TCP/IP基础

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一．子网的设定

若公司不上Internet,那一定不会烦恼IP Address的问题,因为可以任意使用所有的IP Address,不管是A Class或是B Class,这个时候不会想到要用Sub Net,但若是上Internet那IP Address便弥足珍贵了,目前全球一阵Internet热,IP Address已经愈来愈少了,而所申请的IP Address目前也趋保守,而且只有经申请的IP Address能在Internet使用,但对某些公司只能申请到一个C CLass的IP Address,但又有多个点需要使用,那这时便需要使用到Subnet,这篇短文说明Subnet的原理及如何规划。
1．Subnet Mask的介绍
设定任何网路上的任何设备不管是主机、PC、Router等皆需要设定IP Address,而跟随著IP Address的是所谓的NetMask,这个NetMask主要的目的是由IP Address中也能获得NetworkNumber,也就是说IP Address和Net Mask作AND而得到Network Number,如下所示：
IP Address
192.10.10.611000000.00001010.00001010.00000110
NetMask
255.255.255.011111111.11111111.11111111.00000000
AND
-------------------------------------------------------------------
Network Number
192.10.10.011000000.00001010.00001010.00000000
NetMask有所谓的预设值,如下所示
Class IP Address 范围 Net Mask
A　1.0.0.0-126.255.255.255255.0.0.0
B　128.0.0.0-191.255.255.255255.255.0.0
C　192.0.0.0-223.255.255.255255.255.255.0
在预设的Net Mask都只有255的值,在谈到Subnet Mask时这个值便不一定是255了。在完整一组C Class中如203.67.10.0-203.67.10.255NetMask255.255.255.0,203.67.10.0称之Network Number(将IP Address和Netmask作AND),而203.67.10.255是Broadcast的IP Address,所以这?两者皆不能使用,实际只能使用203.67.10.1--203.67.10.254等254个IP Address,这是以255.255.255.0作NetMask的结果,而所谓Subnet Msk尚可将整组C Class分成数组Network Number,这要在NEtMask作手脚,若是要将整组C CLass分成2个Network Number那NetMask设定为255.255.255.192,若是要将整组C CLass分成8组Network Number则NetMask要为255.255.255.224,这是怎麽来的,由以上知道Network Number是由IP Address和NetMask作AND而来的,而且将NetMask以二进位表示法知道是1的会保留,而为0的去掉
192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.10000001
255.255.255.0--11111111.11111111.11111111.00000000
--------------------------------------------------------------
192.10.10.0--11000000.00001010.00001010.00000000
以上是以255.255.255.0为Net Mask的结果,Network Number是192.10.10.0,若是使用255.255.255.224作Net Mask结果便有所不同
192.10.10.193--11000000.00001010.00001010.10000000
255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000
--------------------------------------------------------------
192.10.10.192--11000000.00001010.00001010.10000000
此时Network Number变成了192.10.10.192,这便是Subnet。那要如何决定所使用的NetMask,255.255.255.224以二进位表示法为11111111.11111111.11111111.11100000,变化是在最後一组,11100000便是224,以三个Bit可表示2的3次方便是8个Network Number
NetMask二进位表示法可分几个Network
255.255.255.011111111.11111111.11111111.000000001
255.255.255.128
11111111.11111111.11111111.100000002
255.255.255.192
11111111.11111111.11111111.110000004
255.255.255.224
11111111.11111111.11111111.111000008
