计算机网络基础

第四章
计算机网络

 4.1 计算机网络的历史

第一代：但计算机为中心的联机系统

第二代：计算机与计算机互联网络
主机既做数据处理，又做通信，出现不同的网络体系结构的模型。

第三代：计算机网络进入标准化发展

1）NSF Net网络（教育科研网络）

2）TCP/IP协议

   ARPANET的标准协议

   基于TCP/IP的4.2 BSD（UNIX操作系统的一个分支）

   不同网络之间的通信

3）ISO的OSI/RM规范

第四代：国际化的互联网的诞生与发展

1）1990年，由NSF将ARPANET民网改名成为Internet，随后很多公司、企业加入

2）WWW（万维网）概念的提出

3）Mosaic的WWW客户程序

4）PPP（点对点协议）使得家庭用户可方便访问Internet

 4.2 OSI/RM模型（七层）

应用层  Application ：所有应用程序的网络在此展开

表示层  Presentation ：表示数据形式，完成对传输数据的转化

会话层  Session ：负责建立维护拆除会话

传输层  Transport ：负责建立一个可靠的端到端的链接

网络层  Network ：负责路由寻址和广播

数据链路层  Data Link ： 负责将上层数据封装成帧

物理层  Physical ：只负责传输0 1 二进制比特流，不做数据解释

 

  计算机网络体系结构通信原理包括两方面：

数据通信原理 发送端自上而下传输（直至物理层），接收端自下而上传输（直到发送端发起通讯的层次）

对等会话原理 （对等层通信 数据的封装）发送端和接收端只有在对等层才可进行通信，不同层次传输的数据格式一样：

1）应用层、表示层和会话层以报文方式传输

2）传输层以报文或保温分段方式传播

3）网络层以分组方式传播

4）数据链路层以帧方式传播

5）物理层以比特流方式传播

发送端每经过一层（物理层除外）都要在元数据上进行协议封装，即最前面加装一个本层所使用协议的协议头；接收端每经过一层都要对原数据进行协议解封装，即去掉原数据最前面的上层协议头。



 4.3 TCP/IP简介

                            

TCP/IP	OSI
应用层/Application	应用层/Application
表示层/Presentation
会话层/Session
传输层/Transport	传输层/Transport
网络互联层/Network	网络层/Network
网络接口层/Link	数据链路层/Data Link
物理层/Physical

4.3.1 网络接口层
  网线（白橙橙
白蓝蓝 白绿绿 白粽棕）两种接口方式（568A 568B）
1）功能：在物理连接之上，实现逻辑链路的连接（拨号连接）
2）接口卡（网卡）：具有物理地址，即MAC地址
3）PPP（Point to Point Protocol）协议/点对点协议：用于串行与并行链路上的拨号连接
4）ARP（Address Resolution Protocol）协议/地址解析协议：
是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议
MAC，每个网卡都有的唯一的硬件地址
IP地址对应到MAC
5）RARP（Reverse Address Resolution Protocol）协议/反向地址解析协议：
反向地址解析
MAC对应到IP地址
对于一台计算机，MAC地址（6组16进制数）唯一且不会改变，IP地址唯一但会改变。



4.3.2 网络互联层
1）功能：在不同网络之间进行寻址、传递数据报
IP（Internet Protocol）协议/互联协议
无连接、不可靠的协议
负责在主机之间寻址
设定路由（在计算机的网络当中的寻址方式：广播  路由<主要作用即在相对应的不同的网络类型当中，帮我们去转发相应的寻址请求>在网络传输当中，一般有三种方式：B节点<先广播，后路由>
 P节点<先路由，后广播>  M节点<BP混合>）
2）ICMP（Internet Control Message Protocol）协议/互联控制消息协议
报告错误（反馈<回写报文>）
控制消息
Ping程序



 字节一般为32
时间：表示目标主机主机返回报文所花费的时间，数值越大，当前网络传输数据越慢
TTL表示活动跃点数：一般情况下，目标主机对应的操作系统会有一个对应的数值来代表当 前活动跃点数，再返回报文过程中，每经过一次路由转发，此数值就会减一
4.3.3
传输层（对等协议通信）
1）建议应用间的端到端的连接
面向连接：会话建立、数据传输、会话拆除
无连接：不保证数据的有序到达
2）TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议（打电话）
面向连接
可靠（三次握手 1.连接对方的请求
2. 对方同意请求
3.双方建立连接）



