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一、计算机网络体系结构1、计算机网络的概念、组成和功能1.概念按照网络协议（语法，语义，同步），以共享资源和传递信息为主要目的，将地理上分散且功能独立的计算机通过通信线路互连起来构成的集合体。简言之，计算机网络就是一些互连的、自治的计算机的集合。2.组成从逻辑功能上说计算机网络有如下组成（1）通信子网：由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，它为网络提供数据传输，交换和控制能力，实现联网计算机之间的数据通信（2）资源子网：由主机、终端以及各种软件资源、信息资源组成，负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与服务。3.功能数据通信（连接控制、传输控制、差错控制、流量控制、路由选择、多路复用）；资源共享（软件、硬件和数据资源共享）；信息综合处理；负载均衡；提高可靠性；分布式处理2.计算机网络的分类分类方式分类传输技术广播式网络、点对点网络网络的作用范围广域网（WAN）、城域网（MAN）、接入网（AN）、局域网（LAN）网络的交换功能电路交换、报文交换、分组交换、混合交换（电路和分组）网络的使用者公用网、专用网3.计算机网络的标准化1.1974年，IBM公司公布了它研制的系统网络体系结构（SNA），它是按分层设计的，成为世界上使用的较广泛的一种网络体系结构2.为了使不同体系结构的计算机网络能够互连，国际标准化组织ISO成立了专门机构，设计出了开放式系统互联基本参考模型(OSI/RM)3.由于OSI过于复杂，现今的因特网使用的TCP/IP协议，TCP/IP协议成为实际上的国际标准4.计算机网络体系结构的基本概念1.网络协议网络协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。它规定了所交换的数据格式以及有关的同步问题。由三个要素组成：语法、语义、同步2.分层结构分成的优点：各层之间相互独立；灵活性好；结构上可分开；易于实现和维护；能促进标准化工作每层具备如下功能：差多控制；流量控制；分段和重装；复用和分用；建立连接和释放3.网络体系结构计算机网络的各层以及其协议的集合成为网络的体系结构。4.实体、接口和服务实体：任何可发送或接受信息的硬件和软件进程。不同结点上同一层实体称作对等实体。许多情况下实体就是一个软件模块接口：表示同一结点相邻层之间交换信息的连接点，下层通过接口向上层提供服务服务：各层向它的直接上层提供的一组原语或操作。分为面向连接服务和无连接服务。5.开放系统互连(OSI)参考模型分层理解定义和功能协议数据单位物理层对每一层的每一步怎样利用物理媒介规定了激活、维持、关闭通信断点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及规程特性略Bit数据链路层每一步该怎么走在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。作用：物理地址寻址、数据成帧、流量控制、数据检错和重发。为了保证传输，从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧HDLC、SDLC、PPP、STP、帧中继帧网络层/IP层走哪条路可以到达主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。负责对子网间的数据包进行路由选择和为分组交换网上的不同主机提供通信（主机到主机层次的逻辑通信），还有拥塞控制、网际互联功能IP、IPX、RIP、OSPF分组/数据包传输层对方在何处负责将上层数据分段并提供端到TCP、UDP、报文端的、可靠的或不可靠的传输。提供差错控制和流量控制SPX会话层对方是谁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。表示层对方看起来像什么对上层数据或信息进行交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、压缩和格式转换应用层做什么为OS或网络应用程序提供访问网络服务的接口TELNET、FTP、HTTP、SNMP6.TCP/IP体系结构7.计算机网络的主要性能指标带宽：（1）在过去通信干线用来传送模拟信号时带宽是指信号最高频率与最低频率之差，单位为Hz。（2）数字信号中带宽表示“最高数据率”，即数字信道每秒能传送的比特数，单位bit/s，有时也称作吞吐量或者信息传输率时延：指讲数据从通信网的一端传送到另一端所需要的时间。包括：发送时延：传播时延：处理时延：二、TCP/IP详解1.基本概念1.TCP/IP协议分层1)链路层（数据链路层/网络接口层）通常包括OS中的设备驱动程序和计算机中对应的网卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。2)网络层（互联网层）处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（internet组治理协议）。3)运输层，主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。4)应用层，负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序：Telnet远程登录；FTP文件传输协议；SMTP简单邮件传送协议；SNMP简单网络治理协议。2.