计算机网络技术第二章

网络体系结构和IP地址基础第二章本章学习目标开放系统互连参考模型OSIIP地址的分类特殊的IP地址Windows7操作系统IP地址的设置网络体系结构TCP/IP模型及相关协议2.1

网络体系结构的分层特性计算机网络体系结构是计算机网络理论和软件的核心，是计算机网络层次模型里各层次的结构与其协议的集合，这是个复杂的结构，而其中两台计算机之间的通信更是个复杂的流程，要解决这个问题一个简单的方法就是分层，将复杂的问题简单化，分层的好处还有各层间相互独立，某一层的变化不会影响其他层，相邻层之间的上下通信只需要提供接口就可以了。计算机网络层次结构的每层有属于该层的协议，两节点之间的对等层通信只要遵循该层同样的协议即可。所谓的计算机网络协议就是在开始彼此通信前，我们会建立共同的规则来管理会话。必须遵守这些规则（即协议），才能成功传递和理解消息。2.1 网络体系结构的分层特性网络体系结构的基本定义实体

在计算机通信中，任何接收和发送数据的硬件或者软件进程都可以称为实体，是计算机通信的基本元素。对等层

假设两个网络节点遵循同一网络体系结构，它们相互之间的成功通信是依靠在同一层里具有相同功能的实体完成，那么这里的同一层便是对等层。协议数据单元在网络分层体系结构中，每一层都建立属于该层的协议数据单元（PDU），包含了上层传递下来的协议数据和当前层的实体信息。协议数据单元在OSI不同的层里由于数据封装的结构不同，故有特定的称谓，例如在传输层里称为数据段，在网络层称为数据包，在链路层里称为数据帧。2.1 网络体系结构的分层特性网络体系结构的基本定义虚通信和实通信对于我们用户来说，只接触到应用层的程序，例如使用QQ发信息给朋友，对方也是通过QQ收到了信息，好像大家都只通过QQ这个程序就可以互相成功通信了，但实际上这只是个虚通信，真正的数据发送和接收都要编码成电信号或光信号，然后通过物理层的信道传输，这就是实通信服务

在网络分层结构里所谓服务的概念是指，下一层通过层与层之间的接口向上一层提供的一组功能。2.1 网络体系结构的分层特性计算机网络的层次模型除了物理介质上的通信是实通信外，两个网络节点之间的其它对等层的通信都是虚通信；对等层之间的成功通信必须使用同一协议；下一层为上一层提供服务。2.1 网络体系结构的分层特性计算机网络层次化体系结构一般都需要遵循以下原则：每一层的功能明确，且相互独立。上下层之间通过接口联系，接口的操作清晰简洁，某层变化不会影响到其他层。合适的分层数，层次过多，系统会变得复杂，层之间功能容易互相重叠。层次太少，则每层负担的功能太多，实现起来较困难，每层的协议也会变得过多。2.2开放系统互连参考模型OSI开放系统互连参考模型OSI设计初衷就是要打造一个开放的、标准化的计算机网络体系框架，各个厂商开发的产品不管是硬件或软件，只要大致上遵循这个框架的标准，都可以互相通信2.2开放系统互连参考模型OSI如上图，OSI标准化计算机网络体系结构定义了一个七层的模型，自上至下依次是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。根据此模型，我们可以试着描叙两个网络节点之间的数据发送和接收过程。网络节点A封装传输数据→传输介质实通信→网络节点B接受数据解封装2.2开放系统互连参考模型OSI封装过程上层数据LLC头+IP+TCP+上层数据MAC头IP+TCP+上层数据LLC头TCP+上层数据IP头上层数据TCP头0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层LLC头IP头FCSFCS2.2开放系统互连参考模型OSI解封装过程上层数据LLC头+IP+TCP+上层数据MAC头IP+TCP+上层数据LLC头TCP+上层数据IP头上层数据TCP头0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层2.3TCP/IP模型及相关协议TCP/IP模型比OSI要简洁，自上至下分四层，依次是：应用层、传输层、网际互连层和网络接口层2.3TCP/IP模型及相关协议OSI上三层应用层、表示层和会话层的功能被合并到了TCP/IP模型的应用层，同样下面的数据链路层和物理层也被合并到了TCP/IP模型的网络接口层里，虽然两个模型的层名称由所差别，但实际功能大致一样。TCP/IP协议是TCP/IP协议簇里的核心协议，是互联网最常用的网络协议，这从你的计算机网卡的本地连接属性里可以看到，除了这两者外，协议簇里还有一些常用的网络协议2.3TCP/IP模型及相关协议应用层HTTP：超文本传输协议，是一种检索和发布Web服务器网页的协议FTP：文件传输协议，是一种用于客户端/服务器模式进行文件传输的协议DNS：域名解析服务协议Telnet：远程终端登录协议SMTP：简单邮件传输协议DHCP：动态主机配置协议2.3TCP/IP模型及相关协议传输层

