接收方的 TCP都使用
了缓冲区（ buffers） 存放来自发送端应用程序“写入”的
数据或将接收的报文段数据存放在接收缓冲区中，等待接
收端的应用程序“读取”。
4.5.3 传输控制协议（ TCP) P327
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流数据服务过程
发送方
TCP
接收方
TCP
发送方
应用程序
发送方缓冲区
接收方
应用程序
接收方缓冲区
报文段 报文段
IP 数据
报
IP数据报
发送 接收字节 流 字节 流
分段
组合
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2,TCP的特别服务
?全双工服务
TCP提供全双工服务，即两个应用程序彼此连接后，
它们都可发送和接收数据。 TCP还采用一种叫做
,piggybacking‖（载答，借道法）的方法，使确
认应答可以和数据一起发送。
?可靠的服务
TCP是一种可靠的传输协议。它使用“差错控制”
和确认机制等来检查数据是否安全可靠到达。
4.5.3 传输控制协议（ TCP) P327
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3,TCP报文段 (segment)
? 两个使用 TCP的设备之间数据传输的单位是“报文段”。报
文段的格式如下,P329图 8.15
? 报文段由两部分组成：报头和数据。报头部分 20（基本）～
60（加上选项）字节。
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3,TCP报文段 (segment)
? 源端口地址 发送本报文段的主机中应用程序的端口号。
? 目标端口地址 接收本报文段的主机中应用程序的端口号。
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3,TCP报文段 (segment)
?序列号 分配给本报文段数据第一个字节的编号。为了保证连接
性,TCP对每个被传输的字节都须编号。序列号告则为报文段
中的第一个字节的编号。
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3,TCP报文段 (segment)
?确认号 希望接收的另一方发来的字节编号。如果报文段的接收
方成功地从另一方接收的字节编号为 X，它就将 X+1定义为确认
号。确认应答和数据可以一起“载答”传送。
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3,TCP报文段 (segment)
?报头长度 以四个字节为单位，其值为 5～ 15（报头长度为 20～
60字节）。
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3,TCP报文段 (segment)
?控制编码 URG ACK PSH RST SYN FIN
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3,TCP报文段的控制编码
标识 说明
URG 紧急指针字段有效
ACK 确认字段有效
PSH 请求对数据进行“推”操作
（立即送应用程序，不等缓冲
区满）
RST 连接复位（由于主机崩溃或其
他原因出现错误连接时）
SYN 连接期间序列号同步（用于建
立连接）
FIN 拆除连接
【 推数据 】 （ pushing
data） 如果发送方应用程
序要求要求将写入的数据
（哪怕 1个字节）应立即
发出而不必等缓冲区满，
可使用,push‖ 操作，即
令 PSH=1。
【 紧急数据 】 （ urgent
data） URG=1时，表示所
发数据为“紧急数据”，
紧急数据的范围从报文段
数据开始处直到紧急指针
所指处。接收方的 TCP收
到一个 URG=1的报文段时，
会将其中的紧急数据提取
出来，并立即传送给应用
程序，而不管它在字符流
中的位臵如何。
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3,TCP报文段 (segment)
?窗口大小 规定对方必须保持的窗口大小（字节） ——用于流量控制。
?检验和 (checksum) 差错控制
?紧急指针 表示报文段含有紧急数据（当紧急指针标识 URG臵 1时有效）。
?选项 不常用（目前正式使用的有“最大报文段长度”）
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【 名词解释 】 检验和（ Checksum）
? 高层协议使用的基于冗余原理的差错检测方法
其方法是：在发送端，由检验和发生器将数据分
成相同的 n位数据段（通常是 16位）。然后以每
两个字节为 1个单位相加，若相加的结果有进位，
那么将和加 1。如此反复，直到全部数据都相加完
为止。将最后的和值对 1求补（即取二进制反码），
便得到 16位的检验和。将此检验和作为冗余位附
加在数据上发送给接收方以供校验。
