計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)任務(wù)1-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)BasicKnowledgeofComputerNetworks演講者：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次模型幾個(gè)重要協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要素1.11.21.31.4本章內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義或含義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從邏輯功能上看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以傳輸信息為基礎(chǔ)目的，用通信線路將多個(gè)計(jì)算機(jī)連接起來的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合，一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成包括傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述從用戶角度看，存在著一個(gè)能為用戶自動(dòng)管理的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。由它調(diào)用完成用戶所調(diào)用的資源，而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)像一個(gè)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，對(duì)用戶是透明的。簡(jiǎn)單的說其實(shí)就是利用通信線路將地理上分散的、具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信設(shè)備按不同的形式連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件及協(xié)議實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類：按照覆蓋范圍分，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、和廣域網(wǎng)（WAN）。局域網(wǎng)（LAN）是一個(gè)高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，它在較小的區(qū)域內(nèi)將若干獨(dú)立的數(shù)據(jù)設(shè)備連接起來，使用戶共享計(jì)算機(jī)資源。局域網(wǎng)的地域范圍一般只有幾公里。局域網(wǎng)的基本組成包括服務(wù)器，客戶機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信介質(zhì)。通常局域網(wǎng)中的線路和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的擁有、使用、管理一般都是屬于用戶所在公司或組織的。城域網(wǎng)：這種網(wǎng)絡(luò)一般來說是在一個(gè)城市，但不在同一地理小區(qū)范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)。這種網(wǎng)絡(luò)的連接距離可以在10~100公里，它采用的是IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)。MAN與LAN相比擴(kuò)展的距離更長(zhǎng)，連接的計(jì)算機(jī)數(shù)量更多，在地理范圍上可以說是LAN網(wǎng)絡(luò)的延伸。在一個(gè)大型城市或都市地區(qū)，一個(gè)MAN網(wǎng)絡(luò)通常連接著多個(gè)LAN網(wǎng)。廣域網(wǎng)（WAN）覆蓋范圍為幾百公里至幾千公里，由終端設(shè)備、節(jié)點(diǎn)交換設(shè)備和傳送設(shè)備組成。一個(gè)廣域網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)常采用分布式網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀機(jī)構(gòu)，在本地網(wǎng)和接入網(wǎng)中通常采用的是樹型或星型鏈接。廣域網(wǎng)的線路與設(shè)備的所有權(quán)和管理權(quán)一般是屬于電信服務(wù)提供商，而不屬于用戶。1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次模型OSI的來源:OSI（OpenSystemInterconnect），即開放式系統(tǒng)互聯(lián)。一般都叫OSI參考模型，是ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）組織在1985年研究的網(wǎng)絡(luò)互連模型。ISO為了更好的使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更為普及，推出了OSI參考模型。其含義就是推薦所有公司使用這個(gè)規(guī)范來控制網(wǎng)絡(luò)。這樣所有公司都有相同的規(guī)范，就能互聯(lián)了。一、OSI（OpenSystemInterconnect）體系結(jié)構(gòu)OSI七層模型的劃分:OSI定義了網(wǎng)絡(luò)互連的七層框架（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層），即ISO開放互連系統(tǒng)參考模型。

每一層實(shí)現(xiàn)各自的功能和協(xié)議，并完成與相鄰層的接口通信。OSI的服務(wù)定義詳細(xì)說明了各層所提供的服務(wù)。某一層的服務(wù)就是該層及其下各層的一種能力，它通過接口提供給更高一層。各層所提供的服務(wù)與這些服務(wù)是怎么實(shí)現(xiàn)的無關(guān)。應(yīng)用層:OSI參考模型中最靠近用戶的一層，是為計(jì)算機(jī)用戶提供應(yīng)用接口，也為用戶直接提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。我們常見應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議有：HTTP，HTTPS，F(xiàn)TP，POP3、SMTP等。表示層：表示層提供各種用于應(yīng)用層數(shù)據(jù)的編碼和轉(zhuǎn)換功能,確保一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層發(fā)送的數(shù)據(jù)能被另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層識(shí)別。如果必要，該層可提供一種標(biāo)準(zhǔn)表示形式，用于將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的多種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成通信中采用的標(biāo)準(zhǔn)表示形式。數(shù)據(jù)壓縮和加密也是表示層可提供的轉(zhuǎn)換功能之一。會(huì)話層：

