计算机网络

目录

• 1 计算机网络历史
• 2 计算机网络体系结构通信原理
  • 2.1 数据通信原理
  • 2.2 对等会话原理
• 3 OSI/RM七层模型（Open Systems Interconnection/Reference Model)（开放系统互联参考模型）
  • 3.1 物理层：Physical
  • 3.2 数据链路层：Data Link
  • 3.3 网络层：Network
  • 3.4 传输层：Transport
  • 3.5 会话层：Session
  • 3.6 表示层：Presentation
  • 3.7 应用层：Application
• 4 TCP/IP四层模型
  • 4.1 网络接口层：Link
  • 4.2 网络互联层（网际层）：Network
  • 4.3 传输层：Transport
  • 4.4 应用层：Application
• 5 IP地址
  • 5.1 IP地址的特点
  • 5.2 IPv4地址的分类
  • 5.3 子网掩码
  • 5.4 IP地址的计算
• 6 DNS域名系统/服务

1 计算机网络历史

• 第一代：以单计算机为中心的联机系统，只在内部进行通信

• 第二代：计算机与计算机互联网络，主机既做数据处理，又做通信

• 第三代：计算机网络进入标准化发展（按协议进行）

  • ARPANET的标准协议

    用于计算机之间的数据传输；能够连接不同类型的计算机；所有的网络结点都同等重要；必须有冗余的路由（路由（路由寻址）：路由器从一个接口上接收到数据包，根据数据包的目的地址进行定向并转发到另一个接口的过程）；网络结果尽可能地简单，但能非常可靠地传送数据。

  • TCP/IP协议

    基于TCP/IP的4.2BSD；不同网络之间的通信

  • ISO的OSI/RM规范

2 计算机网络体系结构通信原理

2.1 数据通信原理

• 发送端自上而下传输（直到物理层）
• 接收端自下而上传输（知道发送端发起通信的层次）

2.2 对等会话原理

• 发送端和接收端只有在对等层才可以实现通信
• 不同层次传输的数据格式不一样
  • 应用层、表示出和会话层以报文方式传输
  • 传输层以保温或者报文段方式传输
  • 网络层以分钟方式传输
  • 数据链路层以帧方式传输
  • 物理层以比特流方式传输
• 发送端每经过一层（除物理层外）都要在元数据上进行协议封装，即最前面加装一个本层所使用协议的头
• 接收端每经过一层都要对原数据进行协议解封装，即去掉原数据最前面的上层协议头

3 OSI/RM七层模型（Open Systems Interconnection/Reference Model)（开放系统互联参考模型）

3.1 物理层：Physical

• 只负责传输二进制比特流
• 为数据链路层提供服务

3.2 数据链路层：Data Link

• 负责将上层数据封装成帧

  帧：数据链路层完成从物理层到网络层的过度、准备工作

• 传输管理

  为网络层提供低出错率、高可靠性的数据链路

• 流量控制

  协调主机和同i性能设备之间的数据传输率

3.3 网络层：Network

• 负责路由寻址和广播
• 路由器选择与终端
• 控制分组传送系统的操作
• 控制流量，以防网络过于拥挤
• 建立和撤销网络连接
• 根据传输层的要求来选择服务

3.4 传输层：Transport

• 负责建立一个可靠的端到端的连接，包括数据核对和初步整理
• 建立、维护和撤销传输连接——端对端的连接
• 控制流量，差错控制
• 选择合适的网络层服务以实现器功能
• 提供数据的编号、排序、拼接以及重同步功能

3.5 会话层：Session

• 负责建立维护拆除会话
• 提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能
• 管理会话
• 同步数据
• 注意：会话层一般和传输层一起使用

3.6 表示层：Presentation

• 表示数据形式，完成对传输数据的转换化
• 代表应用层协商数据表示
• 完成对传输数据的转化，如格式化、加/解密、压缩/解压

3.7 应用层：Application

• 所有应用程序的网络在此展开，去欸的那个进程之间通信的性质，以满足用户的需求
• 提供应用程序的网络支持

4 TCP/IP四层模型

4.1 网络接口层：Link

• 在物理连接上，实现逻辑链路的连接
• 接口卡（网卡）：具有物理地址，即MAC地址（唯一不变）
• SLIP（Serial Line Internet Protocol）协议
  • 串行线路因特网协议
  • 缺点：没有差错校验机制
• PPP（Point to Point Protocal）协议
  • 用于串行与并行线路上的拨号来连接
  • 解决SLIP存在的问题
• ARP（Address Resolution Protocol）协议
  • 地址解析协议
  • 根据IP地址获取MAC地址的一个TCP/IP协议
• RPARP（Reverse Address Resolution Protocol）协议
  • 反向地址解析协议
  • 根据MAC地址获取IP地址的一个TCP/IP协议

