计网络——历史，OSI/RM模型，TCP/IP简介
计算机网络
一、 计算机网络的历史
第一代：50年代中至60年代初，以单计算机为中心的联机系统
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在计算机内部增加了通信功能，把远程的输入输出设备通过通信线路直接和计算机的主机相连，用户在终端输入信息的同时，主机也能处理信息，最后再将处理的结果通过通信线路回送给远程用户
第二代：60年代中至70年代初。计算机与计算机互联网络：主机既做数据处理，又做通信，出现不同的网络体系结构的模型。
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第三代：70年代中至80年代末，计算机网络进入标准化发展
-
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；
- 网络结构尽可能地简单，但能非常可靠地传送数据。
由于技术上的不足，使得具有相同厂家，相同型号的计算机之间可以进行数据通信，但是不同厂家，不同型号的计算机无法进行数据通信。
-
TCP/IP协议
- 正是由于TCP/IP网络通信协议的出现，使得不同计算机之间得以实现数据通信，为计算机网络的进一步发展奠定了基础。
- 基于TCP/IP的4.2 BSD（Unix系统）
- 不同网络之间的通信
-
ISO的OSI/RM规范
第四代：（90年代至今）国际化的互联网的诞生与发展
由于ARPANET网络的维护费用日以高昂，把ARPANET分成了两个网络：MILNET（军网），ARPANET（民网）
- 1990年，由NSF将ARPANET民网改名为Internet，随后很多公司、企业加入
- WWW概念提出
- Mosaic的WWW客户程序
- PPP使得家庭用户可方便访问Internet
二、OSI/RM模型
简介：
1984年，ISO推出因特网的协议规范OSI/RM（Open Systems Interconnection/Reference Model）
ISO：国际标准化组织
OSI/RM：开放系统互连参考模型
为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架
OSI/RM模型结构：
- 应用层 Application
- 表示层 Presentation
- 会话层 Session
- 传输层 Transport
- 网络层 Network
- 数据链路层 Data Link
- 物理层 Physical
-
物理层：只负责传输0 1 二进制比特流
功能：
- 为数据链路层提供服务，从数据链路层接收数据，并按规定形式的信号和格式将数据发送。
- 向数据链路层提供数据（把比特流还原为数据链路层可以理解的格式）
-
数据链路层：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
功能：
- 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：协调主机和通信设备之间的数据传输率
-
网络层：负责路由寻址和广播
功能：
- 路由选择与中断
- 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
-
传输层： 负责建立一个可靠的端到端的链接，包括数据核对和初步整理。
功能：
- 建立、维护和撤销传输连接——端到端的连接
- 控制流量，差错控制（使高层收到的数据几乎完整无差错）
- 选择合适的网络层服务以实现其功能
- 提供数据的编号、排序拼接以及重同步功能
-
会话层：负责建立维护拆除会话，为端系统的应用程序之间提供了对话控制机制。
数据传输的“中间商”角色，负责数据传输的“售后服务”。
功能：
- 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：传输层和会话层一般结合使用
-
表示层：表示数据形式，完成对传输数据的转化
功能：
- 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
-
应用层：所有应用程序的网络在此展开，确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。
功能：
- 提供OSI用户服务，如事务处理、文件传输、数据检索、网络管理、加密。
计算机网络体系结构通信原理包括两方面：
一是数据通信原理
二是对等会话原理
-
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（直到发送端发起通信的层次）
-
对等会话原理
发送端和接收端只有在对等层才可以进行通信，不同层次传输的数据格式不一样：
- 应用层、表示层和会话层以报文方式传输
- 传输层以报文或者报文分段方式传输
- 网络层以分组方式传输
- 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（物理层除外）都要在原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协议头；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
OSI/RM数据通信原理图
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三、TCP/IP简介
TCP/IP概述
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网络接口层
功能
-
在物理连接（网线和电脑之间）之上，实现逻辑链路（用到的协议）的连接（拨号连接）
-
接口卡（网卡）：具有物理地址，即MAC地址
-
SLIP（Serial line Internet Protocol）协议
- 在串行线路上封装IP数据报
- 用于拨号连接
- 缺点：没有差错校验机制
-
差错校验机制：每一端必须知道对方的IP地址，没有办法把本端的IP地址通知给另一端；如果一条串行线路用于SLIP，那么它不能同时使用其他协议。
-
数据报：通过网络传输的数据的基本单元，它携带了要从计算机传递到目的的计算机信息。
-
数据包：是TCP/IP协议通信传输中的数据单位，单个信息被划分为多个数据块，这些数据块被称为包。
-
路由：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。
-
PPP（Point to Point Protocol）协议
- 用于串行与并行线路上的拨号连接
- 解决SLIP存在的问题
-
ARP（Address Resolution Protocol）协议
是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
-
MAC，每个网卡都有的唯一的硬件地址
每个网卡的硬件地址都是由厂商所提供，而且每个地址都是唯一的，在网络上不允许有重复的硬件地址出现。
-
IP地址对应到MAC
通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
