６．１　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ概述
表面上看，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与广域网差不多，但实际上相差很远。广域网是一个比
较独立的网络，拥有一个连接非常紧密的结构，并且有一个专门的机构对整个网
络进行维护。而Ｉｎｔｅｒｎｅｔ是由成千上万个网络松散地连接而成的，它不属于任何
一个国家、部门、单位、团体，也没有一个专门的机构对它进行维护；任何一台计
算机，任何一个网络，只要遵守共同的规则———ＴＣＰ／ＩＰ，就可以与它连接在一起。
所以，有人说它是一个虚拟网，也有人说它是一个网上之网。图６．１是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ
的结构示意图。
图６．１　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ结构示意图
６．１．１　ＴＣＰ／ＩＰ概述
在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中包含的网络是形形色色的，它们的硬件组成不同，运行的协议
也不同。要将它们连接起来协调工作，就需要一个大家都公认的协议。传输控
制协议和网际协议ＴＣＰ／ＩＰ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ／ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）就是这样
的协议簇。它是美国国防部高级研究计划署为实现美国本土广域互联网
ＡＰＡＲＮｅｔ而开发的通信传输协议。ＡＰＡＲＮｅｔ于１９６９年１２月投入运行，后来发展
成为洲际Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的成功应用，ＴＣＰ／ＩＰ已成为世界公认的事实上
的网络标准。它的特点是适应异种计算机和异种计算机网间的通信。随着
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的广泛应用和被全世界承认，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ所使用的ＴＣＰ／ＩＰ体系结构在计算
机网络领域亦占有特殊重要的地位，成为一种实际的标准。ＴＣＰ／ＩＰ模型是在物
理网基础上建立的，包括网络接口层、网际层（ＩＰ层）、传输层（ＴＣＰ层）和应用层。
图６．２所示为ＴＣＰ／ＩＰ的体系结构，同时给出了它与ＩＳＯ／ＯＳＩ之间的大致对
应关系。其核心是ＩＰ层和ＴＣＰ层。
图６．２　ＴＣＰ／ＩＰ四层参考模型
１．网络接口层
ＴＣＰ／ＩＰ协议栈结构没有包含数据链路层和物理层，因此不能完成计算机网
络的全部功能，必须与其他协议协同工作。网络接口层负责将ＩＰ分组封装成适
合在具体的物理网络上传输的帧结构并交付传输。它包括：
�用于协作ＩＰ分组在现有网络介质上传输的协议，如ＩＥＥＥ８０２．ｘ；
�ＩＰ地址与实际物理网络地址间的转换协议———ＡＲＰ（ＡｄｄｒｅｓｓＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ
Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）和ＲＡＲＰ；
�用于串行线路连接主机与网络或连接网络与网络的ＳＬＩＰ协议和ＰＰＰ协议。
２．网际层
网际层的主要作用是解决网络互连中的问题，即网际寻址（包括地址格式、
地址转换等）。主要协议有：
�ＩＰ协议，规定一种统一的地址格式———协议地址；
�网际控制信息协议（ＩＣＭＰ，ＩｎｔｅｒｎｅｔＣｏｎｔｒｏｌＭｅｓｓａｇｅＰｒｏｔｏｃｏｌ），提供差错报告
机制；
· ４ ３ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
�路由信息协议（ＲＩＰ，ＲｏｕｔｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ），ＲＩＰ协议负责数据的包
装、寻址和路由。
３．传输层
传输层负责维护信息的完整性，它提供端到端的通信服务，即提供一个应用