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检验和（ Checksum）原理图
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4、流量控制（ Flow Control）
TCP使用两个 缓冲区 (buffers)和一个
滑动窗口（ slide window） 进行流量控
制。窗口大小由接收方根据接收缓冲
区剩余空间的大小进行动态确定，并
通过 ACK报文段通知发送方。
如右图所示。假设发送方 TCP有一
个很大的缓冲区,但接收方的 TCP只有
一个 4k的缓冲区。开始连接时，接收
方 TCP宣告其接收窗口大小与缓冲区
相同（ 4k）。于是发送方发出了第 1个
报文段（ 4k）。接收方在缓冲区装满
时，向发送方发一个确认报文段（同
时宣告接收窗口大小为 0）。此时发送
方 TCP无法继续发送任何数据。随着
接收方应用程序从接收方缓冲区读取
数据，使缓冲区产生了 1k的剩余空间，
于是接收方 TCP发出了一个新的确认
报文段（同时宣告接收窗口大小为
1k）。于是发送方可以再发送 1k的报
文段了。以此类推。
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5,差错控制（ Error Control）
? TCP可以检测损坏了的、丢失了的、乱序了的和重复的报文段，
并可对差错进行纠正。
? 用于错误检查的方法有,检验和、确认和超时 。每个报文段都
有一个检验和字段，可供接收时检查是否损坏了。如果发现损
坏了，该报文段就会被接收方的 TCP丢弃。 TCP使用确认的方
法来证实完好的报文段已经收到了。如果某个报文段在规定的
时间内没有得到确认，就说明要么损坏了，要么丢失了。纠错
的方法也很简单：发送方的 TCP为每个报文段设臵一个超时计
数器。如果计数值到期了该报文段未被确认，则可判断所发的
报文段损坏了或丢失了，发送方就将重发该报文段。
? TCP通过检查报头中序列号来防止由于确认延误导致报文段的
重复接收。如果收到的报文段之序列号与已接收过的报文段序
列号相同,TCP就自动丢弃该报文段。
? 由于 TCP采用 IP进行传送，经常在接收方可能出现报文段不按
顺序到达情况。接收方的 TCP采用解决这个问题的方法也很简
单：对一个乱序了的报文段不予以确认，除非在它之前的所有
数据报均已收到。
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6、拥塞（ congesting）控制
? 流量控制可消除接收方来不及接收造成的拥塞问
题，但无法解决网络本身拥塞问题（如所经过因
特网路由器来不及转发众多的分组）。所以发送
方 TCP均使用两个窗口来控制拥塞：接收方要求
的窗口和所谓“拥塞窗口”。两个窗口的最小值
作为发送方的有效窗口。最简单的拥塞窗口采用
所谓“慢速启动”（ slow start）算法获得，即建
立连接时，发送方将拥塞窗口大小设臵为最大报
文段长度。如果传送成功（发送的报文能得到确
认），则将窗口大小加倍，过了某个临界值，然
后每传输成功一次，增加一个最大报文段长度，
直到数据传输超时或达到接收方要求的窗口大小
为止。
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7、连接（ Connection）
? TCP是一种面向连接的协议。面向连接的协
议在源进程和目标进程之间建立一个虚拟
信道。此后同一进程的所有报文段都通过
这一虚拟信道发送。整个传输通过两个过
程实现：
□ 建立连接
□ 拆除连接
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建立连接
两台机器的两个 TCP要使用“三次握手”
（ three-way handshaking）来建立连接。在这个过
程中，一个叫做“客户端”（ client）的应用程序需
要与另一个叫做“服务器端”（ server）的应用程
序使用 TCP作为传输层协议进行通信。三次握手始
于服务器端程序 ——它告诉自己的 TCP它已准备好
接受某个连接，但它本身并不进行任何连接，这就
是所谓请求,passive open‖。客户端程序则产生一
个所谓,active open‖请求，即告诉它自己的 TCP需
要与某个特定的服务器端程序建立连接。于是，客
户端的 TCP便开始启动“三次握手”过程以建立双
方的连接。
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三次握手
建立连接
U
R
G
A
C
K
P
S
H
R
S
T
S
Y
N
F
I
N
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三次握手
拆除连接
通常又称为“四次握
手”。
? 客户端的 TCP发送报文
段 1（ FIN）。
? 服务器端 TCP发送报文
段 2（ ACK），证实从
客户端收到 FIN报文段
了。报文段 2使用所接
收的 FIN报文段之序列
号加 1为确认号。
? 服务器端 TCP可以继续
