計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)一、OSI模型OSI（OpenSystemInterconnect）開放式系統(tǒng)互聯(lián)。一般都叫OSI參考模型，ISO（國際標準化組織）組織在1985年研究的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型。

最早的時候網(wǎng)絡(luò)剛剛出現(xiàn)的時候，很多大型的公司都擁有了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，公司內(nèi)部計算機可以相互連接?？梢詤s不能與其它公司連接。因為沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范。計算機之間相互傳輸?shù)男畔Ψ讲荒芾斫?。所以不能互?lián)。

ISO為了更好的使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更為普及，就推出了OSI參考模型。其含義就是推薦所有公司使用這個規(guī)范來控制網(wǎng)絡(luò)。這樣所有公司都有相同的規(guī)范，就能互聯(lián)了。第7層應(yīng)用層—直接對應(yīng)用程序提供服務(wù)，應(yīng)用程序可以

變化，但要包括電子消息傳輸?shù)?層表示層—格式化數(shù)據(jù)，以便為應(yīng)用程序提供通用接

口。這可以包括加密服務(wù)第5層會話層—在兩個節(jié)點之間建立端連接。此服務(wù)包括

建立連接是以全雙工還是以半雙工的方式進行設(shè)置，盡管可以在層4中處理雙工方式第4層傳輸層—常規(guī)數(shù)據(jù)遞送－面向連接或無連接。包括

全雙工或半雙工、流控制和錯誤恢復(fù)服務(wù)第3層網(wǎng)絡(luò)層—本層通過尋址來建立兩個節(jié)點之間的連接，

它包括通過互連網(wǎng)絡(luò)來路由和中繼數(shù)據(jù)第2層數(shù)據(jù)鏈路層—在此層將數(shù)據(jù)分幀，并處理流控制。本層指定拓撲結(jié)構(gòu)并提供硬件尋址第1層物理層—原始比特流的傳輸，電子信號傳輸和硬件接口數(shù)據(jù)發(fā)送時，從第七層傳到第一層，接受方則相反。

上三層總稱應(yīng)用層，用來控制軟件方面。

下四層總稱數(shù)據(jù)流層，用來管理硬件。

數(shù)據(jù)在發(fā)至數(shù)據(jù)流層的時候?qū)⒈徊鸱?。OSI模型用途相當廣泛。比如交換機、集線器、路由器等很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計都是參照OSI模型設(shè)計的。

1.什么中TCP/IP?TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的簡寫，中文譯名為傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）協(xié)議是Internet最基本的協(xié)議，簡單地說，就是由底層的IP協(xié)議和TCP協(xié)議組成的。二、TCP/IP協(xié)議

背景在Internet沒有形成之前，各個地方已經(jīng)建立了很多小型的網(wǎng)絡(luò)，稱為局域網(wǎng)，Internet的中文意義是“網(wǎng)際網(wǎng)”，它實際上就是將全球各地的局域網(wǎng)連接起來而形成的一個“網(wǎng)之間的網(wǎng)（即網(wǎng)際網(wǎng)）”。然而，在連接之前的各式各樣的局域網(wǎng)卻存在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則，將這些小網(wǎng)連接起來后各網(wǎng)之間要通過什么樣的規(guī)則來傳輸數(shù)據(jù)呢？這就象世界上有很多個國家，各個國家的人說各自的語言，世界上任意兩個人要怎樣才能互相溝通呢？如果全世界的人都能夠說同一種語言（即世界語），這個問題不就解決了嗎？TCP/IP協(xié)議正是Internet上的“世界語”。

TCP/IP協(xié)議的開發(fā)工作始于70年代，是用于互聯(lián)網(wǎng)的第一套協(xié)議。

2.TCP/IP整體構(gòu)架概述TCP/IP協(xié)議并不完全符合OSI的七層參考模型。傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)互連參考模型，是一種通信協(xié)議的7層抽象的參考模型,其中每一層執(zhí)行某一特定任務(wù)。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這7層是:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)路層、傳輸層、話路層、表示層和應(yīng)用層。而TCP/IP通訊協(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。這4層分別為：

