| 我們都知道歲月的流逝并不會使一些美好的事物消失。但不幸的是，一些現(xiàn)在看來不錯的事物并不意味著能夠永遠使用下去—無論它現(xiàn)在是多么的輝煌，它或者將會過時，或者將被開發(fā)殆盡，總會有新鮮的事物遮蓋它原有的光芒。而當(dāng)這種好的事物已經(jīng)成為基礎(chǔ)設(shè)施的一部分的時候，對它的維護變得非常重要，而了解何時對它進行升級以及如何以最少的混亂、最低的代價進行升級則顯得尤其重要。 IP第4版作為網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施而廣泛地應(yīng)用在Internet和難以計數(shù)的小型專用網(wǎng)絡(luò)上，這就是著名的IP v4。IP v4是一個令人難以置信的成功的協(xié)議，它可以把數(shù)十個或數(shù)百個網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)以百計或數(shù)以千計的主機連接在一起，并已經(jīng)在全球Internet上成功地連接了數(shù)以千萬計的主機。IP協(xié)議誕生于70年代中期，可以用幾種不同方式表示IP的存在時間，本章以及本書的其他部分中將有更詳細的描述。但是,就像被過度使用的橋或高速公路一樣， IP v4已經(jīng)走到了盡頭并且必須馬上升級。 在本書中，IP用來指網(wǎng)際協(xié)議的各個版本，IP v4是指1998年及早些時候使用的IP。IP v6指的是由Internet工程任務(wù)組(IETF)制訂的用來取代IP v4的新的IP版本，該協(xié)議公布在最近發(fā)表的IETF的RFC文檔中。 1.1 IP的影響 元素、化合物及服務(wù)等已經(jīng)融入了我們(以及我們的父輩和祖父輩)的日常生活，但IP與此不同，在我們的印象中，它的使用還遠不能像使用電力或道路網(wǎng)絡(luò)一樣的熟悉和必不可少。即便如此，無論是個人計算機產(chǎn)品還是大型主機產(chǎn)品，對于IP的支持實質(zhì)上已經(jīng)成為新的計算機硬件、軟件或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最普遍的功能之一。網(wǎng)際協(xié)議及其相關(guān)協(xié)議已經(jīng)取得了IBM和蘋果、微軟、網(wǎng)景、Sun、Novell、康柏、蓮花及所有其他主要計算機廠商的共識。本節(jié)將介紹以下問題： 究竟什么是IP？ IP可以應(yīng)用在哪些地方？ 1.1.1 什么是IP IP解決的最根本的問題是如何把網(wǎng)絡(luò)連接在一起，也就是把計算機連接在一起，而且除了其他計算機的網(wǎng)絡(luò)地址之外，這些連接起來的計算機無需了解任何的網(wǎng)絡(luò)細節(jié)。這就有以下三個要求：首先，每個連接在“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”上的計算機必須具有唯一的標識；其次，所有計算機都能夠與所有其他計算機以每個計算機都能識別的格式進行數(shù)據(jù)的收發(fā)；最后，一臺計算機必須能夠在了解另一計算機的網(wǎng)絡(luò)地址后把數(shù)據(jù)可靠地傳至對方，而無需了解對方計算機和網(wǎng)絡(luò)的任何細節(jié)。IP實現(xiàn)了上述目標。詳細的介紹參見第2章，本節(jié)將進行扼要(可能是非常簡單)的介紹。 所謂“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”就是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(internetwork)，也被簡稱為互聯(lián)網(wǎng)(internet)。全球Internet與它們的區(qū)別在于它的第一個字母是大寫的I。最近，內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(intranet)逐漸取代互聯(lián)網(wǎng)用于指稱使用TCP/IP的機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議集基于一個四層的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型來連接任意兩個系統(tǒng)。最底層是物理層，位于物理層之上的是數(shù)據(jù)鏈路層，用于在網(wǎng)絡(luò)媒體(如以太網(wǎng)電纜或無線發(fā)送器)上傳輸計算機格式的數(shù)據(jù)。這一層協(xié)議使得連接在同種媒體上的兩個系統(tǒng)可以通信，但不能與未連接在同一媒體上的系統(tǒng)通信。換言之，所有連接在辦公室的以太網(wǎng)集線器上的P C機之間可以在數(shù)據(jù)鏈路層直接進行通信，但也只有連接在該集線器上的計算機才能彼此通信。 在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)被發(fā)送到與計算機的網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)的地址。這意味著每個將計算機連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都有一個類似于序列號的地址：對該連接設(shè)備這個地址通常是唯一的，每個設(shè)備“偵聽”目的地址與自己的地址相同的數(shù)據(jù)包。如果一個系統(tǒng)沒有連接到特定網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，它就不能與網(wǎng)絡(luò)上的其他系統(tǒng)在數(shù)據(jù)鏈路層上直接通信。 不在同一個物理網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)不能在數(shù)據(jù)鏈路層直接進行通信的部分原因，在于連接在不同的網(wǎng)絡(luò)上的計算機往往使用不同的協(xié)議。例如：使用令牌環(huán)網(wǎng)的計算機無法理解以太網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。另一個原因是鏈接不同鏈路層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)需要特殊類型的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)被稱為網(wǎng)關(guān)(gateway)。網(wǎng)關(guān)是一個同時連接兩個或更多運行不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的計算機，它可以將來自一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的數(shù)據(jù)翻譯成另一種協(xié)議。