发送数据。发送结束时，
发出报文段 3（ FIN）。
? 客户端 TCP发出报文段
4（ ACK），证实从服
务器端收到 FIN报文段
了。报文段 4使用所接
收的 FIN报文段之序列
号加 1为确认号。
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4.6 应用层
应用层的功能是使用户 (人或软件 )能够实现对互连网
络的访问。它向用户提供各种服务接口和支持，如电子
邮件、远程文件访问和传送、共享数据库管理及其他分
布式信息服务等。换言之，应用层提供分布式信息处理
服务及用户应用进程访问这些服务的途径。在实践中，
应用层由若干称为服务元素的实体组成，其中有些为许
多应用程序为共用，称为公共应用元素（ CASE），有些
提供特别的服务，与特定的应用相关，称为特定应用程
序服务元素（ SASE）。
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应用层与 Internet信息服务
应用层向用户提供一组常用的网络服务应用协议，特别是
Internet的应用信息服务。 Internet上的十大信息服务分别为：
? E-mail（电子邮件服务）
? FTP（文件传输服务）
? WWW（万维网服务）
? BBS（电子公告牌服务）
? NEWS（新闻组服务）
? Telnet（远程登录服务）
? Gopher（信息浏览服务）
? Archic（文件查找服务）
? WAIS（广域信息服务）
? DNS（域名解析服务）
需要说明的是，应用层协
议不限于因特网的应用信
息服务（如网络管理中经
常用到的网络管理协议
SNMP），而且上述十大
服务也不限于 Internet。
?Internet(因特网 )——世界变小了 P347
?前身系 69年由美国防部高级研究计划管理局
(DARPA) 研制的 ARPANet。
?最初是由西部四所大学计算机组成的广域网
?72年,50余所大学和研究所加入
?技术发展 ——军事用途淡化
?85年在美国家科学基金组织 (NFS) 和各大学推
动下，逐渐形成今日之 Internet。
补充,Internet概述常识
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?Internet 是一个非常独特的全球性计算机网络，
从理论上讲，它不属于任何机构与个人，也没有
任何机构或个人对它进行管理和协调，而是由用
户自行管理，有关 Internet的任何活动都是自发
的。它把世界上许多独立存在的计算机网络通过
一套独特的指令系统连通起来，使得网络中所拥
有的巨大的信息资源听令于世界上每个角落的使
用者。
?意义：
世界变小了 ——人类之间相互交流不再有国界、
地域之别
?开创了一个全新的信息时代 ——全球资源共享，
“足不出户而知最新之天下大事”。
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? 97年 6月 3日，国务院信息化工作领导小组办公室
在京宣布 中国互联网络信息中心（ CNNIC） 工作
委员会成立，并授权中科院计算机网络信息中心
承担 CNNIC的运行和管理工作。这标志着我国互
联网络的发展、运行和服务进入更加有序、完善
和规范的发展轨道。
? 2003年 1月,CNNIC发布了最新的, 中国互联网
络发展状况统计报告, 。统计报告显示：截止到
2002年 12月 31日止，我国上网用户数达 5910万
（ 00年同期 890万,02年 3370万），上网计算机
主机达 2083万台 (00年 350万台,02年 1254万台 )，
WWW站点 371600个 (00年 15153个,02年 277100
个 )。
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2003年 1月 CNNIC
,中国互联网络发展状况统计报告,
我国国际出口带宽的总量为 9380M（ 00年同期 351M,02年
为 7597M）。连接的国家有美国、加拿大、澳大利亚、英国、
德国、法国、日本、韩国等。分布情况如下：
中国科技网（ CSTNET）,55M
中国公用计算机互联网（ CHINANET）,5147M
中国教育和科研计算机网（ CERNET）,259M
中国联通互联网（ UNINET）,1093M
中国网通公用互联网 (CNCNET),2469M
中国国际经济贸易互联网（ CIETNET）,2M
中国移动互联网（ CMNET）,355M
中国长城互联网（ CGWNET）：（建设中）
中国卫星集团互联网（ CSNET）：（建设中）
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?中国 Internet 概况
CASNET 中国科技网
CERNET 中国教育网
CHINANET 中国电信网
CHINAGBN 中国经济网
UNINET 中国联通网
中科院系统的 12
个分院和 123个
研究所 (95年 )
中国公用计算
机互联网，即
163,169等
原国家教委 94年