-
-
RARP（Reverse Address Resolution Protocol）协议
MAC到IP地址
IP地址与MAC地址
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网络互联层
-
功能
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
报告错误（网络的错误检测，主机故障等）
控制消息
Ping程序
TCP/IP网络互联层
TCMP：在主机与路由器之间传递控制信息。ICMP协议是一种面相无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。
它是一个非常重要的协议，它对于网络安全 具有极其重要的意义。
ICMP提供一致易懂的出错报告信息。发送的出错报文返回到发送原数据的设备，因为只有发送设备才是出错报文的逻辑接受者。发送设备随后可根据ICMP报文确定发生错误的类型，并确定如何才能更好地重发失败的数据包。但是ICMP唯一的功能是报告问题而不是纠正错误，纠正错误的任务由发送方完成。
我们在网络中经常会使用到ICMP协议，比如我们经常使用的用于检查网络通不通的Ping命令（Linux和Windows中均有），这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其他的网络命令如跟踪路由的Tracert命令也是基于ICMP协议的。
传输层
- 建立应用间的端到端连接
- 面向连接：会话建立、数据传输、会话拆除
- 无连接：不保证数据的有序到达
- TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议
- 面向连接
- 可靠（三次握手）
- 速度慢
- UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议
- 无连接
- 不可靠
- 速度快
端口号
- 用来区别应用层的协议
- 不同的应用协议有不同的端口号
端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0到65535
端口有什么用呢？
- 一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，这些服务完全可以通过1个IP地址来实现。
主机是怎么区分不同的网络服务呢？
- 显然不能只靠IP地址，因为IP地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区分不同的服务的。
服务器一般都是通过知名端口号来识别的。netstat -a -n
TCP/IP应用层
应用层
主要负责用户和应用程序之间的通信。协调设备和软件的多样性问题；解决系统中文传输问题。
以下是常见的应用协议：
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
常见相关协议缩写
- TCP:Transmission Control Protocol
- IP:Internet Protocol
- FTP:File Transfer Protocol
- ARP:Address Resolution Protocol
- RARP:Reverse Address Resolution Protocol
- UDP:User Datagram Protocol
- HTTP:Hypertext Transfer Protocol
- ICMP:Internet Control Message Protocol
- POP3:Post Offfice Protocol version3
- IMAP:Internet Mail Access Protocol
- PPP:Point to Point Protocol
- SLIP:Serial Line Internet Protocol
四、IP地址
IP地址相关知识
IP地址的特点？
-
IP地址的为32位长
每个IP地址被分成四组，每组8位，用句点隔开
每组数字的大小范围为0—255
10000011 01101011 00010001
131.107.3.17
IP地址由两部分构成：网络位+主机位
IP类型
每个地址包含两部分：网络和主机。IP地址中网络部分可以说明该设备是否属于A类、B类、C类、D类或E类网。
| 网络类 | 最高位 | 网络id | 网络数 | 主机数 | 网络号范围 |
|---|---|---|---|---|---|
| A类 | 0 | 8位 | 126 | 16777214 | 1～127 |
| B类 | 10 | 16位 | 16384 | 65534 | 128~191 |
| C类 | 110 | 24位 | 2097152 | 254 | 192~223 |
| D类 | 1110 | 广播地址 | |||
| E类 | 1111 | 保留试验 |
保留地址
-
网络号
10
127（环路测试，127.0.0.1指本机）
172.16.0.0—172.31.255.255
192.168.x.x
-
主机号
-
全0（表示子网）
-
全1（广播）
子网掩码
掩码
为什么要使用掩码技术
掩码技术的实现方式
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使用子网掩码是为了要区分一个IP地址中的网络地址和主机地址。
子网掩码是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根据。
子网掩码的特点
由连续的1和0构成
默认子网掩码：255.0.0.0 255.255.0.0 255.255.255.0
子网掩码中可以出现的数字：
0 128 192 224 240 248 252 254 255
关于IP地址的运算
逻辑运算：
与
或
非
-
非/Not
操作数 值 1 0 0 1 -
与/And
操作数1 操作数2 值 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 -
或/OR
操作数1 操作数2 值 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0
判断两个IP地址是否在同一子网中
如何判断两个IP地址是否在同一个子网中
- 主机A：IP=61.48.167.25 子网掩码=255.255.255.192
- 主机B：IP=61.48.167.224 子网掩码=255.255.255.192
- 判断的步骤：
- 将IP地址和子网掩码转换成二进制
- 将IP地址和子网掩码按位进行与运算
- 得出子网号，判断是否相等
IP地址 and 子网掩码 = 网络ID
TCP/IP调试命令
Ipconfig
Ipconfig/all
displaydns：显示DNS客户解析缓存的内容
flushdns：刷新并重设 DNS 客户解析缓存的内容
DNS在进行解析的时候会生成缓存，以便下次访问同样域名时，加快速度。