计算机网络知识具体介绍

1、第3章 网络的体系结构和协议,理解OSI参考模型和TCP/IP参考模型 掌握网络协议 掌握IP地址分类，子网划分及域名管理,第3章 网络的体系结构和协议,本章详细介绍了两种了两种网络体系结构模型：OSI参考模型和TCP/IP参考模型。TCP/IP参考模型目前是业界的标准，在此基础上介绍了IP地址以及子网掩码概念与组成。,3.1 网络的体系结构 3.2 ISO/OSI参考模型 3.3 TCP/IP参考模型 3.4 两种分层结构的比较 3.5 网 络 协 议 3.6 IP地址与子网掩码,Return,3.1 网络的体系结构,1. 网络分层结构 基本的网络体系结构模型就是层次结构模型，如图3-1所示

2、。所谓层次结构就是指把一个复杂系统的设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层次所必须完成的问题。,图3-1 【层次模型】,2. 网络协议,协议是用来描述两个进程间信息交换规则的术语。我们称在计算机网络中通信双方都遵守的规则为网络协议。,2. 网络协议,计算机网络协议主要由以下三个要素组成： （1）语义：数据与控制信息的结构或格式 。(做什么) （2）语法：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 (怎么做) （3）定时：事件实现顺序的详细说明。 (何时做),3. 网络体系结构,网络体系结构（Network Architecture）是计算机网络的分层、各层协议、功能和层间

3、接口的集合。 网络体系结构是一个抽象的概念，因为它不涉及具体的实现细节，只是说明网络体系结构必须包括的信息，以便网络设计者能为每一层编写符合相应协议的程序，它解决的是“做什么”的问题。,Return,3.2 ISO/OSI参考模型,20世纪80年代初期，国际标准化组织（ISO）认识到，需要一个网络模式来帮助厂商实现网络间的相互操作，于是ISO研究了各类计算机网络体系结构，并于1984年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型（OSI/RM）。 这里的“开放”是指任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统进行通信时，就称该系统

4、为开放系统。,ISO/OSI参考模型或7层模型,参见图。,1. 分层通信,图3-2 【OSI参考模型】,（1） 物理层（Physical Layer） 物理层是OSI的最低层，它建立在物理通信介质的基础上，作为通信系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间透明的比特（bit）流传输。为建立、维持和拆除物理连接，物理层规定了传输介质的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。,（2） 数据链路层（Data Link Layer） 数据链路层从网络层接收数据，并加上有意义的比特位形成报文头部和尾部（用来携带地址和其他控制信息）。这些附加了信息的数据单元称为帧。数据链路层负责将数据帧无差错地从一个站

5、点送达下一个相邻的站点，即通过一些数据链路层协议完成在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。,（3） 网络层（Network Layer） 网络层关心的是通信子网的运行控制，主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。,（4） 传输层（Transport Layer） 传输层的主要任务是向会话层提供服务，服务内容包括传输连接服务和数据传输服务。前者是指在两个传输层用户之间负责建立、维持和在传输结束后

6、拆除传输连接；后者则是要求在一对用户之间提供互相交换数据的方法。传输层的服务，使高层的用户可以完全不考虑信息在物理层、数据链路层和网络层通信的详细情况，方便了用户使用。,（5）会话层（Session Layer） 会话层是网络对话控制器，它建立、维护和同步通信设备之间的交互操作，保证每次会话都正常关闭而不会突然中断，使用户被挂在一旁。会话层建立和验证用户之间的连接，包括口令和登录确认；它也控制数据交换，决定以何种顺序将对话单元传送到传输层，以及在传输过程的哪一点需要接收端的确认。,（6） 表示层（Presentation Layer） 表示层保证了通信设备之间的互操作性。该层的功能使得两台内部

7、数据表示结构不同的计算机能实现通信。它提供了一种对不同控制码、字符集和图形字符等的解释，而这种解释是使两台设备都能以相同方式理解相同的传输内容所必须的。表示层还负责为安全性引入的数据加密和解密，以及为提高传输效率提供必需的数据压缩及解压等功能。,（7） 应用层（Application Layer） 应用层是OSI参考模型的最高层，它是应用进程访问访问网络服务的窗口。这一层直接为网络用户或应用程序提供各种各样的网络服务，它是计算机网络与最终用户之间的界面。应用层提供的网络服务包括文件服务、打印服务、报文服务、目录服务、网络管理以及数据库服务等。 在上述的七层中上五层一般由软件实现，而下面的两层由

8、硬件和软件实现。,2. 信息格式,图3-3 【信息在各层之间的传递】,Return,3.3 TCP/IP参考模型,TCP/IP是一组通信协议的代名词，它是因特网的核心，利用TCP/IP协议可以很方便地实现多个网络的无缝连接，通常所谓的”某台机器在因特网上”，就是指该主机具有一个因特网地址，运行TCP/IP协议，并可向因特网上所有其他主机发送IP数据报。,3.3 TCP/IP参考模型,TCP/IP有如下特点： 开放的协议标准，可以免费使用，独立于特定的硬件与操作系统。独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，互联网中。统一的地址分配方案，整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址。标准化的

