3.6.3 TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層中含有四個重要的協(xié)議:互連網(wǎng)協(xié)議IP、互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP、地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP和反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RARR。
網(wǎng)絡(luò)層的功能主要由IP來提供。除了提供端到端的分組分發(fā)功能外,IP還提供了很多擴(kuò)充功能。例如,為了克服數(shù)據(jù)鏈路層對幀大小的限制,網(wǎng)絡(luò)層提供了數(shù)據(jù)分塊和重組功能,這使得很大的IP數(shù)據(jù)報能以較小的分組在網(wǎng)上傳輸。
網(wǎng)絡(luò)層的另一個重要服務(wù)是在互相獨立的局域網(wǎng)上建立互連網(wǎng)絡(luò),即網(wǎng)際網(wǎng)。網(wǎng)間的報文來往根據(jù)它的目的IP地址通過路由器傳到另一網(wǎng)絡(luò)。
1.互連網(wǎng)協(xié)議IP(Internet Protocol)
網(wǎng)絡(luò)層最重要的協(xié)議是IP,它將多個網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一個互連網(wǎng),可以把高層的數(shù)據(jù)以多個數(shù)據(jù)報的形式通過互連網(wǎng)分發(fā)出去。
IP的基本任務(wù)是通過互連網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)報,各個IP數(shù)據(jù)報之間是相互獨立的。主機(jī)上的IP層向運輸層提供服務(wù)。 IP從源運輸實體取得數(shù)據(jù),通過它的數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)傳給目的主機(jī)的I層。IP不保證服務(wù)的可靠性,在主機(jī)資源不足的情況下,它可能丟棄某些數(shù)據(jù)報,同時IP也不檢查被數(shù)據(jù)鏈路層丟棄的報文。
在傳送時,高層協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給IP,IP再將數(shù)據(jù)封裝為互連網(wǎng)數(shù)據(jù)報,并交給數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議通過局域網(wǎng)傳送。若目的主機(jī)直接連在本網(wǎng)中,IP可直接通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報傳給目的主機(jī);若目的主機(jī)在遠(yuǎn)地網(wǎng)絡(luò)中,則IP路由器傳送數(shù)據(jù)報,而路由器則依次通過下一網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報傳送到目的主機(jī)或再下一個路由器。也即一個IP數(shù)據(jù)報是通過互連網(wǎng)絡(luò),從一個IP模塊傳到另一個IP模塊,直到終點為止。
需要連接獨立管理的網(wǎng)絡(luò)的路由器,可以選擇它所需的任何協(xié)議,這樣的協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)間連接器協(xié)議IGP (Interior Geteway Pmtocol)。在IP環(huán)境中,一個獨立管理的系統(tǒng)稱為自治系統(tǒng)。
跨越不同的理域的路由器(如從專用網(wǎng)到PDN)所使用的協(xié)議,稱為外部網(wǎng)間連接器協(xié)議EGP(Exterior Gateway Protocol),EGP是一組簡單的定義完備的正式協(xié)議。
2.互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP
從IP互連網(wǎng)協(xié)議的功能,可以知道IP提供的是一種不可靠的元連接報文分組傳送服務(wù)。若路由器或主機(jī)故障使網(wǎng)絡(luò)阻塞,就需要通知發(fā)送主機(jī)采取相應(yīng)措施。
為了使互連網(wǎng)能報告差錯,或提供有關(guān)意外情況的信息,在IP層加入了一類特殊用途的報文機(jī)制,即互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP。
分組接收方利用ICMP來通知IP模塊發(fā)送方某些方面所需的修改。 ICMP通常是由發(fā)現(xiàn)別的站發(fā)來的報文有問題的站產(chǎn)生的,例如可由目的主機(jī)或中繼路由器來發(fā)現(xiàn)問題并產(chǎn)生有關(guān)的ICMP。如果一個分組不能傳送,ICMP便可以被用來警告分組源,說明有網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)或端口不可達(dá)。ICMP在P也可以用來報告網(wǎng)絡(luò)阻塞。ICMP是IP正式協(xié)議的一部分,ICMP數(shù)據(jù)報通過IP送出,因此它在功能上屬于網(wǎng)絡(luò)第三層,但實際上它是像第四層協(xié)議一樣被編碼的。
3.地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP
在TCPAP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,每個主機(jī)都分配了一個32位的IP地址,這種互連網(wǎng)地址是在網(wǎng)際范圍標(biāo)識主機(jī)的一種邏輯地址。為了讓報文在物理網(wǎng)上傳送,必須知道彼此的物理地址。這樣就存在把互連網(wǎng)地址變換為物理地址的地址轉(zhuǎn)換問題。以以太網(wǎng)(Ethernet)環(huán)境為例,為了正確地向目的站傳送報文,必須把目的站的32位IP地址轉(zhuǎn)換成48位以太網(wǎng)目的地址DAo這就需要在網(wǎng)絡(luò)層有一組服務(wù)將IP地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)物理網(wǎng)絡(luò)地址,這組協(xié)議即是成P。
在進(jìn)行報文發(fā)送時,如果源網(wǎng)絡(luò)層所給的報文只有IP地址,而沒有對應(yīng)的以太網(wǎng)地址,則網(wǎng)絡(luò)層廣播ARP請求以獲取目的站信息,而目的站必須回答該AP請求。這樣源站點可以收到以太網(wǎng)48位地址,并將地址放入相應(yīng)的高速緩存(Cache)。下一次源站點對同一目的站點的地址轉(zhuǎn)換可直接引用高速緩存中的地址內(nèi)容。地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP使主機(jī)可以找出同一物理網(wǎng)絡(luò)中任一個物理主機(jī)的物理地址,只需給出目的主機(jī)的IP地址即可。這樣,網(wǎng)絡(luò)的物理編址可以對網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)透明。
在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,為了將報文送到另一個網(wǎng)絡(luò)的主機(jī),數(shù)據(jù)報先定向發(fā)送到發(fā)送方所在網(wǎng)絡(luò)的IP路由器。因此,發(fā)送主機(jī)首先必須確定路由器的物理地址,然后依次將數(shù)據(jù)報發(fā)往接收端。除基本AP機(jī)制外,有時還需在路由器上設(shè)置代理ARP,其目的是由IP路由器代替目的站對發(fā)送方ARP請求做出響應(yīng)。
4.反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RAPP
反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議用于一種特殊情況,如果站點初始化以后,只有自己的物理網(wǎng)絡(luò)地址而沒有IP地址,則它可以通過隊RP協(xié)議,發(fā)出廣播請求,征求自己的IP地址,而RARP服務(wù)器則負(fù)責(zé)回答。這樣,無IP地址的站點可以通過RARP協(xié)議取得自己的IP地址,這個地址在下一次系統(tǒng)重新開始以前都有效,不用連續(xù)廣播請求。RARP廣泛用于獲取元盤工作站的IP地址。
網(wǎng)絡(luò)層中含有四個重要的協(xié)議:互連網(wǎng)協(xié)議IP、互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP、地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP和反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RARR。
網(wǎng)絡(luò)層的功能主要由IP來提供。除了提供端到端的分組分發(fā)功能外,IP還提供了很多擴(kuò)充功能。例如,為了克服數(shù)據(jù)鏈路層對幀大小的限制,網(wǎng)絡(luò)層提供了數(shù)據(jù)分塊和重組功能,這使得很大的IP數(shù)據(jù)報能以較小的分組在網(wǎng)上傳輸。
網(wǎng)絡(luò)層的另一個重要服務(wù)是在互相獨立的局域網(wǎng)上建立互連網(wǎng)絡(luò),即網(wǎng)際網(wǎng)。網(wǎng)間的報文來往根據(jù)它的目的IP地址通過路由器傳到另一網(wǎng)絡(luò)。
1.互連網(wǎng)協(xié)議IP(Internet Protocol)
網(wǎng)絡(luò)層最重要的協(xié)議是IP,它將多個網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一個互連網(wǎng),可以把高層的數(shù)據(jù)以多個數(shù)據(jù)報的形式通過互連網(wǎng)分發(fā)出去。
IP的基本任務(wù)是通過互連網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)報,各個IP數(shù)據(jù)報之間是相互獨立的。主機(jī)上的IP層向運輸層提供服務(wù)。 IP從源運輸實體取得數(shù)據(jù),通過它的數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)傳給目的主機(jī)的I層。IP不保證服務(wù)的可靠性,在主機(jī)資源不足的情況下,它可能丟棄某些數(shù)據(jù)報,同時IP也不檢查被數(shù)據(jù)鏈路層丟棄的報文。
在傳送時,高層協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給IP,IP再將數(shù)據(jù)封裝為互連網(wǎng)數(shù)據(jù)報,并交給數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議通過局域網(wǎng)傳送。若目的主機(jī)直接連在本網(wǎng)中,IP可直接通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報傳給目的主機(jī);若目的主機(jī)在遠(yuǎn)地網(wǎng)絡(luò)中,則IP路由器傳送數(shù)據(jù)報,而路由器則依次通過下一網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報傳送到目的主機(jī)或再下一個路由器。也即一個IP數(shù)據(jù)報是通過互連網(wǎng)絡(luò),從一個IP模塊傳到另一個IP模塊,直到終點為止。