會(huì)話層就是負(fù)責(zé)建立、管理和終止表示層實(shí)體之間的通信會(huì)話。該層的通信由不同設(shè)備中的應(yīng)用程序之間的服務(wù)請(qǐng)求和響應(yīng)組成。

傳輸層：

傳輸層建立了主機(jī)端到端的鏈接，傳輸層的作用是為上層協(xié)議提供端到端的可靠和透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，包括處理差錯(cuò)控制和流量控制等問題。該層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，使高層用戶看到的只是在兩個(gè)傳輸實(shí)體間的一條主機(jī)到主機(jī)的、可由用戶控制和設(shè)定的、可靠的數(shù)據(jù)通路。我們通常說的，TCPUDP就是在這一層。端口號(hào)既是這里的“端”。網(wǎng)絡(luò)層：本層通過IP尋址來建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接，為源端的運(yùn)輸層送來的分組，選擇合適的路由和交換節(jié)點(diǎn)，正確無誤地按照地址傳送給目的端的運(yùn)輸層。就是通常說的IP層。這一層就是我們經(jīng)常說的IP協(xié)議層。IP協(xié)議是Internet的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)鏈路層：

將比特組合成字節(jié),再將字節(jié)組合成幀,使用鏈路層地址(以太網(wǎng)使用MAC地址)來訪問介質(zhì),并進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。

數(shù)據(jù)鏈路層又分為2個(gè)子層：邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質(zhì)訪問控制子層（MAC）。

MAC子層處理CSMA/CD算法（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)協(xié)議）、數(shù)據(jù)出錯(cuò)校驗(yàn)、成幀等；LLC子層定義了一些字段使上次協(xié)議能共享數(shù)據(jù)鏈路層。在實(shí)際使用中，LLC子層并非必需的。物理層：

實(shí)際最終信號(hào)的傳輸是通過物理層實(shí)現(xiàn)的。通過物理介質(zhì)傳輸比特流。規(guī)定了電平、速度和電纜針腳。常用設(shè)備有（各種物理設(shè)備）集線器、中繼器、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)線、雙絞線、同軸電纜。這些都是物理層的傳輸介質(zhì)。TCP/IP協(xié)議族是一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)，自底而上分別是網(wǎng)絡(luò)接口層、互連網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。每一層完成不同的功能，且通過若干協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，上層協(xié)議使用下層協(xié)議提供的服務(wù)。二、TCP/IP四次模型數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)卡接口的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，以處理數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)（比如以太網(wǎng)、令牌環(huán)等）上的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層兩個(gè)常用的協(xié)議是ARP協(xié)議（AddressResolveProtocol，地址解析協(xié)議）和RARP協(xié)議（ReverseAddressResolveProtocol，逆地址解析協(xié)議）。它們實(shí)現(xiàn)了IP地址和機(jī)器物理地址（通常是MAC地址，以太網(wǎng)、令牌環(huán)和802.11無線網(wǎng)絡(luò)都使用MAC地址）之間的相互轉(zhuǎn)換。1.數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層使用IP地址尋址一臺(tái)機(jī)器，而數(shù)據(jù)鏈路層使用物理地址尋址一臺(tái)機(jī)器，因此網(wǎng)絡(luò)層必須先將目標(biāo)機(jī)器的IP地址轉(zhuǎn)化成其物理地址，才能使用數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)，這就是ARP協(xié)議的用途。RARP協(xié)議僅用于網(wǎng)絡(luò)上的某些無盤工作站。因?yàn)槿狈Υ鎯?chǔ)設(shè)備，無盤工作站無法記住自己的IP地址，但它們可以利用網(wǎng)卡上的物理地址來向網(wǎng)絡(luò)管理者（服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)管理軟件）查詢自身的IP地址。運(yùn)行RARP服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理者通常存有該網(wǎng)絡(luò)上所有機(jī)器的物理地址到IP地址的映射。網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的選路和轉(zhuǎn)發(fā)。WAN（WideAreaNetwork，廣域網(wǎng)）通常使用眾多分級(jí)的路由器來連接分散的主機(jī)或LAN（LocalAreaNetwork，局域網(wǎng)），因此，通信的兩臺(tái)主機(jī)一般不是直接相連的，而是通過多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)（路由器）連接的。