9、高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,1. TCP/IP的层次结构,TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如图3-5所示。,图 【信息在个层之间的传递】,（1） 网络接口层协议 网络接口层上的TCP/IP协议用于使用串行线路连接主机与网络或连接网络与网络的场合，这就是SLIP协议和PPP协议。使用串行线路进行连接的例子，如家庭用户使用电话线和调制解调器接入网络，或两个相距较远的网络利用数据专线进行互联等。,（2）网际层协议 网际层上包含五个协议：IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP。IP是用于传输IP数据报的

10、协议，ARP实现IP地址到物理地址的映射，RARP实现物理地址到IP地址的映射，ICMP用于网际层上控制信息的产生和接收分析，IGMP是实现组选功能的协议。,（3） 传输层协议 传输层有两个主要的协议：TCP协议和UDP协议。UDP协议是一种简单的面向数据报的传输协议，它提供的是无连接的、不可靠的数据报服务，通常用于不要求可靠传输的场合；TCP协议被用来在一个不可靠的网络中为应用程序提供可靠的端点间的字节流服务。,（4） 应用层 应用层包含了许多使用广泛的协议，传统的协议有提供远程登录的TELNET、提供文件传输的FTP、提供域名服务的DNS、提供邮件传输的SMTP等，近年来，又出现了诸如网络

11、新闻NTTP、超文本传输协议HTTP协议等许多新的协议。,OSI参考模型和TCP/IP参考模型之共同点 都是基于独立的协议栈的概念； 它们的功能大体相似，在两个模型中，传输层及以上的各层都是为了通信的进程提供点到点、与网络无关的传输服务； OSI参考模型与TCP/IP参考模型传输层以上的层都以应用为主导。,OSI参考模型与TCP/IP参考模型的主要差别 TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互联问题，并将网际协议IP作为TCP/IP的重要组成部门。但ISO最初只考虑到使用一种标准的公用数据网将各种不同的系统互联在一起。 TCP/IP一开始就对面向连接和无连接并重，而OSI在开始时只强调面向连接

12、服务。 TCP/IP有较好的网络管理功能，而OSI到后来才开始这个问题，在这方面两者有所不同。,总结 TCP/IP参考模型发展是因为在ISO制定OSI参考模型过程中总是着眼于一次制定达到完美，所以在制定过程中考虑的方面比较多，但去忽略了IP这一协议的重要性，但当ISO认识到时只好在网络层划出一个子层来完成类似的功能，在无连接服务一开始也不在考虑之列，还有就是网络管理功能的过度复杂等，造成了OSI迟迟没有成熟的产品推出的成因，进而影响了厂商对它的支持，而这时的TCP/IP通过实践得到到不断的完善，也得到了大厂商的支持，所以TCP/IP参考模型得到了发展 。,3.6 IP地址与子网掩码 IP编址方

13、案 为什么要使用IP地址？ 屏蔽各种物理网络的地址差异。 每种物理网络都有各自的技术特点，其物理地址也各不相同。 统一物理地址的表示方法不现实。 互联网对各种物理网络地址的 “统一” 通过 IP地址在IP层完成。,1.IP地址表示方法 在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，我们称它为主机。为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址。就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样，才不至于在传输资料时出现混乱。,IP地址的定义 我们都已经知道，Internet是由几千万台计算机互相连接而成的。而我们要确认网络上的每一台计算机，靠的就是能唯一标识该计算

14、机的网络地址，这个地址就叫做IP（Internet Protocol的简写）地址，即用Internet协议语言表示的地址。,IP地址的结构 目前，在Internet里，IP地址是一个32位的二进制地址，为了便于记忆，将它们分为4组，每组8位，由小数点分开，用四个字节来表示，而且，用点分开的每个字节的数值范围是0255，如，这种书写方法叫做点数表示法。,IP地址层次结构,IP地址的直观表示方法,2.IP地址分类 IP地址可确认网络中的任何一个网络和计算机，而要识别其它网络或其中的计算机，则是根据这些IP地址的分类来确定的。一般将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为A，

15、B，C三类，默认的网络屏蔽是根据IP地址中的第一个字段确定的。,IP地址分类图示,（1） A类地址 A类地址的表示范围为：55，默认网络屏蔽为：；A类地址分配给规模特别大的网络使用。A类网络用第一组数字表示网络本身的地址，后面三组数字作为连接于网络上的主机的地址。分配给具有大量主机（直接个人用户）而局域网络个数较少的大型网络。例如IBM公司的网络。,（2） B类地址 B类地址的表示范围为：55，默认网络屏蔽为：；B类地址分配给一般的中型网络。B类网络用第一、二组数字表示网