程序到另一个应用程序之间的通信服务。传输层有如下功能：
�解决不同应用程序的识别问题，要附加从何处（信源）来到何处（信宿）去
的应用程序信息；
�提供可靠传输，为此传输层的每个分组均含有校验字段；
�对信息流进行格式化。
传输层提供传输控制协议ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ）和用户数据报协
议ＵＤＰ（ＵｓｅｒＤａｔａＰｒｏｔｏｃｏｌ）。
４．应用层
ＴＣＰ／ＩＰ的应用层是几个可以在各种机型上广泛实现的协议，如文件传输协议
ＦＴＰ、远程终端访问协议Ｔｅｌｎｅｔ、域名服务程序ＤＮＳ、简单邮件传输协议ＳＭＴＰ等。
６．１．２　ＴＣＰ／ＩＰ与ＯＳＩ／ＲＭ的比较
ＯＳＩ／ＲＭ与ＴＣＰ／ＩＰ是两个独立协议体系结构模型，有许多相似之处，如主要
层上有一定的对应关系。但是，ＯＳＩ／ＲＭ是作为计算机网络的标准制定出来的，
ＴＣＰ／ＩＰ则是在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ发展的实践中产生的。两者的背景不同，出发点不同，并
且各具特色。除表现结构上的不同之外，还需要说明几点。
１．层次性是否严格
ＯＳＩ／ＲＭ最大的贡献在于它作为一种理论模型，有清晰的层次结构，并且用
服务、接口和协议三个基本概念作为每一层的核心。
�协议：同层实体之间通信的规程。
�服务：下一层实体对上一层实体的支持。
�接口：上下层之间的通信界面。
ＯＳＩ／ＲＭ先于ＴＣＰ／ＩＰ制定出来，并且它不基于某个具体的协议集。这使得
ＯＳＩ／ＲＭ非常一般化，并且制定者对将哪些功能放在哪一层还缺乏更多的实践经
验。ＯＳＩ／ＲＭ这样强的层次结构缺少灵活性。例如它原先是基于点到点的结构
考虑的，当出现广播式结构时，就需要插入一个新的子层，这在介绍局域网时已
经看到。
ＴＣＰ／ＩＰ是实践中形成的，是经验的总结，虽然ＴＣＰ／ＩＰ模型也分层次，但是
层次间的依赖关系不像ＯＳＩ／ＲＭ那样强。在ＯＳＩ／ＲＭ中，上层实体之间的通信，
· ５ ３ １ · 第６章　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与ＴＣＰ／ＩＰ体系结构
必然涉及下一层实体，并且要在下一层服务的支持下进行，不相邻层间的协议是
隐藏的，随着技术的变化具有较好的可替换性。ＴＣＰ／ＩＰ模型则不同，它在传输
层上面只设了一层———应用层，使结构比较实用，并且允许上一层越过紧靠的下
一层去使用更低层提供的服务功能，这样有利于减少不必要的开销，提高协议的
效率。
２．可靠性第一还是效率第一
可靠性是指网络正确地传输数据的能力。ＯＳＩ／ＲＭ以可靠性第一作为其基
本宗旨，每一层都要进行差错检测和处理，因而按ＯＳＩ／ＲＭ构建的网络可以适应
较恶劣的传输条件，但额外传输开销大，传输效率低。
ＴＣＰ／ＩＰ模型则以效率第一作为其基本宗旨，它不是在每一层中都进行差错
检测和恢复，特别是在通信子网中不对传输数据进行差错检测和恢复；它把可靠
性看做传输层的任务，丢失和损坏数据的恢复只由传输层完成，即由主机承担，
而通信子网对可靠性不做检查。
３．主机负担重还是通信子网负担重
ＯＳＩ／ＲＭ认为通信子网是提供传输信息的设置，它把与传输有关的问题都放
在通信子网中处理，如监视数据流量、控制网络访问、记账收费、路径选择、流量
控制等问题的处理，而给主机留下的事情并不太多。同时，它在运输层只提供面
向连接的服务。因此，ＯＳＩ／ＲＭ系统中通信子网负担较重，主机负担较轻，即
ＯＳＩ／ＲＭ对主机的要求不高。
ＴＣＰ／ＩＰ主要的功能是实现异种网之间的互连。它没有定义自己的通信子
网，而以其它通信子网作为考虑的基础并把它们都看成是不可靠的，不管通信子
网是复杂还是简单，都要在传输层要求主机参与几乎所有复杂性问题的处理过
程。因此，在ＴＣＰ／ＩＰ模型中主机的负担较重。
４．异种网互连的能力
ＴＣＰ／ＩＰ模型从一开始就考虑到异种网的互连问题，并用网际层来处理异种
网的互连问题。而ＯＳＩ最初并没有考虑网络互连问题，后来才不得不打一个补
丁———在网络层中划分出一个子层来完成类似网际层的功能。
６．２　网络接口协议ＳＬＩＰ和ＰＰＰ
网络接口层的重要功能是将ＩＰ分组封装成适合在物理网络上传输的帧格
式进行传输。ＳＬＩＰ协议和ＰＰＰ协议就是使用串行线路连接主机与网络，或连接
· ６ ３ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