需要連接獨立管理的網(wǎng)絡(luò)的路由器,可以選擇它所需的任何協(xié)議,這樣的協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)間連接器協(xié)議IGP (Interior Geteway Pmtocol)。在IP環(huán)境中,一個獨立管理的系統(tǒng)稱為自治系統(tǒng)。
跨越不同的理域的路由器(如從專用網(wǎng)到PDN)所使用的協(xié)議,稱為外部網(wǎng)間連接器協(xié)議EGP(Exterior Gateway Protocol),EGP是一組簡單的定義完備的正式協(xié)議。
2.互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP
從IP互連網(wǎng)協(xié)議的功能,可以知道IP提供的是一種不可靠的元連接報文分組傳送服務(wù)。若路由器或主機(jī)故障使網(wǎng)絡(luò)阻塞,就需要通知發(fā)送主機(jī)采取相應(yīng)措施。
為了使互連網(wǎng)能報告差錯,或提供有關(guān)意外情況的信息,在IP層加入了一類特殊用途的報文機(jī)制,即互連網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP。
分組接收方利用ICMP來通知IP模塊發(fā)送方某些方面所需的修改。 ICMP通常是由發(fā)現(xiàn)別的站發(fā)來的報文有問題的站產(chǎn)生的,例如可由目的主機(jī)或中繼路由器來發(fā)現(xiàn)問題并產(chǎn)生有關(guān)的ICMP。如果一個分組不能傳送,ICMP便可以被用來警告分組源,說明有網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)或端口不可達(dá)。ICMP在P也可以用來報告網(wǎng)絡(luò)阻塞。ICMP是IP正式協(xié)議的一部分,ICMP數(shù)據(jù)報通過IP送出,因此它在功能上屬于網(wǎng)絡(luò)第三層,但實際上它是像第四層協(xié)議一樣被編碼的。
3.地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP
在TCPAP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,每個主機(jī)都分配了一個32位的IP地址,這種互連網(wǎng)地址是在網(wǎng)際范圍標(biāo)識主機(jī)的一種邏輯地址。為了讓報文在物理網(wǎng)上傳送,必須知道彼此的物理地址。這樣就存在把互連網(wǎng)地址變換為物理地址的地址轉(zhuǎn)換問題。以以太網(wǎng)(Ethernet)環(huán)境為例,為了正確地向目的站傳送報文,必須把目的站的32位IP地址轉(zhuǎn)換成48位以太網(wǎng)目的地址DAo這就需要在網(wǎng)絡(luò)層有一組服務(wù)將IP地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)物理網(wǎng)絡(luò)地址,這組協(xié)議即是成P。
在進(jìn)行報文發(fā)送時,如果源網(wǎng)絡(luò)層所給的報文只有IP地址,而沒有對應(yīng)的以太網(wǎng)地址,則網(wǎng)絡(luò)層廣播ARP請求以獲取目的站信息,而目的站必須回答該AP請求。這樣源站點可以收到以太網(wǎng)48位地址,并將地址放入相應(yīng)的高速緩存(Cache)。下一次源站點對同一目的站點的地址轉(zhuǎn)換可直接引用高速緩存中的地址內(nèi)容。地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP使主機(jī)可以找出同一物理網(wǎng)絡(luò)中任一個物理主機(jī)的物理地址,只需給出目的主機(jī)的IP地址即可。這樣,網(wǎng)絡(luò)的物理編址可以對網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)透明。
在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,為了將報文送到另一個網(wǎng)絡(luò)的主機(jī),數(shù)據(jù)報先定向發(fā)送到發(fā)送方所在網(wǎng)絡(luò)的IP路由器。因此,發(fā)送主機(jī)首先必須確定路由器的物理地址,然后依次將數(shù)據(jù)報發(fā)往接收端。除基本AP機(jī)制外,有時還需在路由器上設(shè)置代理ARP,其目的是由IP路由器代替目的站對發(fā)送方ARP請求做出響應(yīng)。
4.反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RAPP
反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議用于一種特殊情況,如果站點初始化以后,只有自己的物理網(wǎng)絡(luò)地址而沒有IP地址,則它可以通過隊RP協(xié)議,發(fā)出廣播請求,征求自己的IP地址,而RARP服務(wù)器則負(fù)責(zé)回答。這樣,無IP地址的站點可以通過RARP協(xié)議取得自己的IP地址,這個地址在下一次系統(tǒng)重新開始以前都有效,不用連續(xù)廣播請求。RARP廣泛用于獲取元盤工作站的IP地址。