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计算机网络基础知识总结

October 1, 2018 • Read: 349 • 计算机网络

1.网络层次划分

为了使不同计算机厂家生产的计算机能相互通信,在更大范围内建立计算机网络,国际标准化组织(ISO)在1978年提出了“开放系统互联参考模型”,即著名的OSI/RM模型(Open System Interconnection/Reference Model)。它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层,自下而上依次为:物理层(Physics Layer)、数据链路层(Data Link Layer)、网络层(Network Layer)、传输层(Transport Layer)、会话层(Session Layer)、表示层(Presentation Layer)、应用层(Application Layer)。
出了标准的OSI七层模型以外,常见的网络层次划分还有TCP/IP四层协议以及TCP/IP五层协议,他们之间的对应关系如下图所示:

2.OSI七层网络模型

TCP/IP协议是互联网的基础协议,没有它就根本不可能上网,任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。不管是OSI七层模型还是TCP/IP的四层、五层模型,每一层中都有自己的专属协议,完成自己相应的工作以及与上下层级之间进行沟通。由于OSI七层模型为网络的标准层次划分,所以我以OSI七层模型为例从上向下进行一一介绍

1)应用层

应用层是操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

2)表示层

表示层对上层数据或信息进行变换,保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。

3)会话层

会话层管理主机之间的会话进程,负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。

会话层、表示层、应用层重点

  • 数据传输基本单位为报文
  • 包含的主要协议:FTP(文件传输协议)、Telnet(远程登陆协议)、DNS(域名解析协议)、SMTP(邮件传送协议)、POP3协议(邮局协议)、HTTP协议(Hyper Text Transfer Protocol)
4)传输层

第一个端到端(主机到主机)的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外,传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题

传输层的任务是根据通信子网的特性,利用最佳的网络资源,为两个端系统的会话层之间提供建立、维护和取消传输连接的功能,负责端到端的可靠数据传输。在这一层,信息传送的协议数据单元称为段或报文。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点,而传输层则负责将数据可靠地传送到相应地端口

有关传输层的重点

  • 包含的主要协议:TCP协议(Transmission Control Protocol,传输控制协议)、UDP协议(User Datagram Protocol,用户数据报协议)
  • 重要设备:网关
5)网络层

网络层的目的是实现两端系统之间的数据透明传送,具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。用少量的词来记忆网络层,那就是“路径选择,路由及逻辑寻址”。

网络层涉及众多的协议,其中包括最重要的协议,也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有:无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP

有关网络层的重点

  • 网络层负责对子网间地数据包进行路由选择。此外,网络层还可以实现拥塞控制、网际互联等功能
  • 基本数据单位为IP数据报
  • 包含的主要协议:

    • Internet Protocol(因特网互联协议)
    • Internet Control Message Protocol(因特网控制报文协议)
    • Address Resolution Protocol(地址解析协议)
    • Reverse Address Resolution Protocol(逆地址解析协议)
  • 重要地设备:路由器
6)数据链路层

数据链路层在物理层提供的服务的基础上再向网络层提供服务,最基本的服务是将原子网络层来的数据可靠地传输到相邻结点的目标机网络层,为达到这一目的,数据链路必须具备一系列相应的功能,主要有:如何将数组合成数据块,在数据链路层中这种数据块为(frame),帧是数据链路层的传送单位;如何控制帧再物理信道上的传输,包括如何处理传输差错,如何调节发送速率以使与接收方相匹配;以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括:物理地址寻址数据成帧流量控制数据检错重发等。

有关数据链路层的重点

  • 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输
  • 基本数据单位为
  • 主要的协议:以太网协议
  • 两个重要设备名称:网桥交换机
7)物理层

激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层协议提供了一个传数据的可靠物理媒体。简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层记住两个重要的设备名称,中继器(Repeater,也叫放大器)和集线器

3.IP地址

1)网络地址

IP地址由网络号(包括子网号)和主机号组成,网络地址的主机号全为0,网络地址代表着整个网络。

2)广播地址

广播地址通常称为直接广播地址,是为了区分受限广播地址。
广播地址与网络地址的主机号正好相反,广播地址中,主机号为全1。当向某个网络的广播地址发送消息时,该网络内的所有主机都能收到该广播消息。