12月组织清华、
北大等高校承建
中国国家公用
经济信息通信
网（金桥网）
中国联通公司
2000年
Internet
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
? 因特网 —— 一个精彩纷呈的神奇世界 (参见第 9.3节 )
因特网上与应用层有关的常用服务有：
?E-mail (电子邮件 )
?Telnet (远程登录）
?NEWS(新闻组 )
?FTP (文件传输 )
?Gopher (数据查询 ), Archic（文件查找）等
?WWW (万维网 )
?BBS (电子公告栏 )
?E-Commerce (电子商务 )
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?电子邮件 ——迷人的, 伊妹儿, （ e-mail)
? E-mail是一种利用电子手段进行信息转移、存
储，实现非实时人与人之间的通信系统。目前
电子邮件采用的服务器软件主要是 Unix下的
Sendmail,Windows下的 Exchange Server等，
邮件主要分为纯文本和 HTML格式两种，同时
邮件中允许添加附件。该服务所使用的应用层
协议为，客户端软件向服务器发送邮件遵循协
议 SMTP,UUTP等，客户端软件从邮件服务
器获取软件遵循 POP3,Imap等协议。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
E-mail的使用,电子邮箱与 e-mail地址
许多人使用 Internet，主要是通过浏览器访问 WWW网
站和通过电子邮件（ e-mail）进行远程通信。
使用电子邮件，首先应该在某个主机上拥有自己的电
子邮箱。别人发给你或你发给别人的电子邮件，都是先送
到收信人设在某个主机上的“邮箱”中，然后由收信人
“开箱”才收取到收信人自己电脑上的。
每个电子邮箱都有一个“通信地址”，其形式如：
ptgz@163.net
abcd@public.fj.pt.cn
―@‖是分隔符，是英文,at‖的意思。,@‖之前是你的
“帐号”名（相当于收信人姓名），,@‖之后则是管理你
邮箱的主机地址（相当于通信住址）。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
用户 B的邮件服务器
电子邮件的工作原理
? 电子邮箱：实际上是邮件服务器硬盘上的一个供特
定用户专用文件夹
? 电子邮件收发示意图
用户 A
用户 B
发信
打开邮箱
取信
用户 A的
邮件服务器
发信
打开邮箱
取信
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
E-mail:“8分钱 3秒钟把信件发往世界各地,
传统邮件传递方式的不足：
● 时间：以天为单位
● 费用：较高
● 投递地址：收信人应有固定地址
电子邮件的优点：
● 时间：以秒为单位
● 费用：很低
● 投递地址：只要有联网的电脑，不论人在天涯海角
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?Telnet(远程登录 )——构造自己的网上大型资料库
Telnet是在应用层通信协议 Telnet的支持
下，使自己的计算机暂时成为远程计算
机终端。其应用的原理就是通过 Telnet协
议所构造的网络虚拟终端提供了专门的
键定义，屏蔽不同计算机系统的差异，
从而实现异系统之间的模拟终端互联。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
Telnet：, 使用全球 600万台主机而不付一分钱的方法,
用户通过远程登录（一般用 anonymous即所谓
“匿名用户”注册，自己的电子邮箱地址为口令）使
自己的计算机暂时成为远程计算机的终端，直接调用
远程计算机的资源和服务。利用远程登录，用户可以
实时使用远程计算机上对外开放的全部资源，可以查
询数据库、检索资料，或利用远程计算机计算完成只
有巨型机才能做的工作。全世界的许多大学图书馆都
通过 Telnet对外提供联机检索服务。
远程登录为专业技术人员一种提供了快捷而且经济
的资料查询手段。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
? NEWS(新闻组服务 )——“志同道合者的网上沙龙,
Usenet是 Internet上的志趣相同的用户组织起来的一
个用户群，而 NEWS是指 USENET的一些专题讨论
小组。 Usenet有 6000多个讨论小组，每个小组围绕
一个专题，涉及的内容包括计算机、生物、数学、
哲学、政治、经济、社会问题等。
NEWS主要通过信件的方式进行消息张贴和发布 。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
1995年 3月初，清华大学 92级女生、
21岁的朱令突患疑症，头发脱落，全身
痉挛，无从下手。陷入昏迷状态,生命垂
危,3月 15日住进北京协和医院,朱令中毒
原因始终未能查出。
朱令的高中同学、北京大学力学系