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是選擇這些中間節(jié)點(diǎn)，以確定兩臺(tái)主機(jī)之間的通信路徑。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層對(duì)上層協(xié)議隱藏了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接的細(xì)節(jié)，使得在傳輸層和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序看來，通信的雙方是直接相連的。2.網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層最核心的協(xié)議是IP協(xié)議（InternetProtocol，因特網(wǎng)協(xié)議）。IP協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的IP地址來決定如何投遞它。如果數(shù)據(jù)包不能直接發(fā)送給目標(biāo)主機(jī)，那么IP協(xié)議就為它尋找一個(gè)合適的下一跳（nexthop）路由器，并將數(shù)據(jù)包交付給該路由器來轉(zhuǎn)發(fā)。多次重復(fù)這一過程，數(shù)據(jù)包最終到達(dá)目標(biāo)主機(jī)，或者由于發(fā)送失敗而被丟棄?？梢?，IP協(xié)議使用逐跳（hopbyhop）的方式確定通信路徑。網(wǎng)絡(luò)層另外一個(gè)重要的協(xié)議是ICMP協(xié)議（InternetControlMessageProtocol，因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）。它是IP協(xié)議的重要補(bǔ)充，主要用于檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接。傳輸層為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端（endtoend）的通信。與網(wǎng)絡(luò)層使用的逐跳通信方式不同，傳輸層只關(guān)心通信的起始端和目的端，而不在乎數(shù)據(jù)包的中轉(zhuǎn)過程。3.傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層（驅(qū)動(dòng)程序）封裝了物理網(wǎng)絡(luò)的電氣細(xì)節(jié)；網(wǎng)絡(luò)層封裝了網(wǎng)絡(luò)連接的細(xì)節(jié)；傳輸層則為應(yīng)用程序封裝了一條端到端的邏輯通信鏈路，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)、鏈路的超時(shí)重連等。TCP協(xié)議（TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議）為應(yīng)用層提供可靠的、面向連接的和基于流（stream）的服務(wù)。TCP協(xié)議使用超時(shí)重傳、數(shù)據(jù)確認(rèn)等方式來確保數(shù)據(jù)包被正確地發(fā)送至目的端，因此TCP服務(wù)是可靠的。使用TCP協(xié)議通信的雙方必須先建立TCP連接，并在內(nèi)核中為該連接維持一些必要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如連接的狀態(tài)、讀寫緩沖區(qū)，以及諸多定時(shí)器等。當(dāng)通信結(jié)束時(shí)，雙方必須關(guān)閉連接以釋放這些內(nèi)核數(shù)據(jù)。TCP服務(wù)是基于流的?；诹鞯臄?shù)據(jù)沒有邊界（長(zhǎng)度）限制，它源源不斷地從通信的一端流入另一端。發(fā)送端可以逐個(gè)字節(jié)地向數(shù)據(jù)流中寫入數(shù)據(jù)，接收端也可以逐個(gè)字節(jié)地將它們讀出。UDP協(xié)議（UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）則與TCP協(xié)議完全相反，它為應(yīng)用層提供不可靠、無連接和基于數(shù)據(jù)報(bào)的服務(wù)?！安豢煽俊币馕吨鳸DP協(xié)議無法保證數(shù)據(jù)從發(fā)送端正確地傳送到目的端。如果數(shù)據(jù)在中途丟失，或者目的端通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而將其丟棄，則UDP協(xié)議只是單地通知應(yīng)用程序發(fā)送失敗。因此，使用UDP協(xié)議的應(yīng)用程序通常要自己處理數(shù)據(jù)確認(rèn)、超時(shí)重傳等邏輯。UDP協(xié)議是無連接的，即通信雙方不保持一個(gè)長(zhǎng)久的聯(lián)系，因此應(yīng)用程序每次發(fā)送數(shù)據(jù)都要明確指定接收端的地址（IP地址等信息）?；跀?shù)據(jù)報(bào)的服務(wù)，是相對(duì)基于流的服務(wù)而言的。每個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)都有一個(gè)長(zhǎng)度，接收端必須以該長(zhǎng)度為最小單位將其所有內(nèi)容一次性讀出，否則數(shù)據(jù)將被截?cái)?。?yīng)用層負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序的邏輯。數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)通信細(xì)節(jié)，這部分必須既穩(wěn)定又高效，因此它們都在內(nèi)核空間中實(shí)現(xiàn)。而應(yīng)用層則在用戶空間實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗?fù)責(zé)處理眾多邏輯，比如文件傳輸、名稱查詢和網(wǎng)絡(luò)管理等。如果應(yīng)用層也在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，則會(huì)使內(nèi)核變得非常龐大。當(dāng)然，也有少數(shù)服務(wù)器程序是在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的，這樣代碼就無須在用戶空間和內(nèi)核空間來回切換（主要是數(shù)據(jù)的復(fù)制），極大地提高了工作效率。不過這種代碼實(shí)現(xiàn)起來較復(fù)雜，不夠靈活，且不便于移植。4.