3)组播地址

D类地址就是组播地址

  • A类地址以0开头,第一个字节作为网络号,地址范围为:0.0.0.0~127.255.255.255
  • B类地址以10开头,前两个字节作为网络号,地址范围是:127.0.0.0~191.255.255.255
  • C类地址以110开头,前三个字节作为网络号,地址范围是:192.0.0.0~223.255.255.255
  • D类地址以1110开头,地址范围是224.0.0.0~239.255.255.255,D类地址作为组播地址(一对多的通信)
  • E类地址以1111开头,地址范围是240.0.0.0~255.255.255.255,E类地址为保留地址,供以后使用

注:只有A、B、C由网络号和主机号之分,D、E没有划分网络号和主机号

4)255.255.255.255

该IP地址指的是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址(直接广播地址)的区别在于,首先广播地址只能用于本地网络,路由器不会转发以受限广播地址为目的的地址的分组;一般广播地址既可以在本地广播,也可跨网段广播。例如:主机192.168.1.1/30直接广播数据包后,另一个网段192.168.1.15/30也能直接收到该数据包;若发送受限广播数据包则不能收到

注:一般的广播地址(直接广播地址)能够通过某些路由器(当然不是所有的路由器),而受限的广播地址则不能通过路由器

5)0.0.0.0

常用于寻找自己的IP地址,例如在RARP,BOOTP和DHCP协议中,若某个位置IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址,他就以255.255.255.255为目的地址,像本地范围(具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内)的服务器发送IP请求分组

6)回环地址

127.0.0.0/8被用作回环地址,会换地址表示本机的地址,常用于对本机的测试,用得最多的是127.0.0.1

7)A、B、C类私有地址

私有地址(Private Address)也叫专用地址,他们不会在全球使用,只具有本地意义
A类私有地址:10.0.0.0/8,范围是:10.0.0.0~10.255.255.255
B类私有地址:172.16.0.0/12,范围是:172.16.0.0~172.31.255.255
C类私有地址:192.168.0.0/16,范围是:192.168.0.0~192.168.255.255

4.子网掩码及网络划分

随着互联网应用的不断扩大,原先的IPv4的弊端也逐渐暴露出来,即网络号站位太多,而主机号位太少,所以其能提供的主机地址也越来越稀缺,目前除了使用NAT在企业内部利用保留地址自行分配以外,通常都对一个高类别的IP地址进行再划分,以形成多个子网,提供给不同规模的用户群使用
为了再网络分段情况下有效利用IP地址,通过对主机号的高位部分作为子网号,从通常的网络位界限中扩展或压缩子网掩码,用来创建某类地址的更多子网。但创建更多的子网时,在每个子网上的可用主机地址数目会比原先减少。

什么是子网掩码?

子网掩码是标志两个IP地址是否属于一个子网的,也是32位二进制地址,其每一个1代表该位是网络位,0代表主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与计算所得结果相同,即表明它们共属于同一个子网中。

注:在计算子网掩码时,要注意IP地址中的保留地址,即"0"地址和广播地址,他们是指主机地址或网络全为"0"或"1"时的IP地址,他们代表着本网络地址和广播地址,一般是不能被计算在内的。

子网掩码的计算

对于无须再划分成子网的IP地址来说,其子网掩码非常简单,即按照其定义即可写出:如某B类IP地址位10.12.3.0,则该IP地址的子网掩码255.255.0.0;如果它是一个C类地址,则其子网掩码为255.255.255.0。其他类推。下面关键要介绍的是一个IP地址,还需要将其高位主机再作为划分出的子网网络号,剩下的是每个子网的主机号,这时该如何进行每个子网的掩码计算

1)利用子网数来计算

求子网掩码前必须先搞清楚要划分的子网数目,以及每个子网内的所需主机数

(1)将子网数转化为二进制表示:如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网:27=11011;

(2)取得该二进制的位数,为N:该二进制为5位数,N=5

(3)取得该IP地址的类子网掩码,将其主机地址部分的前N位置1即得出该IP地址划分子网的子网掩码

该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置1,得到255.255.248.0.

2)利用主机数来计算

如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网,每个子网内由主机700台:

(1)将主机数转化为二进制表示:700=1010111100;

(2)如果主机数小于或等于254,则取得该主机的二进制位数,为N。如果大于254,也就是说主机地址将占据不止8位,该二进制为十位数,N=10

(3)使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1,然后从后向前将N位全部置0,即为子网掩码值。将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1,得到255.255.255.255,然后再从后向前将十位置0,即为:11111111.11111111.11111100.00000000,即255.255.252.0.这就是将划分成主机为700台B类IP地址168.195.0.0的子网掩码。

最后编辑于: October 7, 2018
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