09_计算机网络模型

OSI/RM七层模型

各层介绍及硬件设备

传输介质

TCP/IP协议簇

网络层协议

传输层协议

应用层协议

完整URL的组成

IP地址表示与计算

分类地址格式

子网划分和超网聚合

无分类编址

特殊含义的IP地址

IPv6协议

过渡技术

OSI/RM七层模型

OSI/RM七层模型见表，需要明确各层的功能、设备及协议

层次	名称	主要功能	主要设备及协议
7	应用层	实现具体的应用功能	POP3、FTP、HTTP、Telnet、SMTP、DHCP、TFTP、SNMP、DNS
6	表示层	数据的格式与表达、加密、压缩
5	会话层	建立、管理和终止会话
4	传输层	端到端的连接	TCP、UDP
3	网络层	分组传输和路由选择	三层交换机、路由器 ARP、RARP、IP、ICMP、IGMP
2	数据链路层	传送以帧为单位的信息	网桥、交换机、网卡 PPTP、L2TP、SLIP、PPP
1	物理层	二进制传输	中继器、集线器

各层介绍及硬件设备

物理层：直接是二进制传输，最底层，中继器和集线器都是中转设备，能够延长信号。

数据链路层：将数据封装成帧进行传输，网桥、交换机、网卡这些设备能形成局域网，局域网内主机可以通信，可识别MAC物理地址，准确传送至局域网内的物理主机上。

网络层：将帧分组传输，路由器用来连接到互联网上，实现网络共享。能准确地将数据传送至互联网的网络主机上。

传输层：端到端的连接，传送至主机端口上，TCP和UDP协议需要掌握。

会话层：管理主机之间的会话，提供会话管理服务。

表示层：提供会话数据之间的格式转换、压缩、加密等操作，对数据进行处理。包括MPEG等数据、图像处理协议。

应用层：是两个进程之间的直接通信。网关是应用层物理设备，连接不同类型且协议差别较大的网络，可以转换协议。

传输介质

双绞线：将多根铜线按规则缠绕在一起，能够减少干扰；分为无屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP，都是由一对铜线簇组成，也就是常说的网线；双绞线的传输距离在100m以内。

无屏蔽双绞线UTP：价格低，安装简单，但可靠性相对较低，分为CAT3(3类UTP，速率为10Mb/s)、CAT4(4类UTP，与3类差不多，无应用）、CAT5(5类UTP，速率为100Mb/s，用于快速以太网）、CAT5E（超5类UTP，速率为1000Mb/s)、CAT6(6类UTP，用来替代CAT5E，速率也是1000Mb/s)。

屏蔽双绞线STP：与UTP相比增加了一层屏蔽层，可以有效地提高可靠性，但对应的价格高，安装麻烦，一般用于对传输可靠性要求很高的场合。

光纤：由纤芯和包层组成，传输的光信号在纤芯中传输，然而从PC端出来的信号都是电信号，要经过光纤传输，就必须将电信号转换为光信号。

多模光纤MMF：纤芯半径较大，因此可以同时传输多种不同的信号，光信号在光纤中以全反射的形式传输，采用发光二极管LED为光源，成本低，但是传输的效率和可靠性都较低，适合于短距离传输，其传输距离与传输速率相关，速率为100Mb/s时为2km，速率为1000Mb/s时为550m。

单模光纤SMF：纤芯半径很小，一般只能传输一种信号，采用激光二极管LD作为光源，并且只支持激光信号的传播，同样是以全反射形式传播，只不过反射角很大，看起来像一条直线，成本高，但是传输距离远，可靠性高。传输距离可达5km。

TCP/IP协议簇

网络层协议

IP：最核心的协议，无连接、不可靠。

ICMP：因特网控制信息协议，用来检测网络通信是否顺畅，其报文封装在IP数据报中。

ARP：地址解析协议，将IP地址转换为物理地址，其报文封装在数据链路层以太网帧中。

RARP：是将物理地址转换为IP地址。

传输层协议

(1)TCP协议。

可靠连接，因为有验证机制，TCP建立连接需要三次握手过程，这种方法可以防止出现错误的连接。如2-1-2图所示，其中，seq是当前TCP报文的序号，ack是确认号，ACK是确认位，SYN是同步位，同一个TCP报文里seq和ack之间无关联，ack是对接收到的报文的seq做出响应的，如seq=x，表示期望接收编号为x的字节，那么下次就会发送ack=x+1，至于seq=y表示当前报文字节序号。

(2)TCP传输协议。

停止等待协议：TCP保证可靠传输的协议，“停止等待”就是指发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认，只有对方确认过，才发送下一个分组。

连续ARQ协议：TCP保证可靠传输的协议，它是指发送方维护着一个窗口，这个窗口中不止一个分组，窗口的大小是由接收方返回的win值决定的，所以窗口的大小是动态变化的，只要在窗口中的分组都可以被发送，这就使得TCP一次不是只发送一个分组了，从而大大提高了信道的利用率。并且它采用累积确认的方式，对于按序到达的最后一个分组发送确认。

滑动窗口协议：TCP流量控制协议，可变的窗口是不断向前走的，该协议允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组。由于发送方不必每发一个分组就停下来等待确认，因此该协议可以加速数据的传输，还可以控制流量的问题。

