网络基础概念

墨蓝 2022-04-25 07:00 520阅读 0赞

## 导入 ##

在计算机网络学习中我觉得比较重要的就是网络协议的学习。网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或者说是约定的集合。因为不同用户的数据终端可能采取的字符集是不同的，两者需要进行通信，必须要在一定的标准上进行。一个很形象地比喻就是我们的语言，我们天朝大国人多地广，地方性语言也非常丰富，而且方言之间差距巨大。A地区的方言可能B地区的人根本无法接受，所以我们要为全国人名进行沟通建立一个语言标准，这就是我们的普通话的作用。同样，放眼全球，我们与外国朋友交流大部分程度用的就是英语，所以我们才要不断的学习英语。因此，在计算机网络中，数据收发也需要一定的规则，我们把这个规则也叫做 “ 协议 ” 。

**协议的概念**  
从应用的角度出发，协议可理解为“规则”，是数据传输和数据的解释的规则。

## 协议分层 ##

为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的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）。其中第四层完成数据传送服务，上面三层面向用户。

*  OSI七层模型与TCP/IP四层模型

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  应用层：负责应用程序之间的数据沟通  
    典型协议：http,ftp,SMTP,DNS
 *  表示层：会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、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：会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、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。
 *  传输层：负责端与端之间的数据传输  
    典型协议：TCP/UDP
 *  网络层：负责地址管理与路由选择  
    典型协议：IP  
    典型设备：路由器
 *  数据链路层：负责相邻设备之间的数据帧传输  
    典型协议：Ethernet(以太网协议)  
    典型设备：交换机
 *  物理层：负责光电信号的传输  
    典型协议：以太网协议  
    典型设备：集线器  
    **通信过程**  
    两台计算机通过TCP/IP协议通讯的过程如下所示  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
    **数据包的封装**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 网络地址管理 ##

**IP地址**

*  IP协议有两个版本, IPv4和IPv6. 我们整个的课程, 凡是提到IP协议, 没有特殊说明的, 默认都是指IPv4
 *  IP地址是在IP协议中, 用来在网络环境中标识不同主机的地址
 *  对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数
 *  由于数字不好记忆，故一般采用点分十进制来表示IP地址，例如 192.168.0.1， 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255  
    IP地址的编址经历了三个历史阶段，分类的IP地址、子网的划分以及构成超网。

**分类IP地址**  
分类的IP地址中是将IP划分为几种固定的类，每一类地址都有两个固定长度的字段组成–网络号和主机号。网络号是标志网络节点所连接到的网络，主机号标志该节点。IP地址主要分为5大类，A类、B类和C类都是单播地址，即一对一通信，最常用。D类地址用于多播，即一对多通信。E类地址保留为以后用。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

*  A类地址以0开头，第一个字节作为网络号，地址范围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：128.0.0.0~191.255.255.255
 *  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
 *  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

**划分子网**  
分类的IP地址是二级IP地址，是由网络号和主机号组成的，而现在常用的是三级IP地址，添加了一个子网号。二级的IP不够灵活且造成了浪费。如，我们办公室假如有300台电脑，使用C类地址，最多可接入=256台主机，显然不够，若使用B类地址，则可接入=65536台主机，造成了极大的浪费。此时，我们可以申请一个B类的网络，如网络地址为172.16.0.0，同时可以把这65536个地址划分成一个个局域网，相互之间互不干扰，划分过的局域网可以称为这个B类网络的一个个子网，而相对于本单位外的网络仍然表现为一个网络。网络号是需要申请和指派的，它一般是固定的，所以想要进行子网的划分，划分的方法是将二级IP的主机号字段借用若干位来表示子网号，这样就变成了三级IP地址：网络号、子网号和主机号。

**IP地址：：=\{<网络号>，<子网号>，<主机号>\}**

**什么是子网掩码**？  
子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为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的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。  
在计算子网掩码时，我们要注意IP地址中的保留地址，即" 0"地址和广播地址，它们是指主机地址或网络地址全为" 0"或" 1"时的IP地址，它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地址为 10.12.3.0，无须再分割子网，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。其它类推，不再详述。下面我们关键要介绍的是一个IP地址，还需要将其高位主机位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。  
下面总结一下有关子网掩码和网络划分常见的面试考题：  
(1）利用子网数来计算  
在求子网掩码之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目。  
(1) 将子网数目转化为二进制来表示;  
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；  
该二进制为五位数，N = 5  
(3) 取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置1即得出该IP地址划分子网的子网掩码。  
将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，每个子网内有主机700台：  
(1) 将主机数目转化为二进制来表示；  
700=1010111100  
(2) 如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为N，这里肯定 N<8。如果大于254，则 N>8，这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，然后从后向前的将N位全部置为 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，然后再从后向前将后 10位置0,即为：11111111.11111111.11111100.00000000，即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。  
3）还有一种题型，要你根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码。这也可按上述原则进行计算。  
比如一个子网有10台主机，那么对于这个子网需要的IP地址是：  
10＋1＋1＋1＝13  
注意：加的第一个1是指这个网络连接时所需的网关地址，接着的两个1分别是指网络地址和广播地址。  
因为13小于16（16等于2的4次方），所以主机位为4位。而256－16＝240，所以该子网掩码为255.255.255.240。  
如果一个子网有14台主机，不少人常犯的错误是：依然分配具有16个地址空间的子网，而忘记了给网关分配地址。这样就错误了，因为14＋1＋1＋1＝17，17大于16，所以我们只能分配具有32个地址（32等于2的5次方）空间的子网。这时子网掩码为：255.255.255.224。

**端口**

*  概念：在主机上唯一的标识一个进程 uint16\_t 0~65535  
    一个端口只能被一个进程占用，一个进程可以使用多个端口。  
    每条数据中都含有源端口，目的端口。

**五元组**  
用来标识一条通信  
![在这里插入图片描述][20190530110502332.png]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220126/d6884c734d4a4c38a4b3455a2aa71c7d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220126/33c270bf249b4aaab8e30b9605d99069.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220126/fb3c5d8a512e491ca33d3a5e59b85924.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNTAzMzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220126/eefa0d50a62043c5a9679d37aee0fb43.png
[20190530110502332.png]: /images/20220126/34de86d48abc4eb0ad1a5261d862c4dd.png