携手创作，共同成长！这是我参与「掘金日新计划 · 8 月更文挑战」的第7天，点击查看活动详情一、互联网的概念
在现实世界中的计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信。通常在谈到“互连"时，应从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络.称为互联网(互连网)。
互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决。如不同的寻址方案，不同的分组长度，不同的网络接入机制，不同的差错恢复方法，不同的路由选择技术，不同的用户接入控制，不同的服务，不同的管理等。将网络互相连接起来要使用一些中间设备，称为中继系统。根据中继系统所在的层次，可以分为以下4种中继系统：
• 物理层中继系统，即转发器；
• 数据链路层中继系统，即网桥或桥接器；
• 网络层中继系统，即路由器；
• 网桥和路由器的混合物，即桥路器；
一般讨论互联网时都是指用路由器进行互连的互联网络。路由器其实就是一台专用计算机，用来在互联网中进行路由选择，并采用标准化的IP协议。图1(a)表示有许多计算机网络通过一些路由器进行互连。由于参加互连的计算机网络都使用相同的网际协议IP,因此互连以后的计算机网络，在进行通信时就像在一个网络上通信一样。可以将互连以后的计算机网络看成如图1(b)所示的一个虚拟网络。
图1 互联网络概念
二、 体系结构
国际上都采用TCP/IP体系的参考模型，如图7.2所示。下面概述每一层的功能。
图2 TCP/IP参考模型
（1）物理层：对应于低层网络的硬件和协议。如局域网的Ethernet,X.25的分组交换网,ATM网等。
（2）网络接口层（网络访问层）：它是TCP/IP的最低层，该层的协议提供了一种数据传送的方法，将数据分成帧来传送，它必须知道低层网络的细节，以便准确地格式化传送的数据。该层执行的功能还包括将IP地址映射为网络使用的物理地址。
（3）互联网层（IP）：主要功能是负责将数据报送到目的主机。包括：
• 处理来自传输层的分组发送请求，将分组装入IP数据报，选择路径，然后将数据报发送到相应数据线上；
• 处理接收的数据报，检査目的地址，若需要转发，则选择发送路径转发，若目的地址为本结点IP地址，则除去报头，将分组交送传输层处理；
• 处理互连网路径、流控与拥塞问题。
（4）传输层：主要功能是负责应用进程之间的端到端通信。该层中的两个最主要的协议是传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。
TCP协议是一种可靠的面向连接的协议，它允许将一台主机的字节流无差错地传送到目的主机。TCP同时要完成流量控制功能，协调收发双方的发送与接收速度，达到正确传输的目的。
UDP是不可靠的无连接协议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中,分组传输顺序检査与排序由应用层实现。
(5)应用层：是TCP/IP协议簇的最高层，它规定了应用程序怎样使用互联网。它包括远程登录协议(TELNET).文件传输协议(FTP)、电子邮件协议(SMTP)、域名服务协议(DNS)以及HTTP协议等。
三、协议地址
1.IP地址及其表示方法
把整个互联网看成一个单一、抽象的网络。所谓IP地址，就是给每个连接在互联网上的主机分配一个在全世界范围内唯一的32bit地址。IP地址的结构使我们可以在Internet上很方便地进行寻址，这就是：先按IP地址的网络号Net-id把网络找到，再按主机号Host-id把主机找到。所以IP地址并不仅表示一个计算机的地址，而且指出了连接到某个网络上的某个计算机。
1P地址分为5类，即A类到E类。地址的最前端是地址类别标识，下面接着是网络号字段和主机号字段，如图3所示。
图3 IP地址的5种类型
常将32bit地址中每8bit用其等效十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点，这就是点分十进制记法。例如，有下面的1P地址
10000000 00001011 00000011 00011111
这就是一个B类IP地址。若记为128.11.3.31,显然就方便得多。
2.IP地址与物理地址
图4表示IP地址与物理地址(也可称为硬件地址)的区别，可以看出，IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。在网络层及以上使用的是IP地址，而链路层及以下使用的是硬件地址。在IP层抽象的互联网上，看到的只是IP数据报，而在具体的物理网络的链路层，看到的只是MAC帧。
图4 IP地址与物理地址区别
3. 子网的划分
现在看来，IPv4中IP地址的设计确实有不够合理的地方。例如，IP地址在使用时有很大的浪费，若某个单位申请到了一个B类地址，该单位只有1万台主机，于是其余五万五千多个主机号就白白地浪费了，因为其他单位的主机无法使用这些号。因此在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，子网号字段究竟选多长，由本单位根据情况确定。用子网掩码来区分子网号与主机号的分界线。子网掩码由一连串的“1”和一连串的“0”组成。“1”对应于网络号和子网络号字段；“0”对应于主机号字段。图5表示子网掩码的意义。
图5 子网掩码的意义
若一个单位不进行子网划分，则其子网掩码即为默认值，此时子网掩码“1”的长度就是网络号的长度。因此A,B,C类IP地址，其对应的子网掩码默认值分别为255.0.0.0,255.255.0.0,255.255.255.0。
4. 地址转换
上面讲的IP地址是不能直接用来进行通信的。这是因为：
(1) IP地址只是主机在网络层中的地址，若要将网络层中传送的数据报交给目的主机,还要传到链路层转变成MAC帧后才能发送到网络，而MAC帧使用的是源主机和目的主机的硬件地址。因此必须在IP地址和主机的硬件地址之间进行转换。
(2) 用户平时不愿意使用难以记忆的主机号，而愿意使用易于记忆的主机名字。因此也需在主机名字和IP地址之间进行转换。
由IP地址到物理地址的转换由地址解析协议(ARP)完成。而由物理地址转换到IP地址使用RARP协议。由主机名字到IP地址的转换用域名系统(DNS)。
互联网迅速发展暴露出目前使用的IP协议（IPv4）不适用了。主要的问题是32bitIP地址不够用；另一个原因是它还不适于传递语音和视频等实时性的业务，所以现在已提出下一代的IPv6。它的主要变化是，IPv6使用了128bit的地址空间，并使用了全新的数据报格式，简化了协议，加快了分组的转发，允许对网络资源的预分配和允许协议继续演变，并增加了新的功能等。
