[网络协议]计算机网络知识梳理

计算机网络的历史

第一代：50年代中至六十年代初，以单计算机为中心的联机系统。

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。

第三代：70年代中至80年代末，计算机网络进入标准化发展。

1.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；
• 所有网络节点都同等重要；
• 必须有冗余的路由；
• 网络结构尽可能简单，但能非常可靠地传送数据；

由于技术上的不足，使用具有相同厂家，相同型号的计算机之间可以进行数据通信，但不同厂家、不同型号的计算机之间无法进行数据通信。

2.TCP/TP协议

使得不通计算机之间得以实现数据通信

基于TCP/IP的4.2BSD（Uinx系统）

不同网络之间的通信

3.ISO的OSI/RM规范

第四代：（90年代至今）国际化的互联网诞生与发展

由于ARPANET网络的维护费用日益高昂，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是的家庭用户可方便方位Internet

ISO的OSI/RM规范

1984年，ISO推出因特网的协议规范OSI/RM（Open Systems Interconnection/Refernce 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
  • 所有应用程序的网络在此展开，确定进程之间的通信性质，以满足用户需求
  • 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
• 表示层 Presentation
  • 表示数据形式，完成对传输数据的转化
  • 代表应用层写上数据表示
  • 完成对传输数据的转化，如格式化、加密、解密、压缩、解压缩
• 会话层 Session
  • 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“售后服务”
  • 提供两进程之间的建立、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
• 传输层 Transport
  • 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
  • 建立、维护和撤销传输连接——端对端连接
  • 控制流量，差错控制（使用高层收到的数据几乎完整无差错）
  • 选择合适的网路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
• 网络层 Network
  • 负责路由寻址（数据包定向传送）和广播
  • 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
• 数据链路层 Data Link
  • 负责将上层数据封装成帧
  • 为网络层提供低出错率、高可靠性的数据链路
  • 协调主机和通信设备之间的数据传输率
• 物理层 Physical
  • 只负责传输0 1二进制比特流
  • 为数据链路层提供服务，从数据链路层接收数据，并按照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）

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：发送端是自上而下传输（直到物理层），接收端是自下而上传输（直到发送端的发起通信的层次）

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
• 数据链路层一帧方式传输
• 物理层以比特流方式传输

发送端没经过一层（物理层除外）都要在原数据上进行协议封装，即最前面加装一个被蹭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。

TCP/IP概述

1. 网络接口层

   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，那么他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计算机的信息。

   • 数据包：是TCP/IP协议通信传输中的数据单位，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，每个网卡都有一个唯一的硬件地址

   • RARP（Reverse Address Resolution Protocol）协议

     • 反向地址解析——MAC到IP地址

2. 网络互联层

   • 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

     

3. 传输层

   • 奖励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

     • 不用的应用协议有不同的端口号

     • 端口号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。

     • 服务器一般都是通过知名端口号来识别的。netstat -a -n

4. 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；解决系统中文件传输问题。
   • 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

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