网络与网络的两个协议。
６．２．１　ＳＬＩＰ协议
ＳＬＩＰ（ＳｅｒｉａｌＬｉｎｅＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）提供在串行线路上封装ＩＰ分组的简单方
法，使得远程用户通过电话线路和高速调制解调器方便地接入ＴＣＰ／ＩＰ网络。图
６．３表明了ＳＬＩＰ协议对ＩＰ分组的封装方法。
图６．３　ＳＬＩＰ封装方式
下面总结ＳＬＩＰ封装的基本方法：
（ａ）在ＩＰ分组的前后各加一个称为ＥＮＤ的特殊字符（０ｘｃ０———１１００００００），
如图６．３（ａ）所示；
（ｂ）当ＩＰ分组中含有“１１００００００”（ＥＮＤ）时，应在其前填充０ｘｄｂ（ＳＬＩＰＥＳＣ），
并在传输时用０ｘｄｂ＋０ｘｄｃ———１１０１１０１１１１０１１１００代替，如图６．３（ｂ）所示；
（ｃ）当ＩＰ分组中含有“１１０１１０１１”（ＥＳＣ）时，应在其前填充０ｘｄｂ（ＳＬＩＰＥＳＣ），
并在传输时用０ｘｄｂ＋０ｘｄｄ———１１０１１０１１１１０１１１０１代替，如图６．３（ｃ）所示。
ＳＬＩＰ提供了一个简单的组帧方法，但是它存在如下一些问题：
�ＳＬＩＰ不支持在连接建立过程中动态分配ＩＰ地址，通信双方必须事先知
道对方的ＩＰ地址，但又不可能为每一台连接的计算机分配一个ＩＰ地址；
�ＳＬＩＰ帧中无协议类型域，因此只能支持ＩＰ协议；
�ＳＬＩＰ帧中无校验字段，因此必须选用有校验功能的ＭＯＤＥＭ，或由上层进
行差错处理。
这些问题给实际应用带来不少限制。
· ７ ３ １ · 第６章　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与ＴＣＰ／ＩＰ体系结构
６．２．２　ＰＰＰ协议
ＰＰＰ（Ｐｏｉｎｔ－ｔｏ－ＰｏｉｎｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）是串行通信线路上一个有效的点对点通信协
议，它的格式与ＨＤＬＣ相似，如图６．４所示。
图６．４　ＰＰＰ帧格式
可以看出，ＰＰＰ帧格式在ＩＰ分组之上增加了起始和结束标志、地址、控制、
协议和校验等字段，下面进一步对这些字段加以介绍。
（１）起始和结束标志
ＰＰＰ协议帧的起始和结束标志都是“０１１１１１１０”（０ｘ７ｅ）。如果在信息字段中
出现０ｘ７ｅ，就要对该信息字段进行填充：在同步数据链路中，采用逢连续５个１
就加１个０的比特填充法；在异步数据链路中，采用以０ｘ７ｄ为转义字符的字符
填充法，同时要将第６个字符变反。例如，字符０ｘ７ｅ要转换成０ｘ７ｄ＋０ｘ５ｅ
（０１１１１１０１０１０１１１１０），而字符０ｘ７ｄ要转换成０ｘ７ｄ＋０ｘ５ｄ（０１１１１１０１０１０１１１０１）。
（２）地址字段
地址字段的值总是０ｘｆｆ，这是一个广播地址，表示将该帧发向所有的站点。
（３）控制字段
控制字段的缺省值为０ｘ０３，这时帧为无编号帧，即不提供使用帧编号和应
答的可靠传输机制。
（４）协议字段
协议字段的编码值指明信息字段中携带的数据的协议类型，使得ＰＰＰ可以
支持多种协议，其缺省长度为２个字节，可以用ＬＣＰ协商成１个字节。
（５）帧校验字段
设置帧校验字段，使ＰＰＰ协议在链路上具有差错检测功能。
ＰＰＰ协议的上述优点，使其将ＳＬＩＰ协议取而代之。
６．３　网　际　层
网际层是ＴＣＰ／ＩＰ协议簇中最重要的一层。它的主要功能是网络互联，或者
· ８ ３ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
说是解决网络互联中的各种问题。
ＩＰ协议等同地看待所有的物理网络，它定义了一个抽象的“网络”，屏蔽了
物理网络连接的细节，为众多的不同类型的网络和计算机提供了一个单一的、无
缝的通信系统。正因为如此，才把多个网络连成一个互联网。
这一节介绍这些功能。
６．３．１　ＩＰ地址结构
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ是由许许多多的物理网络组成的网上之网，其中每一个小型网络都
是由信道和节点组成。由于两个节点可能在同一个物理网络之中，也可能不在
同一个物理网络之中，因此关键就是如何从源节点出发找到目标节点，这就是寻
址问题。
寻址问题主要涉及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的地址结构、有关地址的协议以及对寻址过程进