255.255.255.240
11111111.11111111.11111111.1111000016
255.255.255.248
11111111.11111111.11111111.1111100032
255.255.255.252
11111111.11111111.11111111.1111110064
以下使用255.255.255.224将C　Class203.67.10.0分成8组Net work Number,各个Network Number及其Broadcast IP Address及可使用之IP Address序号Network Number Broadcast可使用之IP Address
（1）203.67.10.0--203.67.10.31
203.67.10.1--203.67.10.30
（2）203.67.10.32--203.67.10.63
203.67.10.33--203.67.10.62
（3）203.67.10.64--203.67.10.95
203.67.10.65--203.67.10.94
（4）203.67.10.96--203.67.10.127
203.67.10.97--203.67.10.126
（5）203.67.10.128--203.67.10.159
203.67.10.129--203.67.10.158
（6）203.67.10.160--203.67.10.191
203.67.10.161--203.67.10.190
（7）203.67.10.192--203.67.10.223
203.67.10.193--203.67.10.222
（8）203.67.10.224--203.67.10.255
203.67.10.225--203.67.10.254
可验证所使用的IP Address是否如上表所示
203.67.10.115--11001011.01000011.00001010.01110011
255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000
--------------------------------------------------------------
203.67.10.96--11001011.01000011.00001010.01100000
　
203.67.10.55--11001011.01000011.00001010.00110111
255.255.255.224--11111111.11111111.11111111.11100000
--------------------------------------------------------------
203.67.10.32--11001011.01000011.00001010.00100000
其他的NetMask所分成的NetworkNumber可自行以上述方法自行推演出来。
2．Subnet的应用
使用Subnet是要解决只有一组C Class但需要数个Network Number的问题,并不是解决IP Address不够用的问题,因为使用Subnet反而能使用的IP Address会变少,Subnet通常是使用在总公司在台北,但分公司在台中,两者之间使用Router连线,同时也上Internet,但只申请到一组C Class IP Address,过Router又需不同的Network,所以此时就必须使用到Subnet,当然二办公司间可以Remote Bridge连接,那便没有使用Subnet的问题,这点在此不讨论,所以在以上情况下的网路连线架构及IP Address的使用
二．TCP/IP协议簇简介
TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。TCP/IP是INTERNET的基础协议，也是一种电脑数据打包和寻址的标准方法。在数据传送中，可以形象地理解为有两个信封，TCP和IP就像是信封，要传递的信息被划分成若干段，每一段塞入一个TCP信封，并在该信封面上记录有分段号的信息，再将TCP信封塞入IP大信封，发送上网。在接受端，一个TCP软件包收集信封，抽出数据，按发送前的顺序还原，并加以校验，若发现差错，TCP将会要求重发。因此，TCP/IP在INTERNET中几乎可以无差错地传送数据。在任何一个物理网络中,各站点都有一个机器可识别的地址,该地址叫做物理地址.物理地址有两个
特点:
（1）物理地址的长度,格式等是物理网络技术的一部分,物理网络不同,物理地址也不同.
（2）同一类型不同网络上的站点可能拥有相同的物理地址.
以上两点决定了,不能用物理网络进行网间网通讯.
在网络术语中，协议中，协议是为了在两台计算机之间交换数据而预先规定的标准。TCP/IP并不是一个而是许多协议，这就是为什么你经常听到它代表一个协议集的原因，而TCP和IP只是其中两个基本协议而已。
你装在计算机-的TCP/IP软件提供了一个包括TCP、IP以及TCP/IP协议集中其它协议的工具平台。特别是它包括一些高层次的应用程序和FTP(文件传输协议)，它允许用户在命令行上进行网络文件传输。
TCP/IP是美国政府资助的高级研究计划署(ARPA)在二十世纪七十年代的一个研究成果，用来使全球的研究网络联在一起形成一个虚拟网络，也就是国际互联网。原始的Internet通过将已有的网络如ARPAnet转换到TCP/IP上来而形成，而这个Internet最终成为如今的国际互联网的骨干网。
