网络基础知识“大”科普，别错过重点哦！

网络是整个IT的基础，而TCP/IP协议毫无疑问是互联网的基础协议，没有它就根本不可能设备互联及互联网的访问，任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。不管是OSI七层模型还是TCP/IP的四层、五层模型，每一层中都要自己的专属协议，完成自己相应的工作以及与上下层级之间进行沟通。

Part A 网络基础模型

（1）物理层（Physical Layer）

激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层记住两个重要的设备名称，中继器（Repeater，也叫放大器）和集线器。

（2）数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

有关数据链路层的重要知识点：

a> 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；

b> 基本数据单位为帧；

c> 主要的协议：以太网协议；

d> 两个重要设备名称：网桥和交换机。

（3）网络层（Network Layer）

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是“路径选择、路由及逻辑寻址”。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结，有关网络层的重点为：

a> 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能；

b> 基本数据单位为IP数据报；

c> 包含的主要协议：

• IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;
• ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;
• ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;
• RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。

d> 重要的设备：路由器。

（4）传输层（Transport Layer）

第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。

传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

有关网络层的重点：

a> 传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；

b> 包含的主要协议：TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）；

c> 重要设备：网关。

（5）会话层

会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。

（6）表示层

表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。

（7）应用层

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

会话层、表示层和应用层重点：

a> 数据传输基本单位为报文；

b> 包含的主要协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（远程登录协议）、DNS（域名解析协议）、SMTP（邮件传送协议），POP3协议（邮局协议），HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol）。

Part B 传输方式分类

一、面向有连接，面向无连接

（1）面向有连接：通信双方在收发数据前，需要在收发主机间连接一条通信线路。如TCP。

（2）面向无连接：不需要预先建立起一个联络两个通信节点的连接来，需要通信的时候，发送节点就可以往“网络”上送出信息，让信息自主地在网络上去传，一般在传输的过程中不再加以监控，让该信息的传递在网上尽力而为地往目的地节点传送。如UDP。

二、电路交换，分组交换

（1）电路交换：独占线路，线路中可以加入交换机负责数据中转。只有一台主机传输结束后，另一台主机才能开始传输。

（2）分组交换：将大数据分割成小块的数据包，称作报文，把源主机地址和目的主机地址，分组序号写进报文头

三、根据接收端的数量区分

（1）单播（Unicast）：可以理解为一个人对另外一个人说话，，此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行。

单播的优点：

a）服务器及时响应客户机的请求

b）服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据，容易实现个性化服务。

单播的缺点：

a）服务器针对每个客户机发送数据流，服务器流量＝客户机数量×客户机流量；在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。

b）现有的网络带宽是金字塔结构，城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5％。如果全部使用单播协议，将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞。而将主干扩展20倍几乎是不可能。

（2）广播（Broadcast）：

可以理解为一个人通过广播喇叭对在场的全体说话，这样做的好处是通话效率高，信息一下子就可以传递到全体。

广播的优点：

a）网络设备简单，维护简单，布网成本低廉

b）由于服务器不用向每个客户机单独发送数据，所以服务器流量负载极低。

广播的缺点：

a）无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。

b）网络允许服务器提供数据的带宽有限，客户端的最大带宽＝服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道（如果采用数字压缩技术，理论上可以提供500个频道），即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干，也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。

c）广播禁止允许在Internet宽带网上传输。

（3）多播（Muticast）：

“多播”可以理解为一个人向多个人（但不是在场的所有人）说话，这样能够提高通话的效率。如果你要通知特定的某些人同一件事情，但是又不想让其他人知道，使用电话一个一个地通知就非常麻烦，而使用日常生活的大喇叭进行广播通知，就达不到只通知个别人的目的了，此时使用“多播”来实现就会非常方便快捷，但是现实生活中多播设备非常少。

组播的优点：

a）需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流，节省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。

b）由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发，所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个组播，所以其提供的服务可以非常丰富。

c）此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。

组播的缺点：

a）与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错包后难以弥补，但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。

b）现行网络虽然都支持组播的传输，但在客户认证、QOS等方面还需要完善，这些缺点在理论上都有成熟的解决方案，只是需要逐步推广应用到现存网络当中。

（4）任播（Anycast）：

从目标主机群中选择一台复合网络条件的主机作为目标主机，被选中的主机返回一个单播信号，发送段至于这台主机通信（DNS解析器）

Part C 名词解释

一、地址

A.基础

网络通信的每一层是用的地址都不尽相同：Tcp/Ip通信使用MAC地址，IP地址，端口号作为地址标识

（1）地址具备唯一性

（2）地址具备分段性，便于查找

传输速率与吞吐量

（1）传输速率：2个设备间数据流动的物理速度称为传输速率

（2）严格来讲，某个传输媒介中信号的流动速度使恒定的，即时数据链路的传输速度忽快忽慢，物理信号的传输速度并不会变化，传输速率高，不是指单位数据流动的速度快，而是指单位时间传输的数据量大。就像行车速度一致，车道少就无法让更多车辆通行 传输速率又称带宽