行控制的路由机制。
１．ＩＰ编址方案
在ＩＰ层中传输的协议数据单元是ＩＰ分组，也称ＩＰ数据报。ＩＰ分组从源主
机向目的主机传送，依据就是ＩＰ地址。ＩＰ地址是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ协议地址的简称，用作
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络上独立的计算机惟一标识。通信时要利用ＩＰ地址来指定目的机地
址，就像电话网中每台电话机必须有自己的电话号码一样。
ＩＰ协议提供整个Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通用的地址格式。为了确保一个ＩＰ地址对应一台
主机，网络地址由Ｉｎｔｅｒｎｅｔ注册管理机构网络信息中心ＮＩＣ分配，主机地址由网
络管理机构负责分配。如图６．５所示，每个ＩＰ地址占用３２位，并被分为Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ和Ｅ五类，分别用０、１０、１１０、１１１０和１１１１０标识。
图６．５　五类ＩＰ地址结构
ＩＰ地址是３２位的二进制地址，例如某地址为
　　　　１０００００００００００１０１０００００００１００００１１１１０
由于它以“１０”打头，所以是一个Ｂ类地址。
· ９ ３ １ · 第６章　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与ＴＣＰ／ＩＰ体系结构
ＩＰ地址太长，而且不便于记忆，因而常用４个十进制数分别代表４个８位二
进制数，在它们之间用圆点分隔，以Ｘ．Ｘ．Ｘ．Ｘ的格式表示，称为点分十进制计数
法（ＤｏｔｔｅｄＤｅｃｉｍａｌＮｏｔｔｉｏｎ）。
上述地址可以写为
　　　　１２８．１０．２．３０
其网络地址为１２８．１０，网络内主机地址为２．３０。
Ａ、Ｂ、Ｃ是３类基本地址类型，都由３个部分ＩＰ数据组成：类型标志、网络标
识符（Ｎｅｔｉｄ）和主机编号（Ｈｏｓｔｉｄ）。这３类基本地址类型的区别仅在于网络大小
不同。
Ａ类地址是给巨型网络分配的ＩＰ地址，它用１位“０”作为类型标志，Ｈｏｓｔｉｄ
占２４位，网内主机可达１６００万个；Ｎｅｔｉｄ占８位（实际是７位），因而在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中
可以有１２６个（除去１２７）具有Ａ类地址的网络，如ＡＲＰＡＮｅｔ、ＮＳＦＮｅｔ等。
Ｂ类地址是给大型网络分配的ＩＰ地址，它用“１０”作为标志，Ｈｏｓｔｉｄ占１６位，
网内主机最多６５５３４个；Ｎｅｔｉｄ占１６位（实际是１４位），取值范围为１２８．１～
１９１．２５４，最多网络数为１６３８４个。
Ｃ类地址是给小型网络分配的ＩＰ地址，它用“１１０”作为标志，Ｈｏｓｔｉｄ占８位，
网内主机最多可达２５４个；Ｎｅｔｉｄ占２４位（实际是２１位），一般可以选用１９２．１．１
～２２３．２５４．２５４之间的数，最多网络数达２００万个。
Ｄ类地址是一种多址广播地址格式，用４位的“１１１０”作为标志。Ｅ类地址是
为实验保留的地址。
２．子网掩码
任何一个Ａ、Ｂ、Ｃ类地址都对应着一定规模（主机数目）的网络。当某实际
的网络规模接近ＩＰ地址的Ｈｏｓｔｉｄ上限时，该ＩＰ地址就得到充分利用。如一个实
际网络中的主机数为２５０台左右时，申请一个Ｃ类地址最为合理。若实际的网
络规模较小，如只有３０台左右的主机时，独自占用一个Ｃ类地址会造成地址资
源的浪费，而改用Ｄ类地址又会给网关的路由选择表和寻址增加很大复杂性，
较合理的做法是将一个Ｃ类地址分给若干个小的网络共同使用。具体办法是
将这些较小的网络看作一个网络的子网，并从Ｈｏｓｔｉｄ域中借用某几位高位作为
子网的Ｓｕｂｎｅｔｉｄ域。于是，网关（连接物理网络的路由器）的路由表就被分成两
级：先识别由Ｎｅｔｉｄ标识的路由，以确定一个逻辑的网络；再在该逻辑的网络内部
用Ｓｕｂｎｅｔｉｄ来确定具体的子网。
网络管理员使用子网掩码来借用Ｈｏｓｔｉｄ域中的某几位高位作为子网的
Ｓｕｂｎｅｔｉｄ域，即用一个与ＩＰ地址格式相同的屏蔽码对网络ＩＰ地址进行“与”操
作，用来限定一个网络的ＩＰ地址范围。利用子网掩码，可以把一个大的网络划