應(yīng)用層：應(yīng)用程序間溝通的層，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、網(wǎng)絡(luò)遠程訪問協(xié)議（Telnet）等。

傳輸層：在此層中，它提供了節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，如傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）等，TCP和UDP給數(shù)據(jù)包加入傳輸數(shù)據(jù)并把它傳輸?shù)较乱粚又?，這一層負責(zé)傳送數(shù)據(jù)，并且確定數(shù)據(jù)已被送達并接收?；ミB網(wǎng)絡(luò)層：負責(zé)提供基本的數(shù)據(jù)封包傳送功能，讓每一塊數(shù)據(jù)包都能夠到達目的主機（但不檢查是否被正確接收），如網(wǎng)際協(xié)議（IP）。

網(wǎng)絡(luò)接口層：對實際的網(wǎng)絡(luò)媒體的管理，定義如何使用實際網(wǎng)絡(luò)（如Ethernet、SerialLine等）來傳送數(shù)據(jù)。

基于4層的TCP/IP協(xié)議?；久枋龌?層的TCP/IP協(xié)議棧基本描述

3.TCP/IP中的協(xié)議(1).IP:網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP的心臟，也是網(wǎng)絡(luò)層中最重要的協(xié)議。IP層接收由更低層（網(wǎng)絡(luò)接口層例如以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動程序）發(fā)來的數(shù)據(jù)包，并把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到更高層---TCP或UDP層；相反，IP層也把從TCP或UDP層接收來的數(shù)據(jù)包傳送到更低層。

(2).TCP

如果IP數(shù)據(jù)包中有已經(jīng)封好的TCP數(shù)據(jù)包，那么IP將把它們向‘上’傳送到TCP層。TCP將包排序并進行錯誤檢查，同時實現(xiàn)虛電路間的連接。TCP數(shù)據(jù)包中包括序號和確認，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。(3).UDP

UDP與TCP位于同一層，但對于數(shù)據(jù)包的順序錯誤或重發(fā)。因此，UDP不被應(yīng)用于那些使用虛電路的面向連接的服務(wù)，UDP主要用于那些面向查詢---應(yīng)答的服務(wù)，例如NFS。相對于FTP或Telnet，這些服務(wù)需要交換的信息量較小。使用UDP的服務(wù)包括NTP（網(wǎng)落時間協(xié)議）和DNS（DNS也使用TCP）。(4).ICMP

ICMP與IP位于同一層，它被用來傳送IP的的控制信息。它主要是用來提供有關(guān)通向目的地址的路徑信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主機通向其他系統(tǒng)的更準確的路徑，而‘Unreachable’信息則指出路徑有問題。另外，如果路徑不可用了，ICMP可以使TCP連接‘體面地’終止。PING是最常用的基于ICMP的服務(wù)。

(5).TCP和UDP的端口結(jié)構(gòu)

TCP和UDP服務(wù)通常有一個客戶/服務(wù)器的關(guān)系，例如，一個Telnet服務(wù)進程開始在系統(tǒng)上處于空閑狀態(tài)，等待著連接。用戶使用Telnet客戶程序與服務(wù)進程建立一個連接?？蛻舫绦蛳蚍?wù)進程寫入信息，服務(wù)進程讀出信息并發(fā)出響應(yīng)，客戶程序讀出響應(yīng)并向用戶報告。因而，這個連接是雙工的，可以用來進行讀寫。三、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

1、網(wǎng)卡網(wǎng)卡也叫網(wǎng)絡(luò)適配器，每一臺接入局域網(wǎng)的計算機，不管是服務(wù)器還是工作站都要在它的擴展槽中插入一塊網(wǎng)卡，通過網(wǎng)卡上的電纜插頭與電纜相連接。因此網(wǎng)卡是構(gòu)成計算機局域網(wǎng)最主要的連接設(shè)備。2、