速度慢
3）UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议（视频聊天、发短信）
无连接
不可靠
速度快
端口号：用来区别应用层的协议   不同的应用协议有不同的端口号
4.3.4 应用层
主要负用户和应用程序之间的通信。协调设备和软件的多样性问题；解决系统中文件传输问题。以下为常见的应用协议：
1）FTP：文件传输协议
2）HTTP：超文本传输协议
3）DNS：域名系统
4）Telnet：远程终端协议
5）IMAP：Internet邮件访问协议
6）POP3：邮局协议版本3
7）TCP ：Transmission  Control  Protocol      传输控制协议
8）IP ：Internet  Protocol                 互联协议
9）FTP ：File  Transfer  Protocol             文件传输协议
10）ARP : Address  Resolution  Protocol      地址解析协议
11）RARP : Reverse  Address  Resolu$ion  Protocol 反地址解析协议
12）UDP : User  Datagram  Protocol   用户数据报协议
13）HTTP : Hypertext  Transfer  Protocol 超文本传输协议
14）ICMP : Internet  Control  MessaBe  Protocol 互联控制消息协议
15）SMTP ：Simple  Mail  Transmission  Protocol 简单邮件传输协议
16）POP3 ：Post  office  Protocol  version3 邮局协议版本
17）IMAP ：Internet  Mail  Access  Protocol 互联邮件访问协议
18）PPP ：Point  to  Point  Protocol             点对点协议
19）SLIP：Serial  Line  Internet  Protocol 串行线路网际协议
4.4 IP地址

 4.4.1  IP地址的特点（关键标识 点分十进制）

1）IP地址为32位

2）每个IP地址被分成4组，每组8位，用句点隔开

3）每组数字的大小范围为0—255

10000011 01101011 00000011 00010001

131.107.3.17

IPV4 （共32位 ，8位1组，分四组）IPV6（共48位，分六组）

4）IP地址由两部分构成：网络位+主机位

 4.4.2  IP地址的分类

1.IP地址中网络部分可以说明该设备是否属于A类、B类、C类、D类或E类网。

2.

网络类	最高位	网络ID	网络数	主机数	网络号范围(第一组数字)
A类(X).X.X.X	0	8位	126	16777214	1—126
B类(X.X).X.X	10	16位	16384	65534	128—191
C类(X.X.X).X	110	24位	2097152	254	192—223
D类	1110	广播地址
E类	1111	保留实验

3. 保留地址

1）网络号（只能出现在内网环境即局域网，不能出现在公网即广域网）

A类：10    127（环路测试，127.0.0.1指本机）

B类：172.16.0.0—172.31.255.255

C类：192.168.*.*

2）主机号（全0和全1不能作为主机号）

全0（表示子网）     0

全1（广播）      255

 4.4.3  子网掩码

子网掩码的概念：子网掩码的长度与形式都与IP地址一致（32位2进制），它的提出，是为了区分IP地址中的网络号和主机号。

 4.4.4  子网掩码的特点

eg 1.有IP地址：202.197.119.110   若掩码为：255.255.255.0

则可通过计算得到网络号和主机号。

a. 把IP地址化为2进制：1100 1010.1100 0101.0111 0111.0110 1110

b. 把IP掩码化为2进制：1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

c. 将两者按位做与运算求得网络号：1100 1010.1100 0101.0111 0111.0000 0000

d. 将子网掩码先按位取反，再求其与IP地址的与操作，

得到主机号：0000 0000.0000 0000.0000 0000.0110 1110

2.有IP地址：202.197.118.110
判断1与2的IP地址是否在同一个网段

a. 分别求出两个IP地址的网络号，若相同，则是同一个网络中的主机；若不同，则两个IP地址不在同一个网络。

b. 2的IP地址化为2进制：1100 1010.1100
0101.0111 0110.0110 1110

c. 求得2的网络号为：    1100 1010.1100 0101.0111 0110.0000 0000

d. 与1的网络号对比得两者不在同一个网络中。

3.若将1中子网掩码改为255.255.128.0（1111
1111.1111 1111.1000 0000.0000 0000）

此时的主机号为：0000 0000.0000 0000.0111 0111.0110 1110

      网络号为：1100 1010.1100 0101.0000 0000.0000 0000
（202.197.0.）

对2的IP地址而言

网络号为：1100 1010.1100 0101.0000 0000.0000 0000

主机号为：0000 0000.0000 0000.0111 0110.0110 1110

此时1与2的主机号相同两者在同一网络中。

子网的划分

1.若有一个C类IP：202.197.119.*     （可接254台主机的一个网络）
 

a. 把子网掩码化为2进制：1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

b. IP可按此分段：1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

                对应网络号                 对应主机号

主机号可作为子网来用，例如我们要把这个IP划分为6个子网，可以取主机号的前三位作为子网号，即：

1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

                网络号                     子网号主机号

这样所产生的子网有：

000 001 010 011 100 101 110 111（全0全1不能用<保留>）

2.若有4个C类IP：202.197.1.*
  202.197.2.*   202.197.3.*   202.197.4.*  

a.把子网掩码化为2进制：1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

b.IP可按此分段：1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

                对应网络号                 对应主机号

网络号可以作为主机号来用。例如我们要把这个4个IP合并成1个网络，可取网络号的最后两位作为主机号来用，即：

           1111 1111.1111 1111.1111 1100.0000 0000

           对应网络号               对应主机号

此时可以容纳的主机数为2的10次方—2=1022台