· ０ ４ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
分为几个子网。
当网络中没有子网时，Ａ、Ｂ、Ｃ三类网络的缺省掩码分别为：
Ａ类网络，１１１１１１１１００００００００００００００００００００００００，即２５５．０．０．０；
Ｂ类网络，１１１１１１１１１１１１１１１１００００００００００００００００，即２５５．２５５．０．０；
Ｃ类网络，１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１１００００００００，即２５５．２５５．２５５．０。
这些数据与同类型的网络地址进行“与”运算时，所得出的值不变。而当网
络中有子网时，就要在上述三类网络缺省掩码的“０”的部分从高到低占用几位。
例６．１　将一个有２５６台主机、网络号为２００．１５．１９２的Ｃ类网络分为２个相
同的各拥有１２８台主机的子网。
在网络号为２００．１５．１９２的Ｃ类网络中，主机的编号为２００．１５．１９２．０～
２００．１５．１９２．２５６。由于要将一个Ｃ类网络分为两个子网，因而要在其Ｈｏｓｔｉｄ域中
借用最高一位，子网掩码由Ｃ类的缺省掩码２５５．２５５．２５５．０变为
２５５．２５５．２５５．１２８，即
１１１１１１１１．１１１１１１１１．１１１１１１１１．１０００００００
由此类推，要划分为４个子网，应借用２位；要划分为８个子网，应借用３
位；……
例６．２　对于一个Ｃ类网络２０２．１１３．２４０，可以使用子网掩码
２５５．２５５．２５５．２２４划分为８个子网，每个子网有３２个ＩＰ地址：
　　２０２．１１３．２４０．０～２０２．１１３．２４０．３１
　　２０２．１１３．２４０．３２～２０２．１１３．２４０．６３
　　……
　　２０２．１１３．２４０．２２４～２０２．１１３．２４０．２５５
应当注意，不管如何划分，一个网络中可容纳的主机总数不会增多。
６．３．２　ＩＰ地址解析
１．协议地址和物理地址
ＩＰ地址称为高级协议地址，是站在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络的角度按照ＩＰ协议为主机
和路由器所做的编号，是抽象地址。
但是，每台主机都是属于某个特定的物理网络的。在每个具体的物理网络
中，每台主机又各有一个物理地址。例如对以太网来说，每一个网卡的卡号就是
使用该网卡的主机的物理地址，由于全世界的以太网卡是统一编号的，因此网卡
号就可以惟一地指定一台机器。然而，在以太网中运行的协议是ＩＥＥＥ８０２．３，而
ＩＥＥＥ８０２．３所辨认的只是以太网地址，而非ＩＰ地址。也就是说，具体的物理网
· １ ４ １ · 第６章　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与ＴＣＰ／ＩＰ体系结构
（组成Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的局域网或广域网）并不知道如何通过协议地址来定位一台计算机。
２．地址解析
ＩＰ地址是由软件进行维护的软地址，而物理地址是由硬件管理的硬地址。
物理网络无法直接根据软地址定位一台主机。为此，要想通过一个物理网进行
帧的传送，必须含有目的地的硬件地址（如以太网地址）。将一台计算机的ＩＰ地
址翻译成等价的硬件地址的过程称为地址解析或称地址映射，也称为地址绑定。
应当注意，地址解析是同一个网络内部的局部过程，即一台计算机只能够解
析位于同一网络中的另一台计算机地址。如在图６．６中，主机Ａ上的一个应用
程序要传输一条报文到主机Ｆ上，由于Ａ与Ｆ不在同一个网络上，因此Ａ上的
软件无法解析Ｆ的地址，于是这个报文的传输要经过如下过程：
①主机Ａ上的软件首先确定要将报文传输到Ｆ必须经过路由器Ｒ１，于是
解析位于同一网络中路由器Ｒ１的地址，将报文传送到Ｒ１；
②路由器Ｒ１上的软件确定要将报文传输到Ｆ必须经过路由器Ｒ２，于是解
析位于同一网络中路由器Ｒ２的地址，将报文传送到Ｒ２；
③路由器Ｒ２上的软件确定Ｆ就在同一网络上，于是解析位于同一网络中
主机Ｆ的地址，将报文传送到Ｆ。
图６．６　地址解析实例
３．地址解析技术与地址解析协议
地址解析是通过软件实现的。地址解析软件要根据使用的协议和硬件编址
方案来进行地址解析。对不同的物理网络，由于协议和编址方案不同，解析方法
也不相同。例如，将ＩＰ地址解析为以太网地址与解析为ＡＴＭ网地址的方法是