中繼器中繼器用來連接網(wǎng)段干線電纜、擴大傳輸距離。中繼器將一段電纜上收到的信號放大增強后，發(fā)送到另一段電纜上。中繼器工作在OSI（OpenSystemInterconnection）的物理層,無論高層采用什么協(xié)議均與中繼器無關(guān)。中繼器只起信號的放大和整形作用，沒有邏輯判斷和處理能力。3、集線器（HUB）集線器是網(wǎng)絡(luò)的中心單元，它相當于一個多口的中繼器，其上有若干個連接雙絞線的端口和1-2個連接同軸電纜的端口。4、交換機集線器是工作在帶寬共享方式下的，多臺計算機通過各個端口連接到集線器上時，它們只能共享一個信道的帶寬；而交換機是模擬用網(wǎng)橋連接各個網(wǎng)絡(luò)的方式工作。5、網(wǎng)橋網(wǎng)橋是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，主要用于將兩個獨立的（可以是同類的也可以是異類的）局域網(wǎng)連接起來構(gòu)成一個邏輯上獨立的局域網(wǎng)。但它是在數(shù)據(jù)鏈路層連接兩個網(wǎng)。6、路由器適合于連接復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò),它工作于網(wǎng)絡(luò)層，路由器負責(zé)將數(shù)據(jù)從源結(jié)點傳送到目的結(jié)點，并有選擇最佳傳送路徑的功能。路由器被稱為網(wǎng)絡(luò)的樞紐和“交通警察”。路由器的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一。7、網(wǎng)關(guān)（Gateway）

是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連結(jié)設(shè)備，它工作在OSI的高三層（會話層、表示層和應(yīng)用層），它用于連接網(wǎng)絡(luò)層之上執(zhí)行不同?的子網(wǎng)，組成異構(gòu)的互連網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)具有對不兼容的高層協(xié)議進行轉(zhuǎn)換的功能。例如使用Netware的PC工作站和SNA網(wǎng)絡(luò)互連，兩者不僅硬件不同，而且整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的協(xié)議都不同，為了實現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的通信，網(wǎng)關(guān)要對不同的傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層協(xié)議進行翻譯和變換。網(wǎng)關(guān)的工作實際上是在一臺計算機內(nèi)運行一個轉(zhuǎn)換軟件。

四、IP地址

1.IP地址的基本概念I(lǐng)P地址是32位的二進制數(shù)值，用于在TCP/IP通訊協(xié)議中標記每臺計算機的地址。通常我們使用點式十進制來表示，如等。也就是說IP地址有兩種表示形式：二進制和點式十進制，一個32位IP地址的二進制是由4個8位域組成。即11000000101010000000000100000110（）。IP地址=網(wǎng)絡(luò)號+主機號每個IP地址又可分為兩部分。即網(wǎng)絡(luò)號部分和主機號部分：網(wǎng)絡(luò)號表示其所屬的網(wǎng)絡(luò)段編號，主機號則表示該網(wǎng)段中該主機的地址編號。按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，IP地址可以分為A、B、C、D、E五類，其中A、B、C類是三種主要的類型地址，D類專供多目傳送用的多目地址，E類用于擴展備用地址。A、B、C三類IP地址有效范圍如下表1所示：需要再次指出的是，多接口主機具有多個IP地址，其中每個接口都對應(yīng)一個IP地址。區(qū)分各類地址的最簡單方法是看它的第一個十進制整數(shù)。圖1-6列出了各類地址的起止范圍，其中第一個十進制整數(shù)用加黑字體表示。

類型范圍A~55B~55C~55D不反映網(wǎng)絡(luò)的大小，只是用于組播E-54,用于試驗。2.幾個特殊的IP地址

1）私有地址

上面提到IP地址在全世界范圍內(nèi)唯一，看到這句話你可能有這樣的疑問，像這樣的地址在許多地方都能看到，并不唯一，這是為何？Internet管理委員會規(guī)定如下地址段為私有地址，私有地址可以自己組網(wǎng)時用，但不能在Internet網(wǎng)上用，Internet網(wǎng)沒有這些地址的路由，有這些地址的計算機要上網(wǎng)必須轉(zhuǎn)換成為合法的IP地址,也稱為公網(wǎng)地址。下面是A、B、C類網(wǎng)絡(luò)中的私有地址段。你自己組網(wǎng)時就可以用這些地址了。

