計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念與分類

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制下，通過通信設(shè)備和線路將分布在不同地理位置，且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)通信和資源共享的系統(tǒng)。

• 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中至少擁有兩臺以上的計(jì)算機(jī)。
• 傳輸媒體和通信設(shè)備把若干臺計(jì)算機(jī)連接到了一起。
• 為需要網(wǎng)絡(luò)軟件，含操作系統(tǒng)。
• 為了正確地通信，需要有一個(gè)共同遵守的約定——通信協(xié)議。
• 把多臺計(jì)算機(jī)連接在一起，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，是為了通信和資源共享。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史

• 第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：面向終端的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)

1946年產(chǎn)生第一臺數(shù)字計(jì)算機(jī)

1954年收發(fā)器終端的產(chǎn)生

20C60年代初，產(chǎn)生由多重線路控制器參與組成的網(wǎng)絡(luò)。

這種網(wǎng)絡(luò)中，終端設(shè)備沒有獨(dú)立處理能力，可以傳輸資料，不能共享資源。

• 第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

1964 年，Baran 提出存儲轉(zhuǎn)發(fā)概念

1966 年，David 提出分組概念

1969 年，計(jì)算機(jī)分組交換網(wǎng) ARPANET（ARPA：Advanced Research Projects Agency 美國國防部高級研究計(jì)劃署）投入運(yùn)行。

1、網(wǎng)絡(luò)屬于同構(gòu)網(wǎng)。

2、網(wǎng)絡(luò)仍主要用于傳輸信息，對網(wǎng)絡(luò)缺乏統(tǒng)一管理。

• 第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)

1977 年 ISO（International Standard Organization，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）提出 OSI模型（Open System Interconnection，開放系統(tǒng)互聯(lián)模型）。此種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了不同類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)，遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)，具有統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)，以資源共享為主要目的。

• 第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：新一代網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)正迅速地朝著高速化、實(shí)時(shí)化、智能化、集成化和多媒體化的方向不斷深入。逐步將電信網(wǎng)、有線電視、和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)融合，三網(wǎng)合一。

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

根據(jù)覆蓋地理范圍劃分

• 局域網(wǎng) LAN：方圓幾千米以內(nèi)。
• 城域網(wǎng) MAN
• 廣域網(wǎng) WAN：幾十千米到幾百千米。
• Internet 因特網(wǎng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)

為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分層設(shè)計(jì)。每一層只關(guān)心自己層的設(shè)計(jì)。

2 協(xié)議

為了使數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)上從源傳遞到目的地，網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備需要“講”相同的“語言”，描述網(wǎng)絡(luò)通信中“語言”規(guī)范的一組規(guī)則就是協(xié)議。

協(xié)議是指網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)在通信時(shí)對傳送信息的理解、信息表示的形式及各種應(yīng)答信號所應(yīng)遵循的共同約定。

3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)/網(wǎng)絡(luò)模型

3.1 分類

ISO/OSI 模型：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/開放系統(tǒng)互聯(lián)模型

TCP/IP 模型：TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，因特網(wǎng)中實(shí)際采用的標(biāo)準(zhǔn)，TCP/IP 是 ARPANET 為了實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)的互聯(lián)，在對網(wǎng)間網(wǎng)的研究和應(yīng)用中產(chǎn)生的是由很多協(xié)議構(gòu)成的一個(gè)協(xié)議族。

3.2 ISO/OSI 模型

3.2.1 ISO/OSI 模型分為 7 層

3.2.2 數(shù)據(jù)封裝

3.2.3 各層工作的物理設(shè)備

• 物理層

網(wǎng)卡

集線器

• 數(shù)據(jù)鏈路層

交換機(jī)

• 網(wǎng)絡(luò)層

路由器

• 傳輸層

防火墻

• 應(yīng)用層

服務(wù)器

3.3 TCP/IP 模型

實(shí)際應(yīng)用中，完全遵從 OSI 參考模型的協(xié)議幾乎沒有。

TCP/IP，20 世紀(jì) 70 年代，美國國防部高級研究計(jì)劃署開發(fā)。最早在 ARPANET 上實(shí)現(xiàn)，目的在于解決異構(gòu)系統(tǒng)的通信問題。

