计算机网络基础

计算机网络基础一、OSI模型OSI（OpenSystemInterconnect）开放式系统互联。一般都叫OSI参考模型，ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互联模型。

最早的时候网络刚刚出现的时候，很多大型的公司都拥有了网络技术，公司内部计算机可以相互连接。可以却不能与其它公司连接。因为没有一个统一的规范。计算机之间相互传输的信息对方不能理解。所以不能互联。

ISO为了更好的使网络应用更为普及，就推出了OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范，就能互联了。第7层应用层—直接对应用程序提供服务，应用程序可以

变化，但要包括电子消息传输第6层表示层—格式化数据，以便为应用程序提供通用接

口。这可以包括加密服务第5层会话层—在两个节点之间建立端连接。此服务包括

建立连接是以全双工还是以半双工的方式进行设置，尽管可以在层4中处理双工方式第4层传输层—常规数据递送－面向连接或无连接。包括

全双工或半双工、流控制和错误恢复服务第3层网络层—本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，

它包括通过互连网络来路由和中继数据第2层数据链路层—在此层将数据分帧，并处理流控制。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址第1层物理层—原始比特流的传输，电子信号传输和硬件接口数据发送时，从第七层传到第一层，接受方则相反。

上三层总称应用层，用来控制软件方面。

下四层总称数据流层，用来管理硬件。

数据在发至数据流层的时候将被拆分。OSI模型用途相当广泛。比如交换机、集线器、路由器等很多网络设备的设计都是参照OSI模型设计的。

1.什么中TCP/IP?TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写，中文译名为传输控制协议/互联网络协议）协议是Internet最基本的协议，简单地说，就是由底层的IP协议和TCP协议组成的。二、TCP/IP协议

背景在Internet没有形成之前，各个地方已经建立了很多小型的网络，称为局域网，Internet的中文意义是“网际网”，它实际上就是将全球各地的局域网连接起来而形成的一个“网之间的网（即网际网）”。然而，在连接之前的各式各样的局域网却存在不同的网络结构和数据传输规则，将这些小网连接起来后各网之间要通过什么样的规则来传输数据呢？这就象世界上有很多个国家，各个国家的人说各自的语言，世界上任意两个人要怎样才能互相沟通呢？如果全世界的人都能够说同一种语言（即世界语），这个问题不就解决了吗？TCP/IP协议正是Internet上的“世界语”。

TCP/IP协议的开发工作始于70年代，是用于互联网的第一套协议。

2.TCP/IP整体构架概述TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为：

应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、SerialLine等）来传送数据。

基于4层的TCP/IP协议栈基本描述基于5层的TCP/IP协议栈基本描述

3.TCP/IP中的协议(1).IP:网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。

(2).TCP

如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。(3).UDP

UDP与TCP位于同一层，但对于数据包的顺序错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询---应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网落时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。(4).ICMP

ICMP与IP位于同一层，它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机通向其他系统的更准确的路径，而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外，如果路径不可用了，ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。PING是最常用的基于ICMP的服务。

(5).TCP和UDP的端口结构

TCP和UDP服务通常有一个客户/服务器的关系，例如，一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。用户使用Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。因而，这个连接是双工的，可以用来进行读写。三、网络连接设备

1、网卡网卡也叫网络适配器，每一台接入局域网的计算机，不管是服务器还是工作站都要在它的扩展槽中插入一块网卡，通过网卡上的电缆插头与电缆相连接。因此网卡是构成计算机局域网最主要的连接设备。2、

中继器中继器用来连接网段干线电缆、扩大传输距离。中继器将一段电缆上收到的信号放大增强后，发送到另一段电缆上。中继器工作在OSI（OpenSystemInterconnection）的物理层,无论高层采用什么协议均与中继器无关。中继器只起信号的放大和整形作用，没有逻辑判断和处理能力。3、集线器（HUB）集线器是网络的中心单元，它相当于一个多口的中继器，其上有若干个连接双绞线的端口和1-2个连接同轴电缆的端口。4、交换机集线器是工作在带宽共享方式下的，多台计算机通过各个端口连接到集线器上时，它们只能共享一个信道的带宽；而交换机是模拟用网桥连接各个网络的方式工作。5、网桥网桥是一种存储转发设备，主要用于将两个独立的（可以是同类的也可以是异类的）局域网连接起来构成一个逻辑上独立的局域网。但它是在数据链路层连接两个网。6、路由器适合于连接复杂的大型网络,它工作于网络层，路由器负责将数据从源结点传送到目的结点，并有选择最佳传送路径的功能。路由器被称为网络的枢纽和“交通警察”。路由器的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一。7、网关（Gateway）