但即便有了網(wǎng)關(guān)，仍然需要一些其他的辦法來連接異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。 數(shù)據(jù)鏈路層的上一層被稱為網(wǎng)際層，正是在這一層，位于不同物理網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以進行通信。每一個接口被分配了一個網(wǎng)際層地址，這個地址在連接在該互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的所有系統(tǒng)中具備唯一性(使用IP連接到網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)通常稱為主機)。所有連接在同一個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的主機可以理解這些地址，并可以在必要時使用各種方法將這些地址與數(shù)據(jù)鏈路層的地址進行映射。路由器正是在Internet層發(fā)揮作用的：這些系統(tǒng)(也可以是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)關(guān))連接在兩個或更多的網(wǎng)絡(luò)上，并由連接到這些網(wǎng)絡(luò)上的所有主機使用，以向遠端網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。 一個需要全球唯一地址的網(wǎng)絡(luò)示例是電話系統(tǒng)：每個電話用戶必須具備一個唯一的電話號碼。隨著電話網(wǎng)絡(luò)的擴展和用戶數(shù)量的增加，電話公司用增加交換局和地區(qū)號來加長電話號碼的做法并不少見。與電話號碼不同，雖然IP地址也是由數(shù)字組成，但它既不能多于也不能少于32位。正如在美國使用的1 0位電話號碼把電話用戶的數(shù)量限制在了1010之內(nèi)，32位地址限制了Internet的地址數(shù)量不能超過232，即接近于40億。與電話號碼一樣，真正可用的地址少于理論值(在Internet地址中更少)，這主要是由于一些號碼被保留或具備了特殊意義。地址空間的限制是IP v4的根本問題，本書將進一步討論這個問題。 當(dāng)一臺主機需要向另一臺主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，它將檢查目的主機的Internet地址。如果該地址與自己連接在同一物理網(wǎng)絡(luò)上，則發(fā)送端主機簡單地通過數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)包發(fā)送至目的地。在這種情況下，以太網(wǎng)上的發(fā)送端主機將通過以太網(wǎng)傳輸直接到達目的主機。 但是，如果發(fā)送端主機發(fā)現(xiàn)目的方主機與自己不是連接在同一物理網(wǎng)絡(luò)上，那么發(fā)送端主機將把數(shù)據(jù)發(fā)給與自己連接在同一個物理網(wǎng)絡(luò)上的路由器。然后，該路由器判斷數(shù)據(jù)的目的地址是否屬于與自己直接連接的網(wǎng)絡(luò)。如果是，該路由器將簡單地把數(shù)據(jù)交給目的主機； 如果該數(shù)據(jù)的目的地址不屬于與自己直接連接的網(wǎng)絡(luò)，該路由器將把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給連接在其他網(wǎng)絡(luò)上的路由器。如此繼續(xù)，如果一切順利的話，直到將數(shù)據(jù)最終交給與目的主機在同一物理網(wǎng)絡(luò)上的路由器為止。 其他TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)操作在傳輸層和應(yīng)用層上完成。在傳輸層上，數(shù)據(jù)在通信系統(tǒng)的實際進程之間移動；在應(yīng)用層上，數(shù)據(jù)在應(yīng)用自身之間移動。這些層以及網(wǎng)絡(luò)層將在第2章中詳細討論。 1.1.2 IP應(yīng)用在哪些地方 許多年以來，只有在大學(xué)或研究機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中才能找到IP的應(yīng)用。而IP的商用產(chǎn)品直到80年代后期、90年代初期才出現(xiàn)，即使這樣，這些產(chǎn)品仍被定位為專用產(chǎn)品。直到1995年，TCP/IP才被普遍引入到個人計算機產(chǎn)品中，因為從那時起， Novell和微軟開始選擇IP作為連網(wǎng)協(xié)議來支持其打印和文件服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。 這意味著正在使用IP的不僅包括每個連接到Internet的計算機，還包括所有使用這些網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來訪問機構(gòu)資源的所有計算機，而不論這些計算機是否連接到Internet。 從手提式電腦到功能強大的超級計算機，目前使用的所有計算機幾乎都支持IP。另一方面，IP也越來越多地用于連接其他設(shè)備，從而可以任意地使用網(wǎng)頁瀏覽客戶機訪問內(nèi)置網(wǎng)頁服務(wù)器以實現(xiàn)對家用電器和安全系統(tǒng)的遠程控制。 使用IP的網(wǎng)絡(luò)除了Internet之外還包括稱作內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的公司網(wǎng)絡(luò)，其規(guī)?？梢詮囊粋€辦公室中連接在一起的幾臺主機到分布在全球范圍內(nèi)的所有分支機構(gòu)的數(shù)以萬計的主機。IP網(wǎng)的另一個特例是外聯(lián)網(wǎng)(extranet )，它是出于某個共同目標在實體間提供安全連接的專用IP網(wǎng)。例如，外聯(lián)網(wǎng)可用于把不同公司的成員連接成一個工作組或把需要傳遞訂貨和執(zhí)行信息的商業(yè)伙伴連接起來(如需了解更多的關(guān)于外聯(lián)網(wǎng)的信息，參見作者的另一本書《Extranet Design and Implementation》( SYBEX,1997))。 從計算機硬件和軟件到家庭娛樂產(chǎn)品、移動電話，甚至支持無線Internet連接的汽車，這些支持IP的產(chǎn)品的數(shù)量體現(xiàn)出IP對于當(dāng)今世界的通信基礎(chǔ)設(shè)施的重要性。 | |
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