92级学生贝志诚和几个同学一起将报刊
上发表的关于朱令病症的报道译成英文，
通过 Internet向世界发信,进行全球医学
专家远程会诊，这也是我国首次网上医
疗会诊、救助行动。
信发出仅 3小时，就收到回信，世界
各地陆续回信 1500多 封,30％的信认为
是“铊”中毒，为抢救赢得了时间。
1995年 4月 28日，经我国“铊”中
毒课题研究专家陈震阳 教授确诊的确是
“铊”中毒。经全力抢救，朱令昏迷 6个
月后 终于脱离了危险。
患病前的朱令
生于 1973年 11月的朱令在
1995年因铊中毒延误治疗留
下了永久性后遗症，现在她
已经 100%伤残，全身瘫痪、
双目近乎失明、大脑迟钝及
基本丧失语言能力。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
朱令是清华大学化学系二年级学生，一个健
康聪明、开朗、在同学里人缘很好的女孩。 1994
年 12月，她首次因不明原因发病，腹、腰四肢关
节痛，在北京同仁医院治疗近一个月，病因无法
确诊，头发全部掉光后病情好转出院。寒假过后
回校上学，她的头发已长出一寸左右，但人依然
很虚弱。开学一周后，她再次发病，双脚疼痛难
忍、双手麻木，再次脱发。从那时起，朱令就开
始接受各式各样的检查，有一天光是抽血化验就
进行了 12次，化验结果都没有血液上的毛病，但
是她的神智越来越恍惚，手的控制能力越来越差，
说话也开始不清楚。 3月 22日，因为吃东西开始呛，
医院对她做为了抢救和维持生命必须的气管切开
术，手术中她产生昏迷，三天后的晚上 11点，出
现吸氧不稳定的情况，幸好守护在侧的父亲及时
发现，才避免了一次危情。次日，她被收入 ICU，
靠呼吸机生存，普通手术中出现危急的病人在 ICU
最多也就住几天，她一住就是三个月,3月 28日起，
她进入长达两个多月的深度昏迷。一年后朱令出
院时，他们家人收到了含少数住院费和昂贵的 ICU
监护费和药品在内的 50万元账单。
国内权威医院无法确诊的疾
病，一台简单的 486电脑便
可集合起全世界的专家来共
同诊断，这就是神奇的因特
网，这一事件的重大意义在
于从此医学进入了一个可以
集中全世界的智慧来共同攻
克某一顽症的时代。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
? FTP(传输文件 )——“轻轻松松获取无限资源,
FTP是利用网络将一台计算机硬盘上的文件传送到另外一
台计算机的硬盘上，该服务使用应用层的文件传输协议 FTP
（ File Transfer Protocol），一个特殊的拥有控制连接与数据
连接两种连接的特殊协议。 FTP服务的前身是只能传递简单文
本的 TFTP服务。
FTP（ File Transfer Protocol)技术使用户能在两个联网的计
算机之间传输文件，它是因特网上传递文件最主要的方法。使
用匿名（ Anonymous)FTP，用户可以免费获得因特网上丰富
的资源。除此之外,FTP还提供目录查询、文件操作及其他会
话控制功能。
FTP也是个人网页传送到免费网站及日常修改的最重要的
手段。
使用 FTP方法之一,通过浏览器访问。 Let’s try……
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使用 FTP方法之二,使用专门软件
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? Gopher等 (数据查询 )——“点点菜单查找全球各种信息,
?Gopher（基于菜单驱动的 Internet信息查询服务）
是因特网提供的一种由美国明尼苏达大学研制的菜
单式信息查系统。 Gopher的原意是“地鼠”，喻
如地鼠一般穿梭于 Internet找寻所需信息无孔不入。
?因特网上有上千个 Gopher服务器，它们将因特网
的信息资源组织成单一形式的资料库，称作
,Gopher空间”。 Gopher 不同于一般的信息查
询工具，它使用关键字作索引，用户可以方便地从
因特网某台主机连接到另一台主机，查找到所需的
资料。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
使用 Gophrer的方法之一, 通过浏览器访问
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使用 Gophrer的方法之二, 通过专门软件访问
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? Gopher等 (数据查询 )——“点点菜单查找全球各种信息,
?因特网上还有一些与 Gopher相类似的快速查询服
务工具如 Wais（广域信息服务）,Archic（文件查
找服务） 。 Wais 将相关的资料组织成一个可按关
键字检索的数据库资料，提供给公众检索。
?有些时候使用者知道某些公用程序的文件名称，
但却不知道它们在那些 FTP站台可以找的到，而一
般的搜寻引擎 (search engine)却又没有提供此种服
务，所以就需要使用 Archie（文件查找服务） 。