是一种复杂的网络连结设备，它工作在OSI的高三层（会话层、表示层和应用层），它用于连接网络层之上执行不同?的子网，组成异构的互连网。网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能。例如使用Netware的PC工作站和SNA网络互连，两者不仅硬件不同，而且整个数据结构和使用的协议都不同，为了实现异构设备之间的通信，网关要对不同的传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和变换。网关的工作实际上是在一台计算机内运行一个转换软件。

四、IP地址

1.IP地址的基本概念IP地址是32位的二进制数值，用于在TCP/IP通讯协议中标记每台计算机的地址。通常我们使用点式十进制来表示，如等。也就是说IP地址有两种表示形式：二进制和点式十进制，一个32位IP地址的二进制是由4个8位域组成。即11000000101010000000000100000110（）。IP地址=网络号+主机号每个IP地址又可分为两部分。即网络号部分和主机号部分：网络号表示其所属的网络段编号，主机号则表示该网段中该主机的地址编号。按照网络规模的大小，IP地址可以分为A、B、C、D、E五类，其中A、B、C类是三种主要的类型地址，D类专供多目传送用的多目地址，E类用于扩展备用地址。A、B、C三类IP地址有效范围如下表1所示：需要再次指出的是，多接口主机具有多个IP地址，其中每个接口都对应一个IP地址。区分各类地址的最简单方法是看它的第一个十进制整数。图1-6列出了各类地址的起止范围，其中第一个十进制整数用加黑字体表示。

类型范围A~55B~55C~55D不反映网络的大小，只是用于组播E-54,用于试验。2.几个特殊的IP地址

1）私有地址

上面提到IP地址在全世界范围内唯一，看到这句话你可能有这样的疑问，像这样的地址在许多地方都能看到，并不唯一，这是为何？Internet管理委员会规定如下地址段为私有地址，私有地址可以自己组网时用，但不能在Internet网上用，Internet网没有这些地址的路由，有这些地址的计算机要上网必须转换成为合法的IP地址,也称为公网地址。下面是A、B、C类网络中的私有地址段。你自己组网时就可以用这些地址了。

～55

～55

～55

2）回送地址

A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopbackaddress）。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。含网络号127的分组不能出现在任何网络上。

小技巧：

Ping,如果反馈信息失败,说明IP协议栈有错,必须重新安装TCP/IP协议。如果成功,ping本机IP地址,如果反馈信息失败,说明你的网卡不能和IP协议栈进行通信。

如果网卡没接网线，用本机的一些服务如SqlServer、IIS等就可以用这个地址。

3）广播地址

TCP/IP规定，主机号全为“1”的网络地址用于广播之用，叫做广播地址。所谓广播，指同时向同一子网所有主机发送报文。

4）网络地址

TCP/IP协议规定，各位全为“0”的网络号被解释成“本”网络。由上可以看出：一、含网络号127的分组不能出现在任何网络上；二、主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。由以上规定可以看出，主机号全“0”全“1”的地址在TCP/IP协议中有特殊含义，一般不能用作一台主机的有效地址。

3.子网掩码子网掩码的作用就是和IP地址“与”运算后得出网络地址，子网掩码也是32位，并且是一串1后跟随一串0组成，其中1表示在IP地址中的网络号对应的位数，而0表示在IP地址中主机对应的位数。例如，11111111

11111111

11111111

00000000中，前三个字节全1，代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址；后一个字节全0，代表对应IP地址中最后的一个字节为主机地址。这种位模式叫做“子网掩码”。

1）标准子网掩码

A类网络（1-126）缺省子网掩码255·0·0·0

，换算成二进制为11111111·00000000·00000000·00000000，

可以清楚地看出前8位是网络地址，后24位是主机地址，也就是说，如果用的是标准子网掩码，看第一段地址即可看出是不是同一网络的。如.1和，第一段为21属于A类，如果用的是默认的子网掩码，那这两个地址就是一个网段的。同理可得出：

B类网络（128-191）缺省子网掩码255·255·0·0

C类网络（192-223）缺省子网掩码255·255·255·0

子网掩码与IP地址子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络号和主机号例如：有一个C类地址为：