應(yīng)用層ping是應(yīng)用程序，而不是協(xié)議，前面說過它利用ICMP報(bào)文檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接，是調(diào)試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的必備工具。telnet協(xié)議是一種遠(yuǎn)程登錄協(xié)議，它使我們能在本地完成遠(yuǎn)程任務(wù)。OSPF（OpenShortestPathFirst，開放最短路徑優(yōu)先）協(xié)議是一種動(dòng)態(tài)路由更新協(xié)議，用于路由器之間的通信，以告知對(duì)方各自的路由信息。DNS（DomainNameService，域名服務(wù)）協(xié)議提供機(jī)器域名到IP地址的轉(zhuǎn)換。應(yīng)用層協(xié)議（或程序）可能跳過傳輸層直接使用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)，比如ping程序和OSPF協(xié)議。應(yīng)用層協(xié)議（或程序）通常既可以使用TCP服務(wù)，又可以使用UDP服務(wù)，比如DNS協(xié)議。我們可以通過/etc/services文件查看所有知名的應(yīng)用層協(xié)議，以及它們都能使用哪些傳輸層服務(wù)。OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的概念清楚,理論也比較完整,但它既復(fù)雜又不實(shí)用。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)則不同，但它卻得到了非常廣泛的應(yīng)用。TCP/IP是一個(gè)四層的體系結(jié)構(gòu)，它包含應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層（用網(wǎng)際層這個(gè)名字是強(qiáng)調(diào)這一層是為了解決不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題）。不過從實(shí)質(zhì)上講，TCP/IP只有最上面的三層，因?yàn)樽钕旅娴木W(wǎng)絡(luò)接口層并沒有什么具體內(nèi)容。因此在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的原理時(shí)往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/IP的優(yōu)點(diǎn)，采取一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，這樣既簡(jiǎn)潔又能將概念闡述清楚。有時(shí)為了方便，也可把最底下兩層稱為網(wǎng)絡(luò)接口層。五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)知識(shí)為了介紹網(wǎng)絡(luò)原理而設(shè)計(jì)的,實(shí)際應(yīng)用還是采用TCP/IP四層體系結(jié)構(gòu)。三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)五層結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用層是體系結(jié)構(gòu)中的最高層。應(yīng)用層的任務(wù)是通過應(yīng)用進(jìn)程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。應(yīng)用層協(xié)議定義的是應(yīng)用進(jìn)程間通信和交互的規(guī)則。這里的進(jìn)程就是主機(jī)中正在運(yùn)行的程序。對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要不有不同的應(yīng)用層協(xié)議。在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層協(xié)議很多，如域名DNS，支持萬維網(wǎng)應(yīng)用的HTTP協(xié)議，支持電子郵件的SMTP協(xié)議，等等。我們把應(yīng)用層的數(shù)據(jù)單元稱為報(bào)文(messgae)。1.應(yīng)用層運(yùn)輸層的任務(wù)就是負(fù)責(zé)向兩臺(tái)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。應(yīng)用進(jìn)程利用該服務(wù)穿上那個(gè)應(yīng)用層報(bào)文。所謂通用的，是指并不針對(duì)某個(gè)特定網(wǎng)路應(yīng)用，而是多種應(yīng)用可以使用同一個(gè)運(yùn)輸層服務(wù)。由于一臺(tái)主機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，因此運(yùn)輸層有復(fù)用和分用的功能。復(fù)用就是多個(gè)應(yīng)用層進(jìn)程可同時(shí)使用下面運(yùn)輸層的服務(wù)，分用和復(fù)用相反，是運(yùn)輸層把收到的信息分別交付給上面應(yīng)用層的相關(guān)進(jìn)程。2.運(yùn)輸層盡最大努力為數(shù)據(jù)包選擇最佳路徑，是數(shù)據(jù)包達(dá)到目的地。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層把運(yùn)輸層產(chǎn)生的報(bào)文段或者用戶數(shù)據(jù)報(bào)封裝成分組或者包進(jìn)行傳送。在TCP/IP體系中，由于網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，因此分組也叫作IP數(shù)據(jù)報(bào)，或簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)報(bào)。網(wǎng)絡(luò)層的另一個(gè)任務(wù)就是選擇合適的路由，是源主機(jī)運(yùn)輸層所傳下來的分組，能夠通過網(wǎng)絡(luò)中的路由器來找到目的主機(jī)?；ヂ?lián)網(wǎng)是有大量的異構(gòu)(heterogeneous)網(wǎng)絡(luò)來通過路由器(Router)相互連接起來的?；ヂ?lián)網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是無連接的網(wǎng)際協(xié)議IP(InternetProtocol)和許多路由選擇協(xié)議,因此互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層也叫作網(wǎng)際層或IP層。3.