Gopher,Archic,WAIS等由于协议自身的缺陷（不支持多媒
体、不支持图文信息等），应用规模逐渐缩减。
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? WWW(Wide World Web,万维网 ) ——
“轻点鼠标，拥抱一个精彩纷呈的无限世界,
通过叫做“浏览器”的 WWW专用访问软件来远程调看某个
网站上的网页。
所谓,网页”，实际上是以“图文并茂”、“有声有色” (多
媒体 )系列专栏形式向公众展示各种信息的网络“宣传栏”。
（ Gopher等只能阅读文字数据）。
WWW主要是以超文本标注语言（ HTML,Hyper Text Markup Language）
和超文本传输协议（ HTTP）为基础，提供面向 Internet服务、具有一致
用户界面的信息浏览系统，其客户端软件称为浏览器（ browser）。浏览
器不仅可以访问 WWW服务，同样可以访问 FTP,Gopher,Telnet等服务，
而且加入数据库应用后，形成新一代的 Browser/Server（ B/S）网络应用
模式。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
浏览器（ browser)——Internet泛游之舟
WWW采用客户机 /服务器系统。在客户机方面（用户）使用
的程序叫做 Web浏览器。服务器上则主要存放网页文件，通
常称为 Web站点或,Web网站”。在 Web网站上除了 Web网
页文件外，还有 Web服务程序。
Web服务器 ＋ 网页文件 ＋ I P地址 ＝ Web网站
成套
网页
Web
服务器
浏览器
客户机
http请求 (输入网址 )
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? BBS(电子公告牌 ) ——“网上自由论坛,
一种即时性的双向性布告栏系统。用户可以在此“张贴”
自己的“帖子”，与他人分享或交流自己的经验知识。
许多 BBS站一般是“站长”或版主（“斑竹”）利用业余
时间建设 维护的。
要在国内 BBS站上发表自己见解，一般要求先进行新用户
注册，否则只有观看权。
BBS（ Bulletin Board System）主要作用是提供一个张
贴消息、发布公告、讨论的场所，同时提供交互式聊
天，主要用于新闻和娱乐。
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
?电子商务是指利用 EDI（电子数据交换）和因特网
技术，使交易双方通过网络进行交流，洽谈确认，
最终实现交易的一种商贸活动。
?利用电子商务技术从事零售业务的企业叫做电子零
售企业或电子商店。从表面上讲，电子商店是建立
在网络世界中的虚拟商店，与传统超市和百货公司
不同的是，到电子商店消费的顾客不必出门，而是
在家中通过电脑网络选购。而商店老板也不用将笨
重的商品搬至店铺中等待顾客上门，而是在消费者
的电脑画面上供消费者选购。
?电子商务（ e-commerce) ——
“足不出户而应有尽有”
Let’s try…
莆田学院计算机教研室 2003年 4月
小结,Internet 提供的服务
▼ 路边墙壁（ 自由张贴 ） ——BBS
▼ 橱窗专栏（ 图文并茂 ） ——WWW
▼ 兴趣小组（ 专题讨论 ） ——Usenet
▼ 购物天堂（ 坐逛超市 ） ——E-Commerce
▼ 超级图书馆
▼ 万能邮局（ 又快又好 ） ——E-Mail
按目录查询 ——Gopher
按关键词查询 ——Wais
开架借阅 ——Telnet
借书回家 ——FTP
按文件名查询 ——Archic
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4.7 寻址方案
不同协议层使用自己的寻址方案供工作在本层的网络设备或
应用软件使用：
?由软件使用的寻址方案
应用层地址,主机名（如 Internet的域名）
传输层地址,端口号（包括目标和源端口号）
如 ftp目标端口号为 21（ TCP协议） tftp为 69（ UDP协议）
telnet为 23（ TCP）,smtp为 25（ TCP）等。如果一台计算
机需与另一台计算机建立 telnet会话，它将设臵目标端口地
址为 23，并随即选取一个比 1023大的源端口地址。低于
1023的端口地址被保留为公认的目标端口地址。
?由硬件使用的寻址方案
网络层地址
IP地址 （路由器及具有路由功能的三层交换机）
网络接口层地址
MAC地址 （中继器、网桥及普通交换机）
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4.7 寻址方案
? IP地址与物理地址的映射：通过地址解析协
议 ARP
? IP地址和主机名的映射：通过域名系统
（ DNS,Domain Name System）
? 常用地址检测命令：
① ipconfig 以命令行形式输出 IP地址、子
网掩码和默认网关设置值。
② winipcfg 以对话框形式输出以上信息及
MAC地址等。