TCP协议采用的是可变大小的滑动窗口协议。

(3)UDP协议。

不可靠连接，因为数据传输只管发送，不用对方确认，因此可能会有丢包现象。一般用于视频、音频数据传输，连接无需确认，消耗少。

应用层协议

应用层协议如图2-1-3所示，牢记基于TCP和UDP的应用层协议。

FTP：可靠的文件传输协议。

HTTP：超文本传输协议，用于上网。使用SSL加密后的安全网页协议为HTTPS。SMTP和POP3：邮件传输协议，邮件报文采用ASCⅡ格式表示。

Telnet：远程连接协议。

TFTP：不可靠的小文件传输协议。

SNMP：简单网络管理协议，必须以管理员的身份登录才能完成配置。

(1)DHCP协议。动态分配IP地址协议，DHCP客户端能从DHCP服务器获得DHCP服务器的IP地址、DNS服务器的IP地址、默认网关的IP地址等。但是，不能获得Web服务器的IP地址和邮件服务器地址。

自动分配规则为客户机/服务器模型，租约默认为8天，当租约过半时，客户机需要向DHCP服务器申请续租，当租约超过87.5%时，如果仍然没有和当初提供IP地址的DHCP服务器联系上，则开始联系其他DHCP服务器。

(2)DNS协议。将域名解析为IP地址，输入网址（即域名）后，首先会查询本地DNS缓存，然后查询hosts文件，无果后再查询本地DNS服务器，DNS协议又分为递归查询和迭代查询两种方式。协议端口号对照见表2-1-2。

递归查询：主机提出一个查询请求，本地服务器会自动一层一层地查询下去，直到找到满足查询请求的IP地址，再返回给主机。即问一次，就得最终结果。

迭代查询：服务器收到一次查询请求，就回答一次，但是回答的不一定是最终地址，也可能是其他层次服务器的地址，然后等待客户端再去提交查询请求。即问一次答一次，而后再去问其他服务器，直至问到结果。

完整URL的组成

URL由五个部分组成，以http://www.taobao.com/tmail/xiaomi/index.html为例说明如下：

(1)http是协议名，还有https。

(2)www是万维网服务，其他服务还包括fp、mail等。

(3)taobao.com是域名（也可以用服务器的IP地址表示），在域名中，顶级域名在最右边（根域名被省略），主机名在最左边，即taobao是主机名。

(4)域名之后，从第一个/到最后一个/是虚拟目录名，也即tmail/xiaomi/

(5)index.html是文件名。

IP地址表示与计算

分类地址格式

IP地址分4段，每段8位，共32位二进制数组成。

在逻辑上，这32位IP地址分为网络号和主机号，依据网络号位数的不同，可以将IP地址分为以下几类：

A类地址网络号占8位，主机号则为32-8=24位，能分配的主机个数为224-2个(注意：主机号为全0和全1的不能分配，是特殊地址)。

同理，B类地址网络号为16位，C类地址网络号为24位，同样可推算出主机号位数和主机数。

图2-1-4中加阴影或加下划线显示的位数表示该位固定为该值，是每类IP地址的标识。

子网划分和超网聚合

按上述划分的A、B、C三类，一般是最常用的，但是却并不实用，因为主机数之间相差的太大了，不利于分配。因此，我们一般采用子网划分的方法来划分网络，即自定义网络号位数，就能自定义主机号位数，就能根据主机个数来划分出最适合的方案，不会造成资源的浪费。

一般的IP地址按标准划分为A、B、C类后，可以进行再一步的划分，将主机号拿出几位作为子网号，就可以划分出多个子网，此时IP地址组成为：网络号+子网号+主机号。

网络号和子网号都为1，主机号都为0，这样的地址为子网掩码。

要注意的是：子网号可以为全0和全1，主机号不能为全0或全1，因此，主机数需要减2，而子网数不用。

此外，若要判断两个IP地址是否在同一网段，只需要确定其网络号是否相同即可。

除了上述划分子网外，还可以聚合网络为超网，就是划分子网的逆过程，将网络号取出几位作为主机号，此时，这个网络内的主机数量就变多了，成为一个更大的网络。

例：把网络117.15.32.0/23划分为117.15.32.0/27，得到的子网是（）个，每个子网中可使用的主机地址是（）个。

解析：网络号从23变为27，说明拿出了4位作为子网号，可以划分出2⁴=16个子网，此时，主机号是32-27=5位，共2⁵-2=30个主机地址(主机地址不能为全0和全1)。

例：某用户得到的网络地址范围为110.15.0.0～110.15.7.0，这个地址块可以用（）表示，其中可以分配（）个可用主机地址。

解析：110.15.0.0～110.15.7.0,8个子网做汇聚，取这8个子网最长相同前缀作为子网掩码，二进制展开后，可发现汇聚后掩码长度是21位，那么主机位就是11位，可以容纳2¹¹-2=2046个地址。

无分类编址

除了上述的分类编址外，还有无分类编址，即不按照A、B、C类规则，自动规定网络号，无分类编址格式为：IP地址/网络号。

例：128.168.0.11/20表示的IP地址为128.168.0.11，其网络号占20位，因此主机号占32-20=12位，也可以划分子网。可知，后的数字是网络号，32减去此数字就是主机号。

特殊含义的IP地址

特殊含义的IP地址要记住并掌握，会出现在选择题中，其总结见表

IP	说明
127网段	回播地址
网络号全0地址	当前子网中的主机
全1地址	本地子网的广播
主机号全1地址	特定子网的广播
10.0.0.0/8	10.0.0.1至10.255.255.254
172.16.0.0/12	172.16.0.1至172.31.255.254
192.168.0.0/16	192.168.0.1至192.168.255.254
169.254.0.0	保留地址，用于DHCP失效（Win)
0.0.0.0	保留地址，用于DHCP失效（Linux)