B.子网掩码

子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为0代表主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。

在计算子网掩码时，我们要注意IP地址中的保留地址，即“ 0”地址和广播地址，它们是指主机地址或网络地址全为“ 0”或“ 1”时的IP地址，它们代表着本网络地址和广播地址，一般是不能被计算在内的。

C.IP地址分类

先回忆下A，B，C，D类地址吧：

A类地址以0开头，第一个字节作为网络号，地址范围为：0.0.0.0~127.255.255.255；(modified @2016.05.31)

B类地址以10开头，前两个字节作为网络号，地址范围是：128.0.0.0~191.255.255.255;

C类地址以110开头，前三个字节作为网络号，地址范围是：192.0.0.0~223.255.255.255。

D类地址以1110开头，地址范围是224.0.0.0~239.255.255.255，D类地址作为组播地址（一对多的通信）；

E类地址以1111开头，地址范围是240.0.0.0~255.255.255.255，E类地址为保留地址，供以后使用。

注：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号。

D.其他概念

（1）网络地址

IP地址由网络号（包括子网号）和主机号组成，网络地址的主机号为全0，网络地址代表着整个网络。

（2）广播地址

广播地址通常称为直接广播地址，是为了区分受限广播地址。广播地址与网络地址的主机号正好相反，广播地址中，主机号为全1。当向某个网络的广播地址发送消息时，该网络内的所有主机都能收到该广播消息。

（3）组播地址

D类地址作为组播地址。

（4）255.255.255.255

该IP地址指的是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址（直接广播地址）的区别在于，受限广播地址只能用于本地网络，路由器不会转发以受限广播地址为目的地址的分组；一般广播地址既可在本地广播，也可跨网段广播。例如：主机192.168.1.1/30上的直接广播数据包后，另外一个网段192.168.1.5/30也能收到该数据报；若发送受限广播数据报，则不能收到。

注：一般的广播地址（直接广播地址）能够通过某些路由器（当然不是所有的路由器），而受限的广播地址不能通过路由器。

（4）0.0.0.0

常用于寻找自己的IP地址，例如在我们的RARP，BOOTP和DHCP协议中，若某个未知IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围（具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内）的服务器发送IP请求分组。

（5）回环地址

127.0.0.0/8被用作回环地址，回环地址表示本机的地址，常用于对本机的测试，用的最多的是127.0.0.1。

（6）A、B、C类私有地址

私有地址(private address)也叫专用地址，它们不会在全球使用，只具有本地意义。

A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255

B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255

C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255

二、网卡：NIC，网络接口卡

中继器：物理层上延长网络的设备

（1）用于调整放大波形传送给下一个电缆

（2）通常中继器的两端链接的使同种材质的电缆，也有链接不同材质电缆的中继器，例如链接电缆和光缆的中继器，这种中继器只是把电信号转换成光信号传输

（3）集线器：多个端口的中继器，每个端口都是一个独立的中继器，工作在物理层，对波形加强调整

网桥：2层交换机（数据链路层）

（1）网桥能识别数据链路层的数据帧，并将这些数据帧存储在内存中，在声称新的信号作为一个全新帧发送给另一个网段

（2）网桥可以校验达到的数据帧是否完整无损坏（物理层上传输的01信号，经常由于传输距离远而导致信号衰减，缺失），对损坏的数据帧进行丢弃

（3）自学式网桥：这种网桥会记录所转发数据真的MAC地址，并将其保存在自己的内存表里，由此来判断，哪个往段拥有哪些MAC地址的设备

（4）交换集线器：该设备有多个端口，每个端口都提供网桥的类似功能

三、路由器/3层交换机

（1）网桥使2层交换机，根据MAC地址处理；路由器是3层交换机，根据IP地址处理

（2）路由器可以链接不同的数据链路，例如一个连接以太网，另一个连接FDDI

4至7层交换机

（1）4至7层交换机指传输层以上的交换机，是利用TCP等协议的传输层及其上面的应用层为基础分发数据的

（2）例如负载均衡（只对数据转发，不对数据处理）

四、网关

（1）网关也是工作在4到7层，但是除了4到7层交换机的数据转发功能外，他还能对数据进行处理

（2）例如，手机邮件与互联网邮件不能互通，因为采用的邮件协议不同，这时，如果在手机和互联网上加上一层网关，对2个不同协议进行翻译，就能达到手机和电脑通信，这就是数据转换。

（3）代理服务器也是一种网关，称为应用网关。有了代理服务器，客户端与服务器之间不能在网络上直接通信，而是由代理服务器对客户端请求做各种控制和处理。

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