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[网络协议]计网络——历史，OSI/RM模型，TCP/IP简介

计算机网络

一、计算机网络的历史

第一代：50年代中至60年代初，以单计算机为中心的联机系统

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在计算机内部增加了通信功能，把远程的输入输出设备通过通信线路直接和计算机的主机相连，用户在终端输入信息的同时，主机也能处理信息，最后再将处理的结果通过通信线路回送给远程用户

第二代：60年代中至70年代初。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。

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第三代：70年代中至80年代末，计算机网络进入标准化发展

ARPANET的标准协议：
- 用于计算机之间的数据传输；
- 能够连接不同类型的计算机；
- 所有的网络结点都同等重要；
- 必须有冗余的路由；
- 网络结构尽可能地简单，但能非常可靠地传送数据。
由于技术上的不足，使得具有相同厂家，相同型号的计算机之间可以进行数据通信，但是不同厂家，不同型号的计算机无法进行数据通信。
TCP/IP协议
- 正是由于TCP/IP网络通信协议的出现，使得不同计算机之间得以实现数据通信，为计算机网络的进一步发展奠定了基础。
- 基于TCP/IP的4.2 BSD（Unix系统）
- 不同网络之间的通信
ISO的OSI/RM规范

第四代：（90年代至今）国际化的互联网的诞生与发展

由于ARPANET网络的维护费用日以高昂，把ARPANET分成了两个网络：MILNET（军网），ARPANET（民网）

1990年，由NSF将ARPANET民网改名为Internet，随后很多公司、企业加入
WWW概念提出
Mosaic的WWW客户程序
PPP使得家庭用户可方便访问Internet

二、OSI/RM模型

简介：

1984年，ISO推出因特网的协议规范OSI/RM（Open Systems Interconnection/Reference Model）

ISO：国际标准化组织

OSI/RM：开放系统互连参考模型

为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架

OSI/RM模型结构：

应用层 Application
表示层 Presentation
会话层 Session
传输层 Transport
网络层 Network
数据链路层 Data Link
物理层 Physical

物理层：只负责传输0 1 二进制比特流

功能：
- 为数据链路层提供服务，从数据链路层接收数据，并按规定形式的信号和格式将数据发送。
- 向数据链路层提供数据（把比特流还原为数据链路层可以理解的格式）
数据链路层：负责将上层数据封装成帧

帧：数据链路层完成从物理层到网络层的过度、准备工作

功能：
- 传输管理：为网络层提供低出错率、高可靠性的数据链路
- 流量控制：协调主机和通信设备之间的数据传输率
网络层：负责路由寻址和广播

功能：
- 路由选择与中断
- 控制分组传送系统的操作
- 控制流量，以防网络过于拥挤
- 建立和撤销网络连接
- 根据传输层的要求来选择服务
传输层：负责建立一个可靠的端到端的链接，包括数据核对和初步整理。

功能：
- 建立、维护和撤销传输连接——端到端的连接
- 控制流量，差错控制（使高层收到的数据几乎完整无差错）
- 选择合适的网络层服务以实现其功能
- 提供数据的编号、排序拼接以及重同步功能
会话层：负责建立维护拆除会话，为端系统的应用程序之间提供了对话控制机制。

数据传输的“中间商”角色，负责数据传输的“售后服务”。

功能：
- 提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能
- 管理会话
- 同步数据
注意：传输层和会话层一般结合使用
表示层：表示数据形式，完成对传输数据的转化

功能：
- 代表应用层协商数据表示
- 完成对传输数据的转化，如格式化、加/解密、压缩/解压
应用层：所有应用程序的网络在此展开，确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。

功能：
- 提供OSI用户服务，如事务处理、文件传输、数据检索、网络管理、加密。

计算机网络体系结构通信原理包括两方面：

一是数据通信原理

二是对等会话原理

数据通信原理

发送端自上而下传输（直到物理层），接收端自下而上传输（直到发送端发起通信的层次）
对等会话原理

发送端和接收端只有在对等层才可以进行通信，不同层次传输的数据格式不一样：
- 应用层、表示层和会话层以报文方式传输
- 传输层以报文或者报文分段方式传输
- 网络层以分组方式传输
- 数据链路层以帧方式传输
- 物理层以比特流方式传输
发送端每经过一层（物理层除外）都要在原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