網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層通常簡(jiǎn)稱為鏈路層。我們知道，兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，總是在一段一段的鏈路上傳送的,這就需要使用專門的鏈路層的協(xié)議。在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層量網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀(frameing),在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路上傳送幀,每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差錯(cuò)信息等)。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，控制信息使接收端能夠知道一個(gè)幀從哪個(gè)比特開始到哪個(gè)比特結(jié)束，這樣數(shù)據(jù)鏈路層在收到一個(gè)幀后，就可從中提取數(shù)據(jù)部分，上交到網(wǎng)絡(luò)層。控制信息還能使接收端能夠檢測(cè)到所收到的幀中有無差錯(cuò)。如發(fā)現(xiàn)有差錯(cuò)，數(shù)據(jù)鏈路層就簡(jiǎn)單的丟棄了這個(gè)出了差錯(cuò)的幀，以免繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸下去白白的浪費(fèi)資源。如果需要改正數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路層傳輸時(shí)出現(xiàn)的差錯(cuò)(這就是說,數(shù)據(jù)鏈路層不僅要檢錯(cuò),還要糾錯(cuò))，那么就可以采用可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來糾正出現(xiàn)的差錯(cuò)。這種方法會(huì)使數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議復(fù)雜些。4.數(shù)據(jù)鏈路層在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特(bit)。發(fā)送方發(fā)送1或者0時(shí)，接收方應(yīng)該接收相同的1或者0，因此物理層要考慮用多大的電壓代表"1"或者"0",以及接收方如何識(shí)別發(fā)送方所發(fā)出的比特。物理層還要確定連接電纜的插頭應(yīng)當(dāng)有多少根引腳以及各引腳如何連接。當(dāng)然解釋比特代表的意思，就不是物理層的任務(wù)。請(qǐng)注意，傳遞信息所利用的一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線信道等，并不是物理層協(xié)議之內(nèi)而是在物理層協(xié)議的下面。因此也有人把物理層當(dāng)做第0層。5.物理層1.3幾個(gè)重要協(xié)議IP4地址表示方法：目前最流行的就是IPv4，有十進(jìn)制和二進(jìn)制兩種表示方法。分別是：點(diǎn)分四組十進(jìn)制。每一組范圍是[0~255]，如：55；二進(jìn)制。如：111111111111111111111111111111111.IP協(xié)議ipV6地址表示法：IPv6地址長(zhǎng)度是128位，由8塊（或8個(gè)字段）組成，每一塊都包含四個(gè)16進(jìn)制數(shù)，每塊由冒號(hào)分隔。有以下特點(diǎn)：1、一個(gè)塊中前導(dǎo)的0不必書寫。2、全0的塊可以省略，并用符號(hào)::代替。3、IPv6可以兼容IPv4地址，即可以用IPv6格式表示IPv4地址。表示方式為：IPv6塊值為ffff，其后面緊跟“點(diǎn)分四組”的格式。如：::ffff:可以代表IPv4：4、IPv6的低32位通常采用點(diǎn)分四組（就是上面那樣）的表示法分類尋址（網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)）在最初定義Internet地址結(jié)構(gòu)時(shí)，每個(gè)單播IP地址都有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)部分，用于識(shí)別接口使用的IP地址在哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可被發(fā)現(xiàn)；以及一個(gè)主機(jī)地址，用于識(shí)別由網(wǎng)絡(luò)部分給出的網(wǎng)絡(luò)中的特定主機(jī)。因此，地址中的一些連續(xù)位稱為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，其余連續(xù)位稱為主機(jī)號(hào)?；谏鲜龇诸惙椒ǎ琁Pv4地址按照網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)的長(zhǎng)度被分為五大類。A、B、C類用于為Internet（單播地址）中的設(shè)備接口分配地址，以及其他特殊情況下使用。類由地址中的頭幾位來定義：0為A類，10為B類，110為C類，1110為D類，1111為E類。D類地址供組播使用，E類地址保留子網(wǎng)尋址（細(xì)分主機(jī)號(hào)）在初始的網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將主機(jī)號(hào)劃分為子網(wǎng)號(hào)+主機(jī)號(hào)，這樣就可以在不改變核心路由基礎(chǔ)的前提下細(xì)分網(wǎng)絡(luò)。這種方法被稱為子網(wǎng)尋址。子網(wǎng)尋址改變了最初一個(gè)IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分的限制，但這樣做只是針對(duì)一個(gè)站點(diǎn)自身而言，Internet的其余部分仍然只能看到傳統(tǒng)的A~E的網(wǎng)絡(luò)。從本質(zhì)上來說，子網(wǎng)尋址為IP地址結(jié)構(gòu)增加了一個(gè)額外部分，但它沒有為地址增加長(zhǎng)度。因此，一個(gè)站點(diǎn)管理員能在子網(wǎng)數(shù)和每個(gè)子網(wǎng)中預(yù)期的主機(jī)數(shù)之間靈活劃分，不需要與其他站點(diǎn)協(xié)調(diào)。子網(wǎng)尋址提供這種靈活性的代價(jià)是增加成本。由于當(dāng)前的子網(wǎng)字段和主機(jī)字段是由站點(diǎn)指定而不是由網(wǎng)絡(luò)號(hào)分類決定，一個(gè)站點(diǎn)中所有路由器和主機(jī)需要一種新的方式來確定地址中的子網(wǎng)部分和其中的主機(jī)部分。