不相同的。
一般说来，大体上有三种地址解析方法。
（１）查表（ＴａｂｌｅＬｏｏｋｕｐ）方法：将地址绑定信息存放在内存的一张表中，当要
进行地址解析时，可以查表找到所需的结果。这种方法常用于ＷＡＮ。
（２）相似形式计算（Ｃｌｏｓｅ－ＦｏｒｍＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ）：网络中主机的ＩＰ地址分配通
· ２ ４ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
过对硬件地址的简单逻辑运算和算术运算得到，因而在ＩＰ地址与物理地址之间
存在一种函数关系，可以直接运算求出。这种方法常用于可配置的网络。
（３）报文交换（ＭｅｓｓａｇｅＥｘｃｈａｎｇｅ）法：前两种方法是集中式地址解析，而报文
交换是分布式地址解析方法，即当一台机器要解析同一网络中另一台计算机的
ＩＰ地址时，先通过网络发送一个请求报文———请求对指定ＩＰ地址的解析，之后
收到一个应答———回答对应的硬件地址。这种方法常用于静态编址的ＬＡＮ。
那么，请求报文如何发送呢？通常有两种方法：一是在网络中设立一台或几
台服务器，专门用来回答地址解析的请求；一是向全网广播，由各台计算机自己
解析自己的ＩＰ地址。
为了使所有的计算机共同认可地址解析消息的精确格式和含义，ＴＣＰ／ＩＰ的
地址解析协议ＡＲＰ定义了两种基本的消息：ＡＲＰ请求消息（一个请求包含一个
ＩＰ地址和对相应硬件的请求，格式如图６．７所示）和ＡＲＰ应答消息（一个应答消
息既包含发来的ＩＰ地址，也包含相应的硬件地址）。ＡＲＰ规定：所有ＡＲＰ请求消
息都直接封装在ＬＡＮ帧中，广播给网上的所有计算机，每台计算机收到这个请
求消息后都要检测其中的ＩＰ地址；与ＩＰ地址匹配的计算机即发出一个应答消
息，而其他计算机则丢弃收到的请求，不发出任何应答。
图６．７　用于以太网的ＡＲＰ分组格式
通过对一个帧中协议类型的判断，一台计算机就可以知道该帧中是否含有
ＡＲＰ报文。例如，当一个以太网帧携带有ＡＲＰ报文时，类型字段中就包含十六
进制数０ｘ８０６。
ＩＰ层中还包含一个反向地址解析协议ＲＡＲＰ，用于规定硬件地址到等价的
ＩＰ地址的翻译过程。
需要说明的是，ＡＲＰ／ＲＡＲＰ可以看作ＩＰ层的协议，也可以看成网络接口层
· ３ ４ １ · 第６章　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与ＴＣＰ／ＩＰ体系结构
的协议。有的资料也把网络接口层看成ＩＰ层的一部分。ＴＣＰ／ＩＰ的分层是不太
严格的。
６．３．３　ＩＰｖ４分组格式
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ是建立在多个物理网之上的。ＴＣＰ／ＩＰ协议通过ＩＰ分组将各种物理
网络统一起来，达到屏蔽细节、提供一致性的目的。ＩＰ协议的主要功能还包括
无连接ＩＰ分组传送、ＩＰ分组寻址以及差错处理三部分。ＩＰ协议提供的是非可靠
的无连接分组服务。非可靠是指无论传输正确与否，都不做验证、不发确认，也
不保证ＩＰ分组的正确顺序。有关可靠性的工作都留给传输层处理。无连接是
指每一个ＩＰ分组的处理都独立于其他ＩＰ分组，一串ＩＰ分组从一台计算机出发
经过不同的路径到达另一计算机，中间可能部分丢失，而其他部分仍然被传送，
ＩＰ协议不轻易丢弃ＩＰ分组。
ＩＰｖ４分组由报头和数据区两部分组成，每部分的格式如图６．８所示。
图６．８　ＩＰ分组格式
下面介绍各字段的含义。
（１）版本号Ｖｅｒ（Ｖｅｒｓｉｏｎ）
版本号占４位，用来指明所使用的ＩＰ协议的版本号，目前使用的是ＩＰｖ４。
所有的ＩＰ软件都要检查ＩＰ分组的版本号，若版本不同则需要转换，以保证ＩＰ分
组的格式与软件期待的格式一致。
（２）头标长ＩＨＬ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＨｅａｄｅｒＬｅｎｇｔｈ）
在ＩＰ分组的报头中，任选项和填充域是不固定的。当不含任选项和填充域
时，头标长为５行（每行４个字节）；任选项和填充域的最大长度是１０行（占４０
字节）。报头的最大长度为１５行（占６０字节）。也就是说，头标的长度范围以行
计算，在５～１５之间，为此ＩＨＬ占４位。
（３）服务类型ＴｏＳ（ＴｙｐｅｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）