16、络的地址，后面两组数字代表网络上的主机地址。,（3）C类地址 C类地址的表示范围为：55，默认网络屏蔽为：；C类地址分配给小型网络，如一般的局域网，它可连接的主机数量是最少的，采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。C类网络用前三组数字表示网络的地址，最后一组数字作为网络上的主机地址。,3.特殊格式的IP地址 一、 严格说来，已经不是一个真正意义上的IP地址了。它表示的是这样一个集合：所有不清楚的主机和目的网络。这里的“不清楚”是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达。对本机来说，它就是一个“

17、收容所”，所有不认识的“三无”人员，一律送进去。如果你在网络设置中设置了缺省网关，那么Windows系统会自动产生一个目的地址为的缺省路由。,二、 127是一个保留地址，该地址是指电脑本身，主要作用是预留下作为测试使用，用于网络软件测试以及本地机进程间通信。,三、 55 受限制的广播地址，对本机来说，这个地址指本网段内(同一个广播域)的所有主机，该地址用于主机配置过程中IP数据包的目的地址，这时主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也还不知道。在任何情况下，路由器都会禁止转发目的地址为受限的广播地址的数据包，这样的数据

18、包仅会出现在本地网络中。,4.IP编址方案举例,5 .划分子网 子网编址 问题的提出 IP地址能适应于不同的网络规模,随着个人电脑普及使小型网络（特别是小型局域网络）越来越多，即使采用C类IP地址也是一种浪费，子 网编址 可以克服IP地址浪费的解决方案之一。,子网编址方法 1.IP地址具有层次结构：网络号和主机号。 2. 子网编址方法： 将 IP地址的主机号部分进一步划分成子网部分和主机部分，从标准IP地址的主机号部分“借”位并把它们指定为子网号部分，在“借”用时必须给主机号部分剩余2位，在“借”用时至少要借用2位。,子网编址图示,子网编址方法举例,子网掩码 子网掩码(subnet mask)

19、是每个网管必须要掌握的基础知识，只有掌握它，才能够真正理解TCP/IP协议的设置。以下我们就来深入浅出地讲解什么是子网掩码。,子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。,子网掩码的术语是扩展的网络前缀码，不是一个地址，但是可以确定一个网络层地址哪一部分是网络号，哪一部分是主机号，1 的部分代表网络号，掩码为 0的部分代表主机号。子网掩码的作用就是获取主机 IP的网络地址信息，用于区别主机通信不同情况，由此选择不同路。其中 A类地址的默认子网掩码为 ；B类地址的默认子网掩码为

20、；C类地址的默认子网掩码为：。,(1) 子网掩码的概念 子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。,(2）确定子网掩码数 用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。在定义子网掩码前，必须弄清楚本来使用的子网数和主机数目。,例 对于一个B类网选取2位用来划分子网，则该网络的子网掩码为？ 对于一个C类网选取3位用来划分子网，则该网络的子网掩码为？,子网掩码的算法： 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

21、即可写出：如某B类IP地址为 ，无须再分割子网，则该IP地址的子网掩码为。如果它是一个C类地址，则其子网掩码为 。,一、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 2)取得该二进制的位数，为 N 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。,如欲将B类IP地址划分成27个子网： 1)27=11011 2)该二进制为五位数，N = 5 3)将B类地址的子网掩码255

22、.255.0.0的主机地址前5位置 1，得到 即为划分成 27个子网的B类IP地址 的子网掩码。,二、利用主机数来计算 1)将主机数目转化为二进制来表示 2)如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则统计由“1)”中得到的二进制数的位数 ，为 N，这里肯定 N8，这就是说主机地址将占据不止8位。 3)使用55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。,如欲将B类IP地址划分成若干子网，每个子网内有主机700台： 1) 700=101

23、0111100 2)该二进制为十位数，N = 10 3)将该B类地址的子网掩码的主机地址全部置 1，得到55 然后再从后向前将后 10位置0,即为： 11111111.11111111.11111100.00000000 即。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 的子网掩码。,子网掩码和ip地址的关系 子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。 最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一

24、个子网络上的，可以进行直接的通讯。,请看以下示例： 运算演示之一： I P 地址 子网掩码 AND运算 (AND运算法则：1 与 1 = 1 ,1 与 0 = 0 ,0 与 1 = 0 ,0 与 0 = 0 ,即当对应位均为1时结果为1，其余为0。) 转化为二进制进行运算： I P 地址 11000000.10101000.00000000.00000001 子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000 AND运算 11000000.10101000.00000000.00000000 转化为十进制后为： ,运算演示之二： I P 地址 54 子网掩码 转化为二进制进行运算： I P 地址 11000000.10101000.00000000.11111