TCP：传输控制协议，是一种面向连接的协议，依靠三次握手和确认重传机制来提供端对端可靠的传输服务，也因此产生额外传输开销。2.UDP：用户数据报协议，是一种简单的无连接协议，采用“尽力而为”的传输机制，尽管减低了传输开销，但无法确保数据能准确传送给对方。2.3TCP/IP模型及相关协议网际互连层

IP：网络互连协议ARP：地址转换协议RARP：逆向地址转换协议ICMP：网际控制信息协议2.3TCP/IP模型及相关协议网络接口层网络接口层对应OSI的数据链路层和物理层，所以包含众多的数据链路层和物理层的协议，比如SLIP、PPP和X.25、以太网等，但由于该层实际上并不属于TCP/IP协议模型的一部分，只是TCP/IP协议簇与各种物理传输介质的接口2.5IP地址IP协议一个重要作用就是解决了网络上的主机地址标识问题，所以称之为IP地址，由于目前使用的IP协议版本是第4版本，又称为IPV4地址32位二进制的IPV4地址转成点分十进制表示法2.5IP地址网络上根据IP地址的寻址过程也是相似的，首先找到具体的网络，再在这个网络上找到特定的主机，这个具体的网络称为IP地址的网络号，网络上特定的主机就是IP地址的主机号，也就是说IP地址由两部分组成，网络号+主机号2.5IP地址IP地址的分类为了避免IP地址的浪费，要根据不同的机构实际需要的地址数量进行分配，因此为适应不同网络规模而对IP地址进行了分类分类地址范围A——55B——55C——55D——55E——552.5IP地址A类地址每个网络里包含主机地址的数量可以从主机号的位数计算出来，主机号的位数为24位，这24位二进制数字每一次的变化代表一个主机地址的话，那么A类地址每个网络的主机地址的数量就是224-2（二进制数为全0和全1不可用作主机地址），这样一个A类地址适合分配给一个大型规模的包含16777214台主机的网络。B类地址的网络数量为214个，而B类地址每个网络里包含的主机地址数量为216-2个2.5IP地址特殊的IP地址全网地址：IP地址为的地址，代表全部的网络网络地址：主机号全为0的地址，代表本网络，例如这个地址就代表172.16这个网络全网广播地址：和全网地址相反，是一个32位二进制数全为1的地址，也就是55，这个地址在所有网络里都是一个广播地址本网广播地址：主机号全为1的地址，代表本网络内的所有主机，例如55这个地址代表172.16网络里所有主机2.5IP地址特殊的IP地址私有地址：不在公网（internet）上使用的IP地址，只提供给私有网络的内部主机使用，这样的地址有—55，—55，—55。环回测试地址：为—55的这段地址，主要用来测试主机自身的网卡或IP协议是否工作正常链路本地地址：为—55的这段地址，主要用来当网络上的主机启动之后，无法获得正确的IP地址，操作系统自动将这段地址其中一个分配给主机使用2.5IP地址子网掩码上面提到的将IP地址进行分类是一种传统的、机械的IP地址分配方法，已不适应现代计算机网络的发展，例如某个机构的网络主机数量介于B类地址和C类地址之间，那应该分配多个C类地址还是一个B类地址？无法哪种分配方法都可能造成IP地址的浪费，由此提出了子网掩码这个概念，使得IP地址的分配更具灵活性，更能适应实际的网络情况。2.6IPV6简介随着IPV4的地址资源日渐枯竭，IPV6已经逐步投入使用，IPV