在出現(xiàn)子網(wǎng)之前，這個(gè)信息可直接從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)中獲得，只需知道是A類、B類或C類地址。子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼（subnetmask）是由一臺(tái)主機(jī)或路由器使用的分配位，以確定如何從一臺(tái)主機(jī)對(duì)應(yīng)IP地址中獲得網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)信息。IP子網(wǎng)掩碼與對(duì)應(yīng)的IP地址長(zhǎng)度相同（IPv4為32位，IPv6為128位）。將ip地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行“按位與”運(yùn)算，就能得出用于路由的“子網(wǎng)標(biāo)識(shí)符”，如：ip地址：4對(duì)應(yīng)二進(jìn)制：10000000001000000000000100001110掩碼地址：對(duì)應(yīng)二進(jìn)制：11111111111111111111111100000000子網(wǎng)標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)二進(jìn)制：10000000001000000000000100000000通過上面的運(yùn)算我們可以看出：4這個(gè)地址屬于子網(wǎng)“”。以ip地址4為例，尋找對(duì)應(yīng)主機(jī)的整個(gè)流程可以如下所示：1、某個(gè)站點(diǎn)申請(qǐng)到了一個(gè)B類網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)：128.32.x.x2、然后該站點(diǎn)的管理員決定使用“”作為該站點(diǎn)的子網(wǎng)掩碼。這樣就該站點(diǎn)有多少個(gè)子網(wǎng)劃分好了（一旦決定使用該子網(wǎng)掩碼，通過計(jì)算就能知道，將該站點(diǎn)劃分了256個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)里有254臺(tái)主機(jī)（因?yàn)槊總€(gè)子網(wǎng)的第一個(gè)和最后一個(gè)地址無效））3、然后為每一個(gè)子網(wǎng)中的主機(jī)都安排好ip地址。4、假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)訪問，請(qǐng)求訪問ip地址45、先根據(jù)該ip地址的二進(jìn)制前幾位，發(fā)現(xiàn)該地址是一個(gè)B類網(wǎng)，所以網(wǎng)絡(luò)號(hào)有16位，也就是說128.32是它的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。于是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)號(hào)128.32找到該站點(diǎn)。6、該站點(diǎn)邊界路由器將該ip與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行“按位與”運(yùn)算，發(fā)現(xiàn)子網(wǎng)標(biāo)識(shí)符為（即128.32.1，后面的.0不存在，因?yàn)槊總€(gè)子網(wǎng)的第一個(gè)和最后一個(gè)地址無效）7、找到子網(wǎng)128.32.1后，再根據(jù).14找到主機(jī)。IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議，其主要包含兩個(gè)方面：IP頭部信息。IP頭部信息出現(xiàn)在每個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)中，用于指定IP通信的源端IP地址、目的端IP地址，指導(dǎo)IP分片和重組，以及指定部分通信行為。IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)生在除目標(biāo)機(jī)器之外的所有主機(jī)和路由器上。它們決定數(shù)據(jù)報(bào)是否應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)以及如何轉(zhuǎn)發(fā)。IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族的動(dòng)力，它為上層協(xié)議提供無狀態(tài)、無連接、不可靠的服務(wù)。IP協(xié)議的一個(gè)核心任務(wù)是數(shù)據(jù)報(bào)的路由，即決定發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)到目標(biāo)機(jī)器的路徑。IP協(xié)議提供了IP地址，并將源目IP地址夾帶在通信數(shù)據(jù)包里面，為路由器指明通信方向；IP協(xié)議只能指明數(shù)據(jù)包的源目通信方即"這是誰的送給誰的"，但不能保證數(shù)據(jù)包一定能到達(dá)對(duì)方，數(shù)據(jù)是否會(huì)被丟棄以及丟棄之后如何處理。所以，上面才有這句："IP協(xié)議提供面向無連接不可靠傳輸功能"。那么，如果出現(xiàn)丟包且需要重傳時(shí)，誰來解決呢？這就需要TCP/IP協(xié)議棧另外一個(gè)"半壁江山"來實(shí)現(xiàn)：TCP協(xié)議能解決以上這些IP協(xié)議不能實(shí)現(xiàn)的功能。TCP(TransmissionControlProtocol傳輸控制協(xié)議)是一種面向連接(連接導(dǎo)向)的、可靠的、基于IP的傳輸層協(xié)議。TCP協(xié)議的特點(diǎn)（1）TCP協(xié)議是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議：在數(shù)據(jù)傳輸前必須建立連接，數(shù)據(jù)傳輸之后釋放連接。（2）TCP提供可靠交付的服務(wù)：所謂可靠是指在傳輸過程中無重復(fù)，無丟失，無錯(cuò)誤。但是同時(shí)會(huì)增加開銷。2.TCP協(xié)議（3）每一條連接都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接（一對(duì)一）（4）面向字節(jié)流：所謂字節(jié)流指的是以傳輸過程中流入進(jìn)程和流出進(jìn)程的字節(jié)序列，雖然傳輸過程中是一個(gè)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，但這只是為了方便傳輸，之后在目的端重新裝配。