1.1.4 局域网通信协议入门

为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。通信协议有层次特性，大多数的网络组织都按层或级的方式来组织，在下一层的基础上建立上一层，每一层的目的都是向其上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。网络协议确定交换数据格式及有关的同步问题。

1.TCP/IP

不同的厂家生产各种型号的计算机，它们运行完全不同的操作系统，但TCP/IP协议族允许它们互相进行通信。

TCP/IP起源于20世纪60年代末美国政府资助的一个分组交换网络研究项目，到20世纪90年代已发展成为计算机之间最常应用的组网形式。它被称做“全球因特网”或“因特网（Internet）”的基础，该广域网（WAN）已包含超过100万台遍布世界各地的计算机。

网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族，比如TCP/IP，是一组不同层次上的多个协议的组合。TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，如图1-11所示。

每一层的功能如下。

（1）链路层，也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。该层处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

（2）网络层，也称作因特网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet因特网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。

（3）运输层，主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它的工作包括把应用程序交给它的数据，分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略这些细节。而另一方面，UDP则为应用层提供了一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机上，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

（4）应用层，负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP都会提供Telnet远程登录、FTP文件传输协议、SMTP简单邮件传送协议、SNMP简单网络管理协议等应用程序。

2.IPX/SPX

IPX/SPX协议的全称为：Internet work Packet Exchange/Sequences Packet Exchange，网际包交换/顺序包交换。它是NOVELL公司为了适应网络的发展而开发的通信协议，它的体积比较大，但它在复杂的环境下有很强的适应性，同时它也具有“路由”功能，能实现多网段间的跨段通信。当用户接入的是NetWare服务器时，IPX/SPX及其兼容协议应是最好的选择。但在Windows环境中一般不用它，特别要强调的是在NT网络和WIN9X对等网中无法直接用IPX/SPX进行通信。

IPX/SPX的工作方式较简单，不需要任何配置，它可通过“网络地址”来识别自己的身份。在整个协议中，IPX是NetWare最底层的协议，它只负责数据在网络中的移动，并不保证数据传输是否成功，而SPX在协议中负责对整个传输的数据进行无差错处理。在NT中提供了两个IPX/SPX的兼容协议：NWLink IPX/SPX兼容协议和NWLink NetBIOS，二者统称为NWLink通信协议。它继承了IPX/SPX协议的优点，更适应了微软的操作系统和网络环境，当需要利用Windows系统进入NetWare服务器时，NWLink通信协议是最好的选择。

3.IPv4和IPv6

Internet依靠TCP/IP协议，在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统之间的互连。在Internet上，每一个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和相互联系。每个IP地址都包含两部分：网络ID和主机ID，网络ID标识在同一个物理网络上的所有宿主机，主机ID标识该物理网络上的每一个宿主机，于是整个Internet上的每台计算机都依靠各自唯一的IP地址来标识。IP地址构成了整个Internet的基础，从网络的层次结构考虑，一个IP地址必须指明属于哪个网络，以及是这个网络中的哪台主机，所以IP地址的格式为：网络号、主机号。

下面简要说明一下现行的IPv4地址和正在推行的IPv6地址的相关基础知识。

（1）IPv4地址

目前因特网使用的地址都是IPv4地址，32比特，通常用4个点分十进制数表示。为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP的设计者将IP地址空间划分为几个不同的地址类别，地址类别的划分针对于不同大小规模的网络。

● A类网：网络号为1字节，定义最高比特为0，余下7比特为网络号，主机号则有24比特编址。用于超大型的网络，每个网络有16777 216（224）台主机（边缘号码如全“0”或全“1”的主机有特殊含义，这里没有考虑）。全世界总共只有128（27）个A类网络。

● B类网：网络号为2字节，定义最高比特为10，余下14比特为网络号，主机号则可有16比特编址。B类网是中型规模的网络，总共有16384（214）个网络，每个网络有65536（216）台主机（同样忽略边缘号码）。