OSI/RM数据通信原理图

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三、TCP/IP简介

TCP/IP概述

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网络接口层

功能

在物理连接（网线和电脑之间）之上，实现逻辑链路（用到的协议）的连接（拨号连接）
接口卡（网卡）：具有物理地址，即MAC地址
SLIP（Serial line Internet Protocol）协议
- 在串行线路上封装IP数据报
- 用于拨号连接
- 缺点：没有差错校验机制
差错校验机制：每一端必须知道对方的IP地址，没有办法把本端的IP地址通知给另一端；如果一条串行线路用于SLIP，那么它不能同时使用其他协议。
数据报：通过网络传输的数据的基本单元，它携带了要从计算机传递到目的的计算机信息。
数据包：是TCP/IP协议通信传输中的数据单位，单个信息被划分为多个数据块，这些数据块被称为包。
路由：路由器从一个接口上接收到数据包，根据数据包的目的地址进行定向并转发到另一个接口的过程。
PPP（Point to Point Protocol）协议
- 用于串行与并行线路上的拨号连接
- 解决SLIP存在的问题
ARP（Address Resolution Protocol）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
  
  每个网卡的硬件地址都是由厂商所提供，而且每个地址都是唯一的，在网络上不允许有重复的硬件地址出现。
- IP地址对应到MAC
  
  通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
RARP（Reverse Address Resolution Protocol）协议

MAC到IP地址

IP地址与MAC地址

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网络互联层

功能

在不同网络之间进行路由寻址、传递数据报
IP（Internet Protocol）协议

无连接、不可靠的协议

负责在主机之间寻址

设定路由
ICMP（Internet Control Message Protocol）协议

报告错误（网络的错误检测，主机故障等）

控制消息

Ping程序

TCP/IP网络互联层

TCMP：在主机与路由器之间传递控制信息。ICMP协议是一种面相无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。

它是一个非常重要的协议，它对于网络安全具有极其重要的意义。

ICMP提供一致易懂的出错报告信息。发送的出错报文返回到发送原数据的设备，因为只有发送设备才是出错报文的逻辑接受者。发送设备随后可根据ICMP报文确定发生错误的类型，并确定如何才能更好地重发失败的数据包。但是ICMP唯一的功能是报告问题而不是纠正错误，纠正错误的任务由发送方完成。

我们在网络中经常会使用到ICMP协议，比如我们经常使用的用于检查网络通不通的Ping命令（Linux和Windows中均有），这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其他的网络命令如跟踪路由的Tracert命令也是基于ICMP协议的。

传输层

建立应用间的端到端连接
- 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
TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议
- 面向连接
- 可靠（三次握手）
- 速度慢
UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议
- 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

端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0到65535

端口有什么用呢？

一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，这些服务完全可以通过1个IP地址来实现。

主机是怎么区分不同的网络服务呢？

显然不能只靠IP地址，因为IP地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区分不同的服务的。

服务器一般都是通过知名端口号来识别的。netstat -a -n

TCP/IP应用层

应用层

主要负责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；解决系统中文传输问题。

以下是常见的应用协议：

FTP：文件传输协议

HTTP：超文本传输协议

DNS：域名系统

Telnet：远程终端协议

IMAP：Internet邮件访问协议

POP3:邮局协议版本3

常见相关协议缩写

TCP:Transmission Control Protocol
IP:Internet Protocol
FTP:File Transfer Protocol
ARP:Address Resolution Protocol
RARP:Reverse Address Resolution Protocol
UDP:User Datagram Protocol
HTTP:Hypertext Transfer Protocol
ICMP:Internet Control Message Protocol
POP3:Post Offfice Protocol version3
IMAP:Internet Mail Access Protocol
PPP:Point to Point Protocol
SLIP:Serial Line Internet Protocol

四、IP地址

IP地址相关知识

IP地址的特点？

IP地址的为32位长

每个IP地址被分成四组，每组8位，用句点隔开

每组数字的大小范围为0—255

? 10000011 01101011 00010001

? 131.107.3.17

IP地址由两部分构成：网络位+主机位

IP类型

每个地址包含两部分：网络和主机。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。

网络类	最高位	网络id	网络数	主机数	网络号范围
A类	0	8位	126	16777214	1～127
B类	10	16位	16384	65534	128~191
C类	110	24位	2097152	254	192~223
D类	1110			广播地址
E类	1111			保留试验

保留地址

网络号

10

127（环路测试，127.0.0.1指本机）

172.16.0.0—172.31.255.255

192.168.x.x
主机号
全0（表示子网）
全1（广播）

子网掩码

掩码

为什么要使用掩码技术

掩码技术的实现方式

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使用子网掩码是为了要区分一个IP地址中的网络地址和主机地址。

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。