（5）TCP提供全雙工通信：所謂全雙工是指一端既可以是客戶端，也可以是服務(wù)器。TCP提供的可靠傳輸而使用的方式是序號(hào)，確認(rèn)號(hào)，超時(shí)重傳，滑動(dòng)窗口等可靠傳輸機(jī)制。A繼續(xù)發(fā)送42-53.A的窗口已經(jīng)發(fā)完但是沒有確認(rèn)，所以停止發(fā)送。用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP，UserDatagramProtocol）為應(yīng)用程序提供了一種無需建立連接就可以發(fā)送封裝的IP數(shù)據(jù)報(bào)的方法。UDP是一種保留消息邊界的簡(jiǎn)單的面向數(shù)據(jù)報(bào)的協(xié)議。UDP不提供差錯(cuò)糾正、隊(duì)列管理、重復(fù)消除、流量控制和擁塞控制，但提供差錯(cuò)檢測(cè)（包含我們?cè)趥鬏攲又信龅降牡谝粋€(gè)真實(shí)的端到端（end-to-end）校驗(yàn)和）。這種協(xié)議自身提供最小功能，因此使用它的應(yīng)用程序要做許多關(guān)于數(shù)據(jù)報(bào)如何發(fā)送和處理的控制工作。想要保證數(shù)據(jù)被可靠傳遞或正確排序，應(yīng)用程序必須自己實(shí)現(xiàn)這些保護(hù)功能。一般來說，每個(gè)被應(yīng)用程序請(qǐng)求的UDP輸出操作只產(chǎn)生一個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)，從而發(fā)送一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)。而對(duì)于面向數(shù)據(jù)流的傳輸層協(xié)議（例如TCP），應(yīng)用程序?qū)懭氲娜繑?shù)據(jù)與真正在單個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)里傳送的或接收方接收的內(nèi)容可能沒有聯(lián)系。3.UDP協(xié)議UDP的主要特點(diǎn)UDP是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接，因此減少了開銷和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時(shí)延。UDP使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，因此主機(jī)不需要維持復(fù)雜的連接狀態(tài)表。UDP是面向報(bào)文的。發(fā)送方的UDP對(duì)應(yīng)用程序交下來的報(bào)文，在添加首部后就向下交付IP層。UDP對(duì)應(yīng)用層交下來的報(bào)文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報(bào)文的邊界。因此，應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報(bào)文。UDP沒有擁塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。很多的實(shí)時(shí)應(yīng)用（如IP電話、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等）要去源主機(jī)以恒定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，并且允許在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)丟失一些數(shù)據(jù)，但卻不允許數(shù)據(jù)有太多的時(shí)延。UDP正好符合這種要求。UDP支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一和多對(duì)多的交互通信。UDP的首部開銷小，只有8個(gè)字節(jié)，比TCP的20個(gè)字節(jié)的首部要短。當(dāng)運(yùn)輸層從IP層收到UDP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，根據(jù)目的端口，通過相應(yīng)的端口上交給應(yīng)用進(jìn)程。什么是DNS協(xié)議？<1>DNS協(xié)議就是用來將域名解析到IP地址的一種協(xié)議，當(dāng)然，也可以將IP地址轉(zhuǎn)換為域名的一種協(xié)議。<2>DNS協(xié)議基于UDP和TCP協(xié)議的，端口號(hào)53，用戶到服務(wù)器采用UDP，DNS服務(wù)器通信采用TCP<3>大型運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)等會(huì)向公眾提供免費(fèi)的DNS服務(wù)，例如，谷歌的，阿里巴巴，<4>如果DNS服務(wù)器down掉了，那么你只能通過IP地址來訪問服務(wù)了。<5>我們從以下幾部分來理解DNS協(xié)議：域名結(jié)構(gòu)，域名服務(wù)器，域名查詢。，4.DNS協(xié)議域名結(jié)構(gòu)像Linux目錄結(jié)構(gòu)一樣，現(xiàn)代因特網(wǎng)采用層次樹狀結(jié)構(gòu)的命名方法，任何一個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)或路由器，都有一個(gè)唯一的層次結(jié)構(gòu)的名字，該名字稱為域名。例如：從右邊的com是頂級(jí)域名，到左依次是：二級(jí)域名，三級(jí)域名，四級(jí)域名域名的分級(jí)：域名可以劃分為各個(gè)子域，子域還可以繼續(xù)劃分為子域的子域，這樣就形成了頂級(jí)域、二級(jí)域、三級(jí)域等。其中頂級(jí)域名分為：國(guó)家頂級(jí)域名、通用頂級(jí)域名。國(guó)家頂級(jí)域名：中國(guó):cn，美國(guó):us，英國(guó)uk；通用頂級(jí)域名：com公司企業(yè)edu教育機(jī)構(gòu)gov政府部門int國(guó)際組織mil軍事部門net網(wǎng)絡(luò)org非盈利組織域名服務(wù)器域名服務(wù)器主要分為：根域名服務(wù)器、頂級(jí)域名服務(wù)器、權(quán)限域名服務(wù)器、本地域名服務(wù)器。