～55

～55

～55

2）回送地址

A類網(wǎng)絡(luò)地址127是一個保留地址，用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機進程間通信，叫做回送地址（loopbackaddress）。無論什么程序，一旦使用回送地址發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)議軟件立即返回之，不進行任何網(wǎng)絡(luò)傳輸。含網(wǎng)絡(luò)號127的分組不能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上。

小技巧：

Ping,如果反饋信息失敗,說明IP協(xié)議棧有錯,必須重新安裝TCP/IP協(xié)議。如果成功,ping本機IP地址,如果反饋信息失敗,說明你的網(wǎng)卡不能和IP協(xié)議棧進行通信。

如果網(wǎng)卡沒接網(wǎng)線，用本機的一些服務(wù)如SqlServer、IIS等就可以用這個地址。

3）廣播地址

TCP/IP規(guī)定，主機號全為“1”的網(wǎng)絡(luò)地址用于廣播之用，叫做廣播地址。所謂廣播，指同時向同一子網(wǎng)所有主機發(fā)送報文。

4）網(wǎng)絡(luò)地址

TCP/IP協(xié)議規(guī)定，各位全為“0”的網(wǎng)絡(luò)號被解釋成“本”網(wǎng)絡(luò)。由上可以看出：一、含網(wǎng)絡(luò)號127的分組不能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上；二、主機和網(wǎng)關(guān)不能為該地址廣播任何尋徑信息。由以上規(guī)定可以看出，主機號全“0”全“1”的地址在TCP/IP協(xié)議中有特殊含義，一般不能用作一臺主機的有效地址。

3.子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼的作用就是和IP地址“與”運算后得出網(wǎng)絡(luò)地址，子網(wǎng)掩碼也是32位，并且是一串1后跟隨一串0組成，其中1表示在IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號對應(yīng)的位數(shù)，而0表示在IP地址中主機對應(yīng)的位數(shù)。例如，11111111

11111111

11111111

00000000中，前三個字節(jié)全1，代表對應(yīng)IP地址中最高的三個字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)地址；后一個字節(jié)全0，代表對應(yīng)IP地址中最后的一個字節(jié)為主機地址。這種位模式叫做“子網(wǎng)掩碼”。

1）標準子網(wǎng)掩碼

A類網(wǎng)絡(luò)（1-126）缺省子網(wǎng)掩碼255·0·0·0

，換算成二進制為11111111·00000000·00000000·00000000，

可以清楚地看出前8位是網(wǎng)絡(luò)地址，后24位是主機地址，也就是說，如果用的是標準子網(wǎng)掩碼，看第一段地址即可看出是不是同一網(wǎng)絡(luò)的。如.1和，第一段為21屬于A類，如果用的是默認的子網(wǎng)掩碼，那這兩個地址就是一個網(wǎng)段的。同理可得出：

B類網(wǎng)絡(luò)（128-191）缺省子網(wǎng)掩碼255·255·0·0

C類網(wǎng)絡(luò)（192-223）缺省子網(wǎng)掩碼255·255·255·0

子網(wǎng)掩碼與IP地址子網(wǎng)掩碼與IP地址結(jié)合使用，可以區(qū)分出一個網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機號例如：有一個C類地址為：

192．9．200．13其缺省的子網(wǎng)掩碼為：

255．255．255．0則它的網(wǎng)絡(luò)號和主機號可按如下方法得到：

①將IP地址192．9．200．13轉(zhuǎn)換為二進制11000000

00001001

11001000

00001101

②將子網(wǎng)掩碼255．255．255．0轉(zhuǎn)換為二進制11111111

11111111

11111111

00000000

③將兩個二進制數(shù)邏輯與（AND）運算后得出的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)部分11000000

00001001

11001000

00001101

AND

11111111

11111111

11111111

00000000

11000000

00001001

11001000

00000000結(jié)果為，即網(wǎng)絡(luò)號為。④將子網(wǎng)掩碼取反再與IP地址邏輯與（AND）后得到的結(jié)果即為主機部分11000000

00001001

11001000

00001101

AND

00000000

00000000

00000000

11111111

00000000

00000000

00000000

00001101結(jié)果為3，即主機號為13。

確定子網(wǎng)掩碼數(shù)1、將要劃分的子網(wǎng)數(shù)目轉(zhuǎn)換為2的m次方。如要分8個子網(wǎng)，8=2m，所以m=32、將上一步確定的冪m按高序占用主機地址m位后轉(zhuǎn)換為十進制。如m為3