· ４ ４ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
描述ＩＰ分组所希望获得的服务质量，占８位，包括：
�低延迟、高吞吐量、高可靠性，各占１位；
�优先级，共８级，占３位；
�未用２位。
（４）总长度ＴＬ（ＴｏｔａｌＬｅｎｇｔｈ）
给出ＩＰ分组的总长度，占１６位，即允许最长的ＩＰ分组为６５５３５字节。
（５）标识符ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）
ＩＤ是源主机赋予ＩＰ分组的标识号。同一源主机所发出的各ＩＰ分组有惟一
的标识。在ＩＰ分组传输的路径中，有些网络的处理能力有限，路由器必须将该
ＩＰ分组分成若干片段。但无论分成多少片，每一片都有相同的ＩＤ。目的主机根
据ＩＤ和源主机号来判断所收到的片属于哪个ＩＰ分组。ＩＤ占１６位。
（６）标志Ｆ（Ｆｌａｇ）
Ｆ共占３位：
�第１位恒为０；
�第２位为０时是可分片，为１时是不可分片；
�第３位为０时是最后报片，为１时是非最后报片。
（７）片偏移量ＦＯ（ＦｒａｇｍｅｎｔＯｆｆｓｅｔ）
ＦＯ占１３位，用以标明当前段片在初始ＩＰ分组中的位置，目的主机可以根
据ＦＯ来重新组合ＩＰ分组。
（８）生存时间ＴＴＬ（ＴｉｍｅＴｏＬｉｖｅ）
ＩＰ分组在网络中传送的倒计时时钟，占８位，最大值为２５５，缺省值为６４，单
位为秒。当ＴＴＬ＝０而尚未传送到时，该ＩＰ分组即被丢弃。
（９）协议Ｐｒｏｔ（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）
协议段占８个字节，用以标识接收的ＩＰ分组中的数据的高层（传输层）协
议。高层协议号由ＴＣＰ／ＩＰ协议中央权威机构ＮＩＣ（ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ）分
配，如：１———控制报文协议ＩＣＭＰ，６———传输控制协议ＴＣＰ，８———外部网关协议
ＥＧＰ，１７———用户数据报协议ＵＤＰ，２９———传输层协议第４类ＩＳＯ－ＴＰ４。
（１０）ＩＰ分组头校验和（ＨｅａｄｅｒＣｈｅｋｓｕｍ）
ＩＰ分组头校验和占１６位，用以保证ＩＰ分组报头的完整性。校验方法是：先
设初值为０，然后对报头数据每１６位求异或，结果取反。当目的地计算出的校
验和与该域的值不符时，则丢弃该报文。
（１１）源地址Ｓｏｕｒｃｅ（ＳｏｕｒｃｅＡｄｄｒｅｓｓ）
源地址占３２位。
（１２）目的地址Ｄｅｓｔ（ＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎＡｄｄｒｅｓｓ）
· ５ ４ １ · 第６章　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与ＴＣＰ／ＩＰ体系结构
目的地址占３２位。
（１３）任选字段Ｏｐｔ（Ｏｐｔｉｏｎｓ）
用于存放安全保密、报文经历、错误调试报告、时间戳等信息，其长度可变。
（１４）填充段（Ｐａｄｄｉｎｇ）
ＩＰ分组头长必须是４字节的整数倍，填充字段就是为最后满足这一条件而
设置的。
６．３．４　网际控制消息协议ＩＣＭＰ
ＩＰ协议的概念简明扼要，报文格式只有一种，它要求网络只需尽力传送报
文包到目的地，而不必保证传递的正确性，所以是一种不可靠、无连接的包传送
协议，也是一种尽最大努力服务的协议。这样，一个包在经过多个网际部件的传
送途中，可能出现传送方向出错、目的主机不响应、包拥塞、超时等情况时，ＩＰ协
议将无能为力。因为它没有差错报告和差错纠正机制。然而，这些问题又必须
处理，为此在ＩＰ层引入了一个子协议：网际控制消息协议ＩＣＭＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＣｏｎｔｒｏｌ
ＭｅｓｓａｇｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）。
１．ＩＣＭＰ提供的服务
ＩＣＭＰ是一种差错报告机制，它为路由器或目标主机提供了一种方法，使它
们能把遇到的差错报告给源主机。具体地说，ＩＣＭＰ提供如下服务：
�测试目的主机可到达性和状态，如接收设备接收ＩＰ分组时缓冲区是否
够用；
�将不可到达的目的主机报告给源主机；
�进行ＩＰ分组流量控制；