192．9．200．13其缺省的子网掩码为：

255．255．255．0则它的网络号和主机号可按如下方法得到：

①将IP地址192．9．200．13转换为二进制11000000

00001001

11001000

00001101

②将子网掩码255．255．255．0转换为二进制11111111

11111111

11111111

00000000

③将两个二进制数逻辑与（AND）运算后得出的结果即为网络部分11000000

00001001

11001000

00001101

AND

11111111

11111111

11111111

00000000

11000000

00001001

11001000

00000000结果为，即网络号为。④将子网掩码取反再与IP地址逻辑与（AND）后得到的结果即为主机部分11000000

00001001

11001000

00001101

AND

00000000

00000000

00000000

11111111

00000000

00000000

00000000

00001101结果为3，即主机号为13。

确定子网掩码数1、将要划分的子网数目转换为2的m次方。如要分8个子网，8=2m，所以m=32、将上一步确定的幂m按高序占用主机地址m位后转换为十进制。如m为3

则是11100000，转换为十进制为224，即为最终确定的子网掩码。如果是C类网，则子网掩码为24；如果是B类网，则子网掩码为；如果是A类网，则子网掩码为。在这里，子网个数与占用主机地址位数有如下等式成立：2m=n。其中，m表示占用主机地址的位数；n表示划分的子网个数。例如将一个C类网络分成4个子网。若我们用的网络号为192．9．200，则该C类网内的主机IP地址就是～54（因为全“0”和全“1”的主机地址有特殊含义，不作为有效的IP地址），现将网络划分为4个部分，按照以上步骤：

4=22，取幂2，对应的二进制为11，占用主机地址的高序位即为11000000，转换为十进制为192。这样就可确定该子网掩码为：92，4个子网的IP地址范围分别为：①

11000000

00001001

11001000

00000001~

11000000

00001001

11001000

00111110

，即192．9．200．1

~192．9．200．62

②

11000000

00001001

11001000

01000001~11000000

00001001

11001000

01111110

，即192．9．200．65~192．9．200．126

③

11000000

00001001

11001000

10000001

~11000000

00001001

11001000

10111110

,即192．9．200．129

～92．9．200．190

④

11000000

00001001

11001000

11000001~

11000000

00001001

11001000

11111110

,即192．9．200．193~192．9．200．254

在此列出A、B、C三类网络子网数目与子网掩码的转换表，以供参考。A类：

子网数目

占用位数子网掩码子网中主机数

21255．128．0．08,388,606

42255．192．0．04,194,302

83255．224．0．02,097,150

16

4255．240．0．01,048,574

32

5255．248．0．0524,286

64

6255．252．0．0262,142

1287255．254．0．0131,070

1288255．255．0．065,534

B类：

子网数目

占用位子网掩码子网中主机数

21255．255．128．032,766

42255．255．192．016,382

83255．255．224．08,190

16

4255．255．240．04,094

32

5255．255．248．02,046

64

6255．255．252．01,022

1287255．255．254．0510

2568255．255．255．0254

C类：

子网数目

占用位数子网掩码子网中主机数

21255．255．255．128126

42255．255．255．19262

83255．255．255．22430

16

4255．255．255．24014

32

5255．255．255．2486

64

6255．255．255．2522

小结(一)(1)将IP地址与子网掩码转换成二进制(2)将二进制形式的IP地址与子网掩码做“与”运算，将答案化为十进制便得到网络地址。(3)将二进制形式的IP地址与取反后的子网掩码做“与”运算，将答案化为十进制便得到主机地址。小结(二)知道ip地址和子网掩码后可以算出：

1、网络地址

2、广播地址

3、地址范围

4、本网有几台主机

例1：下面例子IP地址为192·168·100·5子网掩码是255·255·255·0。算出网络地址、广播地址、地址范围、主机数。

一）分步骤计算

1）将IP地址和子网掩码换算为二进制，子网掩码连续全1的是网络地址，后面的是主机地址。虚线前为网络地址，虚线后为主机地址

2）IP地址和子网掩码进行与运算，结果是网络地址

3）将上面的网络地址中的网络地址部分不变，主机地址变为全1，结果就是广播地址。

4）地址范围就是含在本网段内的所有主机网络地址+1即为第一个主机地址，广播地址-1即为最后一个主机地址，由此可以看出

地址范围是：网络地址+1至广播地址-1

本例的网络范围是：192·168·100·1至192·168·100·254

也就是说下面的地址都是一个网段的。

192·168·100·1、192·168·100·2…192·168·100·20…192·168·100·111…192·168·100·2545）主机的数量

主机的数量=2二进制的主机位数-2

减2是因为主机不包括网络地址和广播地址。本例二进制的主机位数是8位。

主机的数量=28-2=254

练习1、已知某主机的IP地址为：00，子网掩码为：92，请推导出：A、该主机所在的网络地址：B、网络内允许的最大主机数：

C、网络内主机IP地址的范围：

92

6293-542、一个IP地址VLSM表示的方法为00/27，则此IP地址的子网掩码为