如今TCP/IP如此重要的原因，在于它允许独立的网格加入到Internet或组织在一起形成私有的内部网（Intranet）。构成内部网的每个网络通过一种-做路由器或IP路由器的设备在物理上联接在一起。路由器是一台用来从一个网络到另一个网络传输数据包的计算机。在一个使用TCP/IP的内部网中，信息通过使用一种独立的叫做IP包（IPpacket）或IP数据报(IP datagrams)的数据单元进--传输。TCP/IP软件使得每台联到网络上的计算机同其它计算机“看”起来一模一样，事实上它隐藏了路由器和基本的网络体系结构并使其各方面看起来都像一个大网。如同联入以太网时需要确认一个48位的以太网地址一样，联入一个内部网也需要确认一个32位的IP地址。我们将它用带点的十进制数表示，如128.10.2.3。给定一个远程计算机的IP地址，在某个内部网或Internet上的本地计算机就可以像处在同一个物理网络中的两台计算机那样向远程计算机发送数据。
TCP/IP提供了一个方案用来解决属于同一个内部网而分属不同物理网的两台计算机之间怎样交换数据的问题。这个方案包括许多部分，而TCP/IP协议集的每个成员则用来解决问题的某一部分。如TCP/IP协议集中最基本的协议-IP协议用来在内部网中交换数据并且执行一项重要的功能：路由选择－－选择数据报从A主机到B主机将要经过的路径以及利用合适的路由器完成不同网络之间的跨越（hop）。
TCP是一个更高层次的它允许运行在在不同主机上的应用程序相互交换数据流。TCP将数据流分成小段叫做TCP数据段（TCP segments），并利用IP协议进行传输。在大多数情况下，每个TCP数据段装在一个IP数据报中进行发送。但如需要的话，TCP将把数据段分成多个数据报，而IP数据报则与同一网络不同主机间传输位流和字节流的物理数据帧相容。由于IP并不能保证接收的数据报的顺序相一致，TCP会在收信端装配TCP数据段并形成一个不间断的数据流。FTP和Telnet就是两个非常流行的依靠TCP的TCP/IP应用程序。
另一个重要的TCP/IP协议集的成员是用户数据报协议(UDP)，它同TCP相似但比TCP原始许多。TCP是一个可靠的协议，因为它有错误检查和握手确认来保证数据完整的到达目的地。UDP是一个“不可靠”的协议，因为它不能保证数据报的接收顺序同发送顺序相同，甚至不能保证它们是否全部到达。如果有可靠性要求，则应用程序避免使用它。同许多TCP/IP工具同时提供的SNMP(简单网络管理协议)就是一个使用UDP协议的应用例子。
其它TCP/IP协议在TCP/IP网络中工作在幕后，但同样也发挥着重要作用。例如地址转换协议(ARP)将IP地址转换为物理网络地址如以太网地址。而与其对应的反向地址转换协议(RARP)做相反的工作，即将物理网络地址转换为IP地址。网际控制报文协议(ICMP)则是一个支持性协议，它利用IP完成IP数据报在传输时的控制信息和错误信息的传输。例如，如果一个路由器不能向前发送一个IP数据报，它就会利用ICMP来告诉发送者这里出现了问题。
三．TCP/IP网络的七层结构模型
网络设计者在解决网络体系结构时经常使用ISO/OSI（国际标准化组织/开放系统互连）七层模型，该模型每一层代表一定层次的网络功能。最下面是物理层，它代表着进行数据转输的物理介质，换句话说，即网络电缆。其上是数据链路层，它通过网络接口卡提供服务。最上层是应用层，这里运行着使用网络服务的应用程序。
TCP/IP是同ISO/OSI模型等价的。当一个数据单元从网络应用程序下流到网络接口卡，它通过了一列的TCP/IP模块。这其中的每一步，数据单元都会同网络另一端对等TCP/IP模块所需的信息一起打成包。这样当数据最终传到网卡时，它成了一个标准的以太帧(假设物理网络是以太网)。而接收端的TCP/IP软件通过剥去以太网帧并将数据向上传输过TCP/IP栈来为处于接收状态的应用程序重新恢复原始数据(一种最好的了解TCP/IP工作实质的方法，是使用探测程序来观察网络中的到处流动的帧中被不同TCP/IP模块所加上的信息)。为了勾勒TCP/IP在现实网络世界中所扮演的角色，请考虑当使用HTTP(超文本传输协议)的Web浏览器从连接在Internet上的Web服务器上获取一页HTML数据时所发生的情况。为形成同Web服务器的虚链路，浏览器使用一种被抽象地称为套接口(socket)的高层软件。为了获取Web页，它通过向套接口向套接口写入HTTPGET命令来向Web服务器发出该指令。接下来套接口软件使用TCP协议向Web服务器发出包含GET命令的字节流和位流，TCP将数据分段并将各独立段传到IP模块，该模块将数据段转换成数据报并发送给Web服务器。
如果浏览器和服务器运--在不同物理网络的计算机上(一般情况如此)，数据报从一个网络传到另一个网络，直到抵达服务器所在的那个网。最终，数据被传输到目的地址并被重新装配，这样Web服务器通过读自己的套接口来获得数据主干，并进而查看连续的数据流。对浏览器和服务器来说，数据在这一端写入套接口而在另一端出现如同魔术一般，但这只是底下发生的各种复杂的交互，它创造了数据经过网络无缝传输的假象。
这就是TCP/IP所做的：将许多小网联成一个大网。并在这个大网也就是Internet上提供应用程序所需要的相互通信的服务。
四．评论
对于TCP/IP有许多可谈的，但这里仅讲三个关键点：
1．TCP/IP是一族用来把不同的物理网络联在一起构成网际网的协议。TCP/IP联接独立的网络形成一个虚拟的网，在网内用来确认各种独立的不是物理网络地址，而是IP地址。
2．TCP/IP使用多层体系结构，该结构清晰定义了每个协议的责任。TCP和UDP向网络应用程序提供了高层的数据传输服务，并都需要IP来传输数据包。IP有责任为数据包到达目的地选择合适的路由。
3．在Internet主机上，两个运行着的应用程序之间传送要通过主机的TCP/IP堆栈上下移动。在发送端TCP/IP模块加在数据上的信息将在接收端对应的TCP/IP模块上滤掉，并将最终恢复原始数据。