网络基础知识

一、计算机网络概念和分类

1、计算机网络的定义

计算机网络是在网络协议的控制下，通过通信设备和线路将分布在不同地理位置，且具有独立功能的多个计算机系统连接起来，通过网络操作系统等网络软件实现通信和资源共享的系统。

• 计算机网络中至少拥有两台以上的计算机。
• 传输媒体和通信设备把若干台计算机连接到了一起。
• 为需要网络软件，含操作系统。
• 为了正确地通信，需要有一个共同遵守的约定——通信协议。
• 把多台计算机连接在一起，形成一个网络，是为了通信和资源共享。

2、计算机网络的发展史

①第一代计算机网络：面向终端的远程联机系统

• 1946 年产生第一台数字计算机
• 1954 年收发器终端的产生
• 20C60 年代初，产生由多重线路控制器参与组成的网络

• 这种网络中，终端设备没有独立处理能力，可以传输资料，不能共享资源。

②第二代计算机网络：计算机-计算机网络

• 1964 年，Baran 提出存储转发概念

• 1966 年，David 提出分组概念

• 1969 年，计算机分组交换网 ARPANET（ARPA：Advanced Research ProjectsAgency 美国国防部高级研究计划署）投入运行。
  • 　　网络属于同构网。
  • 　　网络仍主要用于传输信息，对网络缺乏统一管理。

③第三代计算机网络：开放式标准化网络

• 1977 年 ISO（International Standard Organization，国际标准化组织）提出 OSI 模型（Open System Interconnection，开放系统互联模型）
• 此种网络实现了不同类型的计算机系统互联，遵循国际标准化协议的开放式标准化网络，具有统一的体系结构，以资源共享为主要目的。

④第四代计算机网络：新一代网络

• 网络正迅速地朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向不断深入。
• 逐步将电信网、有线电视、和计算机网络融合，三网合一。

3、计算机网络的分类

根据覆盖地理范围划分

1. 局域网 LAN：方圆几千米以内。
2. 城域网 MAN
3. 广域网 WAN：几十千米到几百千米。
4. Internet 因特网：公网

二、计算机网络体系结构

1、网络结构的分层设计

为了降低网络设计的复杂性，将网络进行了分层设计。每一层只关心自己层的设计。

2、协议

①为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需要“讲”相同的“语言”，描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是协议。

②协议是指网络中的计算机在通信时对传送信息的理解、信息表示的形式及各种应答信号所应遵循的共同约定。

3、网络体系结构/网络模型

3.1、分类

①ISO/OSI 模型

• 国际标准化组织/开放系统互联模型

②TCP/IP 模型

• TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），传输控制协议/互联网协议
• 因特网中实际采用的标准，TCP/IP 是 ARPANET 为了实现异种网的互联，在对网间网的研究和应用中产生的
• 是由很多协议构成的一个协议族

3.2、ISO/OSI 模型：

• 国际标准化组织/开放系统互联模型

①ISO/OSI 模型分为 7 层：

②数据封装：

③各层工作的物理设备：

物理层：

• 网卡
• 集线器

数据链路层：

• 交换机

网络层：

• 路由器

传输层：

• 防火墙

应用层：

• 服务器

3.3、TCP/IP模型

实际应用中，完全遵从 OSI 参考模型的协议几乎没有。

• TCP/IP，20 世纪 70 年代，美国国防部高级研究计划署开发。
• 最早在 ARPANET 上实现，目的在于解决异构系统的通信问题。

①TCP/IP 分为 4 层

②TCP/IP 各层协议

③IP 协议

IP (Internet Protocol)译为网际协议/网络协议/互联网协议。

• 对数据包寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。

IP 协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的 IP 地址、目的主机的 IP 地址和其他一些信息。

• 分割和重组在传输层被分割的数据包。

由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，IP 协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，IP 协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。

• 无连接传递数据。

无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将 IP 数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者 IP 包的次序会混乱。

要实现数据包的可靠传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的TCP 协议

④ICMP 协议

ICMP（Internet Control Message Protocol）译为互联网控制报文协议，主要用于侦测远端主机是否存在、建立及维护路由资料、重导资料传送路径、资料流量控制。

• ping 命令：探测能否连通指定计算机
  • 连接建立成功
    • Reply from 192.168.1.1:bytes=32 time<1ms TTL=128
      • TTL 是 Time To Live 的缩写，该字段指定 IP 包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。TTL 是 IPv4 包头的一个 8bit 字段
  • 目标主机不可达：Destination host unreachable.
  • 请求时间超时：Request timed out.
  • 未知主机名：Unknown host abc.