3.3.1 TCP/IP 分為 4 層

3.3.2 TCP/IP 各層協(xié)議

3.3.3 IP 協(xié)議

IP (Internet Protocol)譯為網(wǎng)際協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

• 對數(shù)據(jù)包尋址和路由，并從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

IP 協(xié)議在每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包前加入一個(gè)控制信息，其中包含了源主機(jī)的 IP 地址、目的主機(jī)的 IP 地址和其他一些信息。

• 分割和重組在傳輸層被分割的數(shù)據(jù)包。

由于數(shù)據(jù)包要從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)所支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的大小不相同時(shí)，IP 協(xié)議就要在發(fā)送端將數(shù)據(jù)包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息進(jìn)行傳輸。當(dāng)接收端接收到數(shù)據(jù)包后，IP 協(xié)議將所有的片段重新組合形成原始的數(shù)據(jù)。

• 無連接傳遞數(shù)據(jù)。

無連接是指主機(jī)之間不建立用于可靠通信的端到端的連接，源主機(jī)只是簡單地將 IP 數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，而數(shù)據(jù)包可能會(huì)丟失、重復(fù)、延遲時(shí)間大或者 IP 包的次序會(huì)混亂。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，就必須依靠高層的協(xié)議或應(yīng)用程序，如傳輸層的TCP 協(xié)議。

3.3.4 ICMP 協(xié)議

ICMP（Internet Control Message Protocol）譯為互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議，主要用于偵測遠(yuǎn)端主機(jī)是否存在、建立及維護(hù)路由資料、重導(dǎo)資料傳送路徑、資料流量控制。

ping 命令：探測能否連通指定計(jì)算機(jī)

連接建立成功

TTL 是 Time To Live 的縮寫，該字段指定 IP 包被路由器丟棄之前允許通過的最大網(wǎng)段數(shù)量。TTL 是 IPv4 包頭的一個(gè) 8bit 字段

目標(biāo)主機(jī)不可達(dá)：Destination host unreachable.

請求時(shí)間超時(shí)：Request timed out.

未知主機(jī)名：Unknown host abc.

tracert：跟蹤路由器

3.3.5 ARP 協(xié)議

ARP（Address Resolution Protocol）譯為地址解析協(xié)議，用于將 IP 地址轉(zhuǎn)換為 MAC 地址。

MAC(Media Access Control)地址，或稱硬件位址/機(jī)器地址/物理地址用來定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置，代表網(wǎng)絡(luò)中的唯一一臺計(jì)算機(jī)。

MAC 地址由 48 比特長，0 到 23 位是廠商向 IETF 等機(jī)構(gòu)申請用來標(biāo)識廠商的代碼。地址的 24 到 47 位由廠商自行分派，是各個(gè)廠商制造的所有網(wǎng)卡的一個(gè)唯一編號。常用 12 位的 16 進(jìn)制數(shù)字組成。

ipconfig /all 或 getmac /v 可以查看 MAC 地址

3.3.6 UDP 與 TCP 協(xié)議

二者都屬于傳輸層協(xié)議。

• UDP 協(xié)議（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）

屬于傳輸層協(xié)議。

無連接。

不可靠。

可靠性由上層協(xié)議保證。

• TCP 協(xié)議

面向連接，支持端到端通信。

進(jìn)行無差錯(cuò)控制，傳輸是可靠的。

進(jìn)行必要流量控制，避免發(fā)包過快而導(dǎo)致阻塞。

• TCP 的連接：三次握手

3.3.7 應(yīng)用層協(xié)議

• FTP（File Transfer Protocol）

文件傳輸協(xié)議

用于上傳文件和下載文件

• HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）

超文本傳輸協(xié)議

用于訪問網(wǎng)站

• https（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer）

安全的超文本傳輸協(xié)議

• Telnet 遠(yuǎn)程協(xié)議

用于遠(yuǎn)程連接計(jì)算機(jī)