4.2 网络互联层（网际层）：Network

• 在不同网络之间进行路由寻址、传递数据报
• IP（Internet Protocol）协议
  • 无连接、不可靠的协议
  • 负责在主机之间寻址
  • 设定路由
• ICMP（Internet Control Message Protocol）协议
  • 在主机与路由器之间传递控制信息
  • 是一种面向无连接的协议
  • 报告错误（网络的错误检测，主机故障等）
  • 控制消息
  • Ping程序（Ping过程实际就是ICMP协议的工作过程）

4.3 传输层：Transport

• 建立应用间的端到端连接

• TCP（Transmission Control Protocol）协议

  • 传输控制协议

  • 面向连接

    面向连接：会话建立、数据传输、会话拆除

  • 可靠（三次握手）

  • 速度慢

• UDP（User Datagram Protocol）协议

  • 用户数据报协议

  • 无连接

    无连接：不保证数据的有序到达

  • 不可靠

  • 速度快

4.4 应用层：Application

• 主要负责用户和应用程序之间的通信
• FTP：文件传输协议
• HTTP：超文本传输协议
• DNS：域名系统
• Telnet：远程终端协议
• IMAP：Internet邮件访问协议
• POP3：邮局协议版本3

5 IP地址

5.1 IP地址的特点

• IP地址为32位长
• 每个IP地址被分成4组，每组8位，用英文句号隔开
• 每组数字的大小范围为：0-255
• IP地址由两部分组成：网络位+主机位

5.2 IPv4地址的分类

• A类
  • 最高位：0
  • 网络ID：8位
  • 网络数：126
  • 主机数：16777214
  • 网络号范围：1~127
• B类
  • 最高位：10
  • 网络ID：16位
  • 网络数：16384
  • 主机数：65534
  • 网络号范围：128~191
• C类
  • 最高位：110
  • 网络ID：24位
  • 网络数：2097152
  • 主机数：254
  • 网络号范围：192~223
• D类
  • 最高位：1110
  • 广播地址
• E类
  • 最高位：1111
  • 保留试验

5.3 子网掩码

• 保留地址
  • 网络号
    • 10.0.0.0 - 10.255.255.255
    • 127（环路测试，127.0.0.1指本机）
    • 172.16.0.0 - 172.31.255.255
    • 192.168.0.0 - 192.168.255.255
  • 主机号
    • 全0（表示子网）
    • 全1（广播）
  • 用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的依据
  • 由连续的1和0构成
    • 默认A类：255.0.0.0
    • 默认B类：255.255.0.0
    • 默认C类：255.255.255.0

5.4 IP地址的计算

• 判断两个IP地址是否在同一个子网中

  • 1、将IP地址和子网掩码转换成二进制

  • 2、将IP地址和子网掩码按位进行与运算

  • 3、得出子网号，判断是否相同

    若子网号相同,则两个IP地址所在的主机之间可以进行通信。

6 DNS域名系统/服务

• Internet上域名与IP地址之间时一对一或一对多的关系，例如：百度的网址就是一个域名对应多个IP地址。
• 机器之间只能相互认识IP地址，他们之间的转换工作称为域名解析。
• 域名（Domain Name）
  • 由一串用点分隔的名字组成的Internet上某一台计算机或计算机组的名称。
  • 域名系统时因特网使用的命名系统
  • mail（三级域名）.cctv（二级域名）.com（顶级域名）
  • 由英文字母和数字构成
  • 每个标号 不超过63个字符
  • 不区分大小写
  • 除连字符"-"不能包含其他符号
  • 完整域名总共不超过255个字符
• 通用域
  • com：商业结构
  • org：非盈利组织
  • gov：美国政府部门
  • net：网络组织
  • edu：教育机构
  • mil：美国军事部门
  • int：国际组织
  • biz：商业
  • info：网络信息服务组织
• 地区域
  • Cn：中国
  • Uk：英国
• DNS的原理
  • 递归查询：DNS客户机发送到DNS服务器的查询，即使DNS服务器没有所请求的信息，它也会联系其他DNS服务器。
  • 重复（迭代）查询：DNS客户机允许DNS服务器根据自己的高速缓存或DNS区域提供最佳答案。这种类型的查询通常由试图解析DNS客户机的迭代查询的DNS服务器发出。