● C类网：网络号为3字节，定义最高3比特为110，余下21比特为网络号，主机号仅有8 比特编址。C类地址适用的就是较小规模的网络了，总共有2097 152（221）个网络号码，每个网络有256（28）台主机（同样忽略边缘号码）。

● D类网：不分网络号和主机号，定义最高四比特为1110，表示一个多播地址，即多目的地传输，可用来识别一组主机。

如何识别一个IP地址的属性？只需从点分法的最左一个十进制数就可以判断其归属。例如，1～126属A类地址，128～191属B类地址，192～223属C类地址，224～239属D类地址。除了以上四类地址外，还有E类地址，但暂未使用。

（2）IPv6地址

IPv6地址的长度为128位，也就是说可以有2的128次方个IP地址，如此庞大的地址空间，足以保证地球上每个人拥有一个或多个IP地址。

1）IPv6地址类型

在RFC1884中指出了3种类型的IPv6地址，它们分别占用不同的地址空间。

● 单点传送：这种类型的地址是单个接口的地址。发送到一个单点传送地址的信息包只会送到地址为这个地址的接口。

● 任意点传送：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个任意传送地址的信息包只会发送到这组地址中的一个（根据路由距离的远近来选择）。

● 多点传送：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个多点传送地址的信息包会发送到属于这个组的全部接口。

2）IPv6地址表示

对于128位的IPv6地址，考虑到IPv6地址的长度是原来的4倍，RFC1884规定的标准语法建议把IPv6地址的128位（16字节）写成8个16位的无符号整数，每个整数用4个十六进制位表示，这些数之间用冒号（：）分开，例如：3ffe:3201:1401:1:280:c8ff:fe4d:db39。

手工管理IPv6地址的难度太大了，DHCP和DNS的必要性在这里显得更加明显。为了简化IPv6的地址表示，只要保证数值不变，就可以将前面的0省略。

比如：1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A

可以简写为：1080:0:0:0:8:800:200C:417A

另外，还规定可以用符号::表示一系列的0。那么上面的地址又可以简化为：1080::8:800:200C:417A。

IPv6地址的前缀（FP，Format Prefix）的表示和IPv4地址前缀在CIDR中的表示方法类似。比如，0020:0250:f002::/48表示一个前缀为48位的网络地址空间。

3）IPv6地址分配

RFC1881规定，IPv6地址空间的管理必须符合Internet团体的利益，必须通过一个中心权威机构来分配。目前这个权威机构就是IANA（Internet Assigned Numbers Authority，Internet分配号码权威机构）。IANA会根据IAB（Internet Architecture Board）和IEGS的建议来进行IPv6地址的分配。

目前IANA已经委派以下3个地方组织来执行IPv6地址分配的任务。

● 欧洲的RIPE-NCC（www.ripe.net）

● 北美的INTERNIC（www.internic.net）

● 亚太平洋地区的APNIC（www.apnic.net）

IPv6与IPv4相比有什么特点和优点？

● 更大的地址空间：IPv4中规定IP地址长度为32，即有232-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2128-1个地址。

● 更小的路由表：IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

● 增强的组播（Multicast）支持及对流的支持（Flow-control）：这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS）控制提供了良好的网络平台。

● 加入了对自动配置（Auto-configuration）的支持：这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

● 更高的安全性：使用IPv6网络的用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，这极大地增强了网络安全性。

4.选择适当的协议

我们在选择网络通信协议时为了尽量做到一次成功，最好遵循以下原则。

（1）所选择的协议要与网络结构、功能一致

如果网络有网桥等类似路由设备，则必须选择具有路由功能的协议，如IPX/SPX、TCP/IP等，绝对不能选择NetBEUI作为通信协议。但是如果网络没有路由选择功能，只是单一的网段，则可以尽量使用NetBEUI作为通信协议，该协议占用系统资源少，运行速度快，它比TCP/IP协议快且稳定。

（2）尽量选用一种协议

如果可能的话最好只选用一种通信协议，在绝大多数情况下一种协议是完全可以满足连网需求的。

（3）保持协议的一致性

当网络要与其他网络进行通信时，要注意的是两个网络在协议的选择方面要尽量一致。