• SMTP（Simple Mail Transmission Protocol）

簡單郵件傳輸協(xié)議

用于發(fā)送郵件

• POP3（Post Office Protocol version 3）

郵局協(xié)議版本 3

用于收郵件

• DNS（Domain Name System）

域名系統(tǒng)

用于將域名解析為 IP 地址、將 IP 地址解析為域名

• DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）

動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議

用于自動(dòng)分配 IP 地址

3.4 端口

端口號用來標(biāo)識同一時(shí)間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)的不同連接。

• 端口號范圍：0~65535

應(yīng)用層知名服務(wù)：0~255

各個(gè)廠商：256~1023

未被分配：>1023

• 查端口號

IP 地址

1 IP 地址的含義

用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通信實(shí)體(計(jì)算機(jī)，設(shè)備等)的數(shù)字編號。

2 IP 地址的特點(diǎn)

二進(jìn)制形式共 32 位，每個(gè) IP 地址被分成四組，每組 8 位二進(jìn)制數(shù)。一般用十進(jìn)制數(shù)填寫和使用，用句點(diǎn)隔開，稱為點(diǎn)分十進(jìn)制，每組數(shù)字的大小范圍為 0-255。

如：10000011 01101011 00000011 00010001點(diǎn)分十進(jìn)制形式：131.107.3.17

IP 地址包含網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。公網(wǎng)上的 IP 不能重復(fù)，同一局域網(wǎng)內(nèi)的 IP 也不能重復(fù)。

3 IP 地址的分類

3.1 IP 地址的分類

分為 5 個(gè)不同的地址類別，其中 A、B、C 三類最為常用，D 類地址用作組播，E 類地址保留未用。

網(wǎng)絡(luò)號不允許全 0，主機(jī)號不允許全 0、全 1（指二進(jìn)制形式）

主機(jī)號全 0：表示子網(wǎng)或本網(wǎng)，常用于路由中。不能在公網(wǎng)上分配和出現(xiàn)

主機(jī)號全 1：表示廣播地址，發(fā)送到地址全 1 的主機(jī)，表示信息發(fā)送給本網(wǎng)中的所有主機(jī)。不能在公網(wǎng)上分配和出現(xiàn)。

3.2 特殊 IP 地址

也稱為專用 IP 地址、保留地址，只限內(nèi)網(wǎng)使用，也不會(huì)出現(xiàn)于公網(wǎng)。

• A 類

10.*.*.*

127.*.*.*表示回環(huán)地址(loopback)或環(huán)路測試 IP，localhost。

• B 類

172.16.*.*~172.31.*.

169.254.*.*表示自私有 IP 地址。

• C 類

192.168.0.*~192.168.255.*

子網(wǎng)掩碼

1 子網(wǎng)掩碼的特點(diǎn)

共 32 位二進(jìn)制，由連續(xù)的“1”和連續(xù)的“0”組成，左邊向右全是 1，右邊向左全是 0。

• 標(biāo)準(zhǔn)長度的子網(wǎng)掩碼

• 可變長的子網(wǎng)掩碼

2 子網(wǎng)掩碼的應(yīng)用

用來表征 IP 地址所處的網(wǎng)絡(luò)位置，進(jìn)而用于判斷下列兩臺主機(jī)間能否連通。

• 判斷步驟

將 IP 地址和子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

將 IP 地址和子網(wǎng)掩碼按位進(jìn)行與運(yùn)算

得出子網(wǎng)號，判斷是否相等：網(wǎng)號相同，則可以相互連通，否則不能連通

• 案例

設(shè)置和測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

1 設(shè)置 TCP/IP 參數(shù)

如何獲得 IP 地址

• 手動(dòng)設(shè)置 IP 地址
• 自動(dòng)設(shè)置 IP 地址

DHCP

169.254.x.y

2 檢查 TCP/IP 設(shè)置是否正確

• IP 地址發(fā)生沖突

利用“網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤”對話框

• 通過“本地連接”對話框的“詳細(xì)信息”檢查
• 利用 ipconfig 命令