計算機網路知識梳理

計算機網路的歷史

第一代：50年代中至六十年代初，以單計算機為中心的聯機系統，

第二代：60年代中至70年代初，計算機與計算機互聯網路：主機既做資料處理，又做通信，出現不同的網路體系結構的模型，

第三代：70年代中至80年代末，計算機網路進入標準化發展，

1.ARPANET的標準協議：

• 用于計算機之間的資料傳輸；
• 能夠連接不同型別的計算機；
• 所有網路節點都同等重要；
• 必須有冗余的路由；
• 網路結構盡可能簡單，但能非常可靠地傳送資料；

由于技術上的不足，使用具有相同廠家，相同型號的計算機之間可以進行資料通信，但不同廠家、不同型號的計算機之間無法進行資料通信，

2.TCP/TP協議

使得不通計算機之間得以實作資料通信

基于TCP/IP的4.2BSD（Uinx系統）

不同網路之間的通信

3.ISO的OSI/RM規范

第四代：（90年代至今）國際化的互聯網誕生與發展

由于ARPANET網路的維護費用日益高昂，把ARPANET分成了兩個網路：MILNET（軍網）、ARPANET（民網），

• 1990年，由NSF將ARPANET民網改名為Internet，隨后很多公司、企業加入
• WWW概念提出
• Mosaic的WWW客戶程式
• PPP是的家庭用戶可方便方位Internet

ISO的OSI/RM規范

1984年，ISO推出因特網的協議規范OSI/RM（Open Systems Interconnection/Refernce Model）

ISO：國際標準化組織

OSI/RM：開放系統互連參考模型

為開放式互連資訊系統提供了一種功能結構的框架

OSI/RM模型結構：

• 應用層 Application
  • 所有應用程式的網路在此展開，確定行程之間的通信性質，以滿足用戶需求
  • 提供OSI用戶服務，如事務處理、檔案傳輸、資料檢索、網路管理、加密
• 表示層 Presentation
  • 表示資料形式，完成對傳輸資料的轉化
  • 代表應用層寫上資料表示
  • 完成對傳輸資料的轉化，如格式化、加密、解密、壓縮、解壓縮
• 會話層 Session
  • 負責建立維護拆除會話，為端系統的應用程式之間提供了對話控制機制
  • 資料傳輸的“中間商”角色，負責資料傳輸“售后服務”
  • 提供兩行程之間的建立、維護和結束會話連接的功能
  • 管理會話
  • 同步資料
  • 注意：傳輸層和會話層一般結合使用
• 傳輸層 Transport
  • 負責建立一個可靠的端到端的鏈接，包括資料核對和初步整理
  • 建立、維護和撤銷傳輸連接——端對端連接
  • 控制流量，差錯控制（使用高層收到的資料幾乎完整無差錯）
  • 選擇合適的網路層服務以實作其功能
  • 提供資料的編號、排序、拼接以及重同步功能
• 網路層 Network
  • 負責路由尋址（資料包定向傳送）和廣播
  • 路由選擇與中斷
  • 控制分組傳送系統的操作
  • 控制流量，以防網路過于擁擠
  • 建立和撤銷網路連接
  • 根據傳輸層的要求來選擇服務
• 資料鏈路層 Data Link
  • 負責將上層資料封裝成幀
  • 為網路層提供低出錯率、高可靠性的資料鏈路
  • 協調主機和通信設備之間的資料傳輸率
• 物理層 Physical
  • 只負責傳輸0 1二進制位元流
  • 為資料鏈路層提供服務，從資料鏈路層接收資料，并按照規定形式的信號和格式將資料發送，
  • 向資料鏈路層提供資料（把位元流還原為資料鏈路層可以理解的格式）

計算機網路體系結構通信原理包括兩方面：

一是資料通信原理

二是對等會話原理

資料通信原理：發送端是自上而下傳輸（直到物理層），接收端是自下而上傳輸（直到發送端的發起通信的層次）

對等會話原理：發送端和接收端只有在對等層才可以進行通信，不同層次傳輸資料格式不一樣：

• 應用層、表示層和會話層以報文方式傳輸
• 傳輸層以報文或者報文分段方式傳輸
• 網路層以分組方式傳輸
• 資料鏈路層一幀方式傳輸
• 物理層以位元流方式傳輸

發送端沒經過一層（物理層除外）都要在原資料上進行協議封裝，即最前面加裝一個被蹭所使用協議的協議頭；接收端每經過一層都要對原資料進行協議解封裝，即去掉原資料最前面的上層協議頭，

TCP/IP概述

1. 網路介面層

   在物理連接（網線和電腦之間）之上，實作邏輯鏈路（用到的協議）的連接（撥號連接）

   介面卡（網卡）：具有物理地址，即MAC地址

   • SLIP（Serial line Internet Protocol）協議

     • 在串行線路上封裝IP資料報
     • 用于撥號連接
     • 缺點沒有差錯校驗機制

   • 差錯校驗機制：每一端必須知道對方的IP地址，沒有辦法把本端的IP地址通知給另一端；如果一條串行線路用于SLIP，那么他不能同時使用其他協議，

   • 資料報：通過網路傳輸的資料的基本單元，它攜帶了要從計算機傳遞到目的計算機的資訊，

   • 資料包：是TCP/IP協議通信傳輸中的資料單位，根據資料包的目的地址進行定向并轉發到另一個介面的程序，

   • PPP（Point to Point Protocol）協議

     • 用于串行與并行線路上的撥號連接

     • 解決SLIP存在的問題

   • ARP（Address Resolution Protocol）協議

     • 是根據IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協議
     • MAC，每個網卡都有一個唯一的硬體地址

   • RARP（Reverse Address Resolution Protocol）協議

     • 反向地址決議——MAC到IP地址

2. 網路互聯層

   • 在不同網路之間進行路由尋址、傳遞資料報

   • IP（Internet Protocol）協議

     • 無連接、不可靠的協議
     • 負責在主機之間尋址
     • 設定路由

   • ICMP（Internet Control Message Protocol）協議

     • 報告錯誤（網路的錯誤檢測，主機故障等）
     • 控制訊息
     • Ping程式

     

3. 傳輸層

   • 獎勵應用間的端到端連接

     • 面向連接：會話建立、資料傳輸、會話拆除
     • 無連接：不保證資料的有序到達

   • TCP（Transmission Control Protocol）傳輸控制協議

     • 面向連接
     • 可靠（三次握手）
     • 速度慢

   • UDP（User Datagram Protocol）用戶資料報協議

     • 無連接
     • 不可靠
     • 速度快

   • 埠號

     • 用來區別應用層的協議

     • 不用的應用協議有不同的埠號

     • 埠號是通過埠號來標記的，埠號只有整數，范圍是從0到65535

     • 埠有什么用呢？

       一臺擁有IP地址的主機可以提供許多服務，這些服務完全可以通過1個IP地址來實作，

     • 主機是怎么區分不同的網路服務呢？

       顯然不能只靠IP地址，因為IP地址與網路服務的關系是一對多的關系，實際上是通過“IP地址+埠號”來區分不同的服務，

     • 服務器一般都是通過知名埠號來識別的，netstat -a -n

4. 應用層

   • 主要負責用戶和應用程式之間的通信，協調設備和軟體的多樣性問題；解決系統中檔案傳輸問題，
   • FTP：檔案傳輸協議
   • HTTP：超文本傳輸協議
   • DNS：域名系統
   • Telnet：遠程終端協議
   • IMAP：Internet郵件訪問協議
   • POP3：郵局協議版本3

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