先舉個(gè)例子來看一下各個(gè)服務(wù)器之間的聯(lián)系：當(dāng)一個(gè)應(yīng)用要通過DNS來查詢某個(gè)主機(jī)名，比如的ip時(shí)，粗略地說，查詢過程是這樣的：它先與根服務(wù)器之一聯(lián)系，根服務(wù)器根據(jù)頂級(jí)域名com，會(huì)響應(yīng)命名空間為com的頂級(jí)域服務(wù)器的ip；于是該應(yīng)用接著向com頂級(jí)域服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，com頂級(jí)域服務(wù)器會(huì)響應(yīng)命名空間為的權(quán)威DNS服務(wù)器的ip地址；最后該應(yīng)用將請(qǐng)求命名空間為的權(quán)威DNS服務(wù)器，該權(quán)威DNS服務(wù)器會(huì)響應(yīng)主機(jī)名為的ip。實(shí)際上，除了上圖層次結(jié)構(gòu)中所展示的DNS外，還有一類與我們接觸更為密切的DNS服務(wù)器，它們是本地DNS服務(wù)器，我們經(jīng)常在電腦上配置的DNS服務(wù)器通常就是此類。它們一般由某公司，某大學(xué)，或某居民區(qū)提供，如和14等。DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議），前身是BOOTP協(xié)議，是一個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用UDP協(xié)議工作，統(tǒng)一使用兩個(gè)IANA(TheInternetAssignedNumbersAuthority，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu))分配的端口：67（服務(wù)器端），68（客戶端）。DHCP通常被用于局域網(wǎng)環(huán)境，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使client動(dòng)態(tài)的獲得IP地址、Gateway地址、DNS服務(wù)器地址等信息，并能夠提升地址的使用率。簡(jiǎn)單來說，DHCP就是一個(gè)不需要賬號(hào)密碼登錄的、自動(dòng)給內(nèi)網(wǎng)機(jī)器分配IP地址等信息的協(xié)議。DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol),動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議，是一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。當(dāng)我們將客戶主機(jī)ip地址設(shè)置為動(dòng)態(tài)獲取方式時(shí)，DHCP服務(wù)器就會(huì)根據(jù)DHCP協(xié)議給客戶端分配IP，使得客戶機(jī)能夠利用這個(gè)IP上網(wǎng)。5.DHCP協(xié)議DHCP的實(shí)現(xiàn)分為4步，分別是：

第一步：Client端在局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)起一個(gè)DHCPDiscover包，目的是想發(fā)現(xiàn)能夠給它提供IP的DHCPServer。

第二步：可用的DHCPServer接收到Discover包之后，通過發(fā)送DHCPOffer包給予Client端應(yīng)答，意在告訴Client端它可以提供IP地址。

第三步：Client端接收到Offer包之后，發(fā)送DHCPRequest包請(qǐng)求分配IP。

第四步：DHCPServer發(fā)送ACK數(shù)據(jù)包，確認(rèn)信息。公有IP地址：也叫全局地址，是指合法的IP地址，它是由NIC（網(wǎng)絡(luò)信息中心）或者ISP(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商)分配的地址，對(duì)外代表一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部局部地址，是全球統(tǒng)一的可尋址的地址。私有IP地址：也叫內(nèi)部地址，屬于非注冊(cè)地址，專門為組織機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用。因特網(wǎng)分配編號(hào)委員會(huì)（IANA）保留了3塊IP地址做為私有IP地址：———55，———55，———55地址池：地址池是有一些外部地址（全球唯一的IP地址）組合而成，我們稱這樣的一個(gè)地址集合為地址池。在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包通過地址轉(zhuǎn)換到達(dá)外部網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將會(huì)在地址池中選擇某個(gè)IP地址作為數(shù)據(jù)包的源IP地址，這樣可以有效的利用用戶的外部地址，提高訪問外部網(wǎng)絡(luò)的能力。6.NAT協(xié)議NAT英文全稱是“NetworkAddressTranslation”，中文意思是“網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換”，它是一個(gè)IETF(InternetEngineeringTaskForce,Internet工程任務(wù)組)標(biāo)準(zhǔn)，允許一個(gè)整體機(jī)構(gòu)以一個(gè)公用IP（InternetProtocol）地址出現(xiàn)在Internet上。顧名思義，它是一種把內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò)地址（IP地址）翻譯成合法網(wǎng)絡(luò)IP地址的技術(shù)，如下圖所示。因此我們可以認(rèn)為，NAT在一定程度上，能夠有效的解決公網(wǎng)地址不足的問題。簡(jiǎn)單地說，NAT就是在局域網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中使用內(nèi)部地址，而當(dāng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)要與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊時(shí)，就在網(wǎng)關(guān)處，將內(nèi)部地址替換成公用地址，從而在外部公網(wǎng)（internet）上正常使用。NAT可以使多臺(tái)計(jì)算機(jī)共享Internet連接，這一功能很好地解決了公共IP地址緊缺的問題。通過這種方法，可以只申請(qǐng)一個(gè)合法IP地址，就把整個(gè)局域網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)接入Internet中。這時(shí)，NAT屏蔽了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)部網(wǎng)計(jì)