• tracert：跟踪路由器

⑤ARP 协议

ARP（Address Resolution Protocol）译为地址解析协议，用于将 IP 地址转换为 MAC 地址。

• MAC(Media Access Control)地址，或称硬件位址/机器地址/物理地址
  • 用来定义网络设备的位置，代表网络中的唯一一台计算机。
  • MAC 地址由 48 比特长，0 到 23 位是厂商向 IETF 等机构申请用来标识厂商的代码。地址的 24 到 47 位由厂商自行分派，是各个厂商制造的所有网卡的一个唯一编号。常用 12 位的 16 进制数字组成。
  • ipconfig  /all 或 getmac  /v 可以查看 MAC 地址。

⑥UDP 与 TCP 协议

二者都属于传输层协议。

• UDP 协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）
  • 属于传输层协议。
  • 无连接。
  • 不可靠。
  • 可靠性由上层协议保证。

• TCP 协议
  • 面向连接，支持端到端通信。
  • 进行无差错控制，传输是可靠的。
  • 进行必要流量控制，避免发包过快而导致阻塞

• TCP 的连接：三次握手

⑦应用程协议

• FTP（File Transfer Protocol）
  • 文件传输协议
  • 用于上传文件和下载文件

• HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）
  • 超文本传输协议
  • 用于访问网站

• https（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer）
  • 安全的超文本传输协议

• Telnet 远程协议
  • 用于远程连接计算机

• SMTP（Simple Mail Transmission Protocol）
  • 简单邮件传输协议
  • 用于发送邮件

• POP3（Post Office Protocol version 3）
  • 邮局协议版本 3
  • 用于收邮件

• DNS（Domain Name System）
  • 域名系统
  • 用于将域名解析为 IP 地址、将 IP 地址解析为域名

• DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）
  • 动态主机配置协议
  • 用于自动分配 IP 地址

3.4、端口

端口号用来标识同一时间内通过网络的不同连接。

• 端口号范围：0~65535

  • 应用层知名服务：0~255

  • 各个厂商：256~1023

  • 未被分配：>1023

• 查端口号
• C:\windows\system32\drivers\etc\services 

三、IP地址

1、IP地址的含义

用于标识网络中的一个通信实体(计算机，设备等)的数字编号。

2、IP地址的特点

二进制形式共 32 位，每个 IP 地址被分成四组，每组 8 位二进制数。

• 一般用十进制数填写和使用，用句点隔开，称为点分十进制，每组数字的大小范围为 0-255。
  • 如：10000011 01101011 00000011 00010001
  • 点分十进制形式：131.107.3.17

• IP 地址包含网络号和主机号。
• 公网上的 IP 不能重复；同一局域网内的 IP 也不能重复。

3、IP 地址的分类

3.1 IP 地址的分类

分为 5 个不同的地址类别：其中 A、B、C 三类最为常用；D 类地址用作组；E 类地址保留未用。

• 网络号不允许全 0；主机号不允许全 0或者全 1（指二进制形式）

  • 主机号全 0：表示子网或本网，常用于路由中。不能在公网上分配和出现

  • 主机号全 1：表示广播地址，发送到地址全 1 的主机，表示信息发送给本网中的所有主机。不能在公网上分配和出现。

3.2 特殊 IP 地址

也称为专用 IP 地址、保留地址，只限内网使用，也不会出现于公网。

• A 类

  • 10.*.*.*

  • 127.*.*.* 表示回环地址(loopback)或环路测试 IP，localhost。

• B 类

  • 172.16.*.* ~ 172.31.*.

  • 169.254.*.* 表示自私有 IP 地址。

• C 类
• 192.168.0.*~192.168.255.*

四、 子网掩码

1、子网掩码的特点

共 32 位二进制，由连续的“1”和连续的“0”组成，左边向右全是 1，右边向左全是 0。

• 标准长度的子网掩码

n A 类：255.0.0.0	或 /8
n B 类：255.255.0.0	或 /16
n C 类：255.255.255.0	或 /24

• 可变长的子网掩码

n 128（10000000）	例如：255.255.255.128	或 /25
n 192（11000000）	例如：255.255.192.0	或 /18
n 224（11100000）	例如：255.255.255.224	或 /27
n 240（11110000）	例如：255.240.0.0	或 /12
n 248（11111000）	例如：255.255.255.248	或 /29
n 252（11111100）	例如：255.255.255.252	或 /30

2、子网掩码的应用

用来表征 IP 地址所处的网络位置，【网络号】进而用于判断下列两台主机间能否连通。

• 判断步骤
  • 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
  • 子网号相同，则可以互相连通，否则不能连通
• 案例
  • 192.168.5.23 与 192.168.5.175，子网掩码 255.255.255.0
  • 192.168.5.23 与 192.168.5.175，子网掩码 255.255.255.12