則是11100000，轉(zhuǎn)換為十進制為224，即為最終確定的子網(wǎng)掩碼。如果是C類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為24；如果是B類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為；如果是A類網(wǎng)，則子網(wǎng)掩碼為。在這里，子網(wǎng)個數(shù)與占用主機地址位數(shù)有如下等式成立：2m=n。其中，m表示占用主機地址的位數(shù)；n表示劃分的子網(wǎng)個數(shù)。例如將一個C類網(wǎng)絡(luò)分成4個子網(wǎng)。若我們用的網(wǎng)絡(luò)號為192．9．200，則該C類網(wǎng)內(nèi)的主機IP地址就是～54（因為全“0”和全“1”的主機地址有特殊含義，不作為有效的IP地址），現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)劃分為4個部分，按照以上步驟：

4=22，取冪2，對應(yīng)的二進制為11，占用主機地址的高序位即為11000000，轉(zhuǎn)換為十進制為192。這樣就可確定該子網(wǎng)掩碼為：92，4個子網(wǎng)的IP地址范圍分別為：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三類網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)數(shù)目與子網(wǎng)掩碼的轉(zhuǎn)換表，以供參考。A類：

子網(wǎng)數(shù)目

占用位數(shù)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)中主機數(shù)

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類：

子網(wǎng)數(shù)目

占用位子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)中主機數(shù)

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類：

子網(wǎng)數(shù)目

占用位數(shù)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)中主機數(shù)

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

小結(jié)(一)(1)將IP地址與子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換成二進制(2)將二進制形式的IP地址與子網(wǎng)掩碼做“與”運算，將答案化為十進制便得到網(wǎng)絡(luò)地址。(3)將二進制形式的IP地址與取反后的子網(wǎng)掩碼做“與”運算，將答案化為十進制便得到主機地址。小結(jié)(二)知道ip地址和子網(wǎng)掩碼后可以算出：

1、網(wǎng)絡(luò)地址

2、廣播地址

3、地址范圍

4、本網(wǎng)有幾臺主機

例1：下面例子IP地址為192·168·100·5子網(wǎng)掩碼是255·255·255·0。算出網(wǎng)絡(luò)地址、廣播地址、地址范圍、主機數(shù)。

一）分步驟計算

1）將IP地址和子網(wǎng)掩碼換算為二進制，子網(wǎng)掩碼連續(xù)全1的是網(wǎng)絡(luò)地址，后面的是主機地址。虛線前為網(wǎng)絡(luò)地址，虛線后為主機地址

2）IP地址和子網(wǎng)掩碼進行與運算，結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)地址

3）將上面的網(wǎng)絡(luò)地址中的網(wǎng)絡(luò)地址部分不變，主機地址變?yōu)槿?，結(jié)果就是廣播地址。

4）地址范圍就是含在本網(wǎng)段內(nèi)的所有主機網(wǎng)絡(luò)地址+1即為第一個主機地址，廣播地址-1即為最后一個主機地址，由此可以看出

地址范圍是：網(wǎng)絡(luò)地址+1至廣播地址-1

本例的網(wǎng)絡(luò)范圍是：192·168·100·1至192·168·100·254

也就是說下面的地址都是一個網(wǎng)段的。

192·168·100·1、192·168·100·2…192·168·100·20…192·168·100·111…192·168·100·2545）主機的數(shù)量

主機的數(shù)量=2二進制的主機位數(shù)-2

減2是因為主機不包括網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。本例二進制的主機位數(shù)是8位。

主機的數(shù)量=28-2=254

練習(xí)1、已知某主機的IP地址為：00，子網(wǎng)掩碼為：92，請推導(dǎo)出：A、該主機所在的網(wǎng)絡(luò)地址：B、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)允許的最大主機數(shù)：

C、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機IP地址的范圍：

92

6293-542、一個IP地址VLSM表示的方法為00/27，則此IP地址的子網(wǎng)掩碼為