�向路由器发送路由改变请求；
�检测循环（由此会引发“广播风暴”）或超长路由；
�报告错误ＩＰ分组头；
�获取网络地址；
�获取子网掩码。
２．ＩＣＭＰ分组
ＩＣＭＰ分组的格式如图６．９（ａ）所示。它由分组头和数据两部分组成，并且封
装在ＩＰ分组中传输。
在ＩＣＭＰ的首部，首先标识的是ＩＣＭＰ分组的类型。按照协议的功能，ＩＣＭＰ
分组可以分为三种类型：差错报告分组、控制分组和测试（请求／应答）分组。更
详细的分类见表６．１。
· ６ ４ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
图６．９　ＩＣＭＰ分组
表６．１　主要ＩＣＭＰ分组
基本类 类型码 分组名称 代码 说　　明
差
错
报
告
３ 目的站不可达 ０～１５ 代码段指明了１６种不可达具体原因
１１ 超时
１２ 参数出错
０ ＴＴＬ超时（只由路由器使用）
１ 重组超时（只由目的主机使用）
０ 在首部的一个字段中有差错或二义性
１ 缺少所需选项部分
控
　
制
４ 源站抑制 ０ 拥塞控制和源站抑制
５ 重定向 ０ 对特定网络路由的改变
１ 对特定主机路由的改变
２ 基于指明服务类型对特定网络路由的改变
３ 基于指明服务类型对特定主机路由的改变
测
　
　
试
８ 回应请求 ０
０ 回应应答 ０
１３ 时间戳请求 ０
１４ 时间戳应答 ０
１７ 地址掩码请求 ０
１８ 地址掩码应答 ０
１０ 路由器询问 ０
９ 路由器通告 ０
测试可达性
　
测试ＩＰ分组在两台机器之间往来所需时间
测试子网掩码
　
测试路由器地址及其是否正常工作
应当注意，ＩＣＭＰ虽然是第三层的一部分，但又好像第四层那样调用ＩＰ的服
务，并且ＩＣＭＰ与ＩＰ一样，都是不可靠传输，ＩＣＭＰ的信息也可能丢失。为了防止
ＩＣＭＰ信息无限制地连续发送，对ＩＣＭＰ分组传输中的问题不能再使用ＩＣＭＰ解决。
３．ＩＣＭＰ应用
ＩＣＭＰ作为ＩＰ协议的补充，使一个路由器或一台目的主机可以通知源主机
有关数据分组处理中的错误，并可以进行必要的处理。下面介绍它的两种简单
而广泛的应用。
· ７ ４ １ · 第６章　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与ＴＣＰ／ＩＰ体系结构
（１）ｐｉｎｇ
ｐｉｎｇ是ＴＣＰ／ＩＰ网络中一个最简单而又非常有用的ＩＣＭＰ应用程序。它使用
ＩＣＭＰ回应请求／应答，测试一台主机的可达性，验证一个ＩＰ安装是否正确，具体
可以用于下列场合：
�验证基础ＴＣＰ／ＩＰ软件的操作；
�验证ＤＮＳ服务器的操作；
�验证一个网络或网络中的设备是否可以被访问。
ｐｉｎｇ在不同的实现中语法格式有所不同。下面是在ＵＮＩＸ中的应用格式：
　　ｐｉｎｇ［－ｓｗｉｔｃｈｅｓ］ｈｏｓｔ
�ｈｏｓｔ，目的主机的名字或其ＩＰ地址；
�ｓｗｉｔｃｈｅｓ，参数选项，它是下列可选项的组合：
［－ｄｆｎｑｒｖＲ］［－ｃｃｏｕｎｔ］［－ｉｗａｉｔ］［－ｌｐｒｅｌｏａｄ］［－ｐｐａｔｔｅｒｎ］［－ｓｐａｃｋｔｓｓｉｚｅ］
表６．２给出了这些可选参数的意义。
表６．２　ｐｉｎｇ的可选参数
选项 意义
－ｄ 设定下列测试参数
　－ｆ 　　洪泛ｐｉｎｇ———快速发出测试分组。只有超级用户可以选用此项
　－ｎ 　　只输出数字
　－ｑ 　　不显示任何传输分组的信息，只显示最后结果
　－ｒ 　　绕过正常的路由表，通过附加网络直接到达一台主机
　－ｖ 　　详细输出
　－Ｒ 　　报告路由
－ｃ 发送指定数目的分组后停止
－ｉ 设定发送测试分组的时间间隔（秒数），预设值为１（每秒发送１个分组）
－ｌ
预设在故障进入常规行为模式前ｐｉｎｇ能够尽快送出的分组数量。只有超级
用户可以选用此项
－ｐ 规定填充字符
－ｓ
指定分组的数据部分大小（字节数）。预设值为５６（加上８字节的ＩＣＭＰ头，共
６４字节）
（２）ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ
ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ程序用来确定通过网络的路由ＩＰ数据分组。它先把一个ＴＴＬ＝１
的ＩＰ分组发送给目的主机，在经过第１个路由器时把ＴＴＬ减到０，遂丢弃该分组
并把ＩＣＭＰ超时消息返回给源主机，从而标识了第１个路由器。以后，不断增加
ＴＴＬ值重复上述过程，就可以依次标识出通向目的主机的路径上各路由器。