基本概念ip地址域名系统：域名系统是一个分布的数据库，它提供将主机名（就是网址啦）转换成IP地址的服务RFC：tcp/ip协议的标准文档port：这个号码是用在TCP，UDP上的一个逻辑号码，并不是一个硬件端口，我们平时说把某某端口封掉了，也只是在IP层次把带有这个号码的IP包给过滤掉了而已应用编程接口：常用的编程接口有socket和TLI2.数据链路层数据链路层有三个目的：为IP模块发送和接收IP数据报。为ARP（地址解析协议）模块发送ARP请求和接收ARP应答。为RARP（逆地址解析协议）发送RARP请求和接收RARP应答3.协议介绍1.IP协议IP协议是TCP/IP协议的核心，所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的数据都以IP数据格式传输。要注意的是，IP不是可靠的协议，这是说，IP协议没有提供一种数据未传达以后的处理机制－－这被认为是上层协议－－TCP或UDP要做的事情。所以这也就出现了TCP是一个可靠的协议，而UDP就没有那么可靠的区别。协议头TTL字段（8位）规定该数据包在穿过多少个路由之后才会被抛弃(这里就体现出来IP协议包的不可靠性，它不保证数据被送达)，某个ip数据包每穿过一个路由器，该数据包的TTL数值就会减少1，当该数据包的TTL成为零，它就会被自动抛弃。这个字段的最大值也就是255，也就是说一个协议包也就在路由器里面穿行255次就会被抛弃了，根据系统的不同，这个数字也不一样。IP路由选择当一个IP数据包准备好了的时候，IP数据包（或者说是路由器）是如何将数据包送到目的地的呢？它是怎么选择一个合适的路径来送货的呢？最特殊的情况是目的主机和主机直连，那么主机根本不用寻找路由，直接把数据传递过去就可以了。至于是怎么直接传递的，这就要靠ARP协议了，后面会讲到。稍微一般一点的情况是，主机通过若干个路由器(router)和目的主机连接。那么路由器就要通过ip包的信息来为ip包寻找到一个合适的目标来进行传递，比如合适的主机，或者合适的路由。路由器或者主机将会用如下的方式来处理某一个IP数据包1.如果IP数据包的TTL（生命周期）以到，则该IP数据包就被抛弃。2.搜索路由表，优先搜索匹配主机，如果能找到和IP地址完全一致的目标主机，则将该包发向目标主机3.搜索路由表，如果匹配主机失败，则匹配同子网的路由器，这需要“子网掩码.)”的协助。如果找到路由器，则将该包发向路由器。4.搜索路由表，如果匹配同子网路由器失败，则匹配同网号（第一章有讲解）路由器，如果找到路由器，则将该包发向路由器。5.搜索路由表，如果以上都失败了，就搜索默认路由，如果默认路由存在，则发包6.如果都失败了，就丢掉这个包。这再一次证明了，ip包是不可靠的。因为它不保证送达。.子网寻址IP地址的定义是网络号+主机号。但是现在所有的主机都要求子网编址，也就是说，把主机号在细分成子网号+主机号。最终一个IP地址就成为网络号码+子网号+主机号。例如一个B类地址：。一般情况下，这个IP地址的红色部分就是网络号，而蓝色部分就是子网号，绿色部分就是主机号。至于有多少位代表子网号这个问题上，这没有一个硬性的规定，取而代之的则是子网掩码。子网掩码是由32bit的二进制数字序列,形式为是一连串的1和一连串的0，例如：对于刚才的那个B类地址，因为是网络号，那么后面的就是子网号和主机号的组合，又因为子网掩码只有后八bit为0，所以主机号就是IP地址的后八个bit，就是134，而剩下的就是子网号码－－109。2.ARP协议ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。ARP（地址解析）协议是一种解析协议，本来主机是完全不知道这个IP对应的是哪个主机的哪个接口，当主机要发送一个IP包的时候，会首先查ARP高速缓存（就是一个IP-MAC地址对应表缓存），如果查询的IP－MAC值对不存在，那么主机就向网络发送一个ARP协议广播包，这个广播包里面就有待查询的IP地址，而直接收到这份广播的包的所有主机都会查询自己的IP地址，如果收到广播包的某一个主机发现自己符合条件，那么就准备好一个包含自己的MAC地址的ARP包传送给发送ARP广播的主机，而广播主机拿到ARP包后会更新自己的ARP缓存（就是存放IP-MAC对应表的地方）。发送广播的主机就会用新的ARP缓存数据准备好数据链路层的的数据包发送工作。3.IMCP协议介绍IP协议并不是一个可靠的协议，它不保证数据被送达，那么，自然的，保证数据送达的工作应该由其他的模块来完成。其中一个重要的模块就是ICMP(网络控制报文)协议。当传送IP数据包发生错误－－比如主机不可达，路由不可达等等，ICMP协议将会把错误信息封包，然后传送回给主机。给主机一个处理错误的机会，这也就是为什么说建立在IP层以上的协议是可能做到安全的原因。ICMP数据包由8bit的错误类型和8bit的代码和16bit的校验和组成。而前16bit就组成了ICMP所要传递的信息。书上的图6－3清楚的给出了错误类型和代码的组合代表的意思。尽管在大多数情况下，错误的包传送应该给出ICMP报文，但是在特殊情况下，是不产生ICMP错误报文的。ICMP协议大致分为两类，一种是查询报文，一种是差错报文。其中查询报文有以下几种用途:1.ping查询2.子网掩码查询（用于无盘工作站在初始化自身的时候初始化子网掩码）3.时间戳查询（可以用来同步时间）而差错报文则产生在数据传送发生错误的时候。就不赘述了。ICMP的应用--pingping利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。原理是用类型码为0的ICMP发请求，受到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。ping程序来计算间隔时间，并计算有多少个包被送达。用户就可以判断网络大致的情况。可以看到，ping给出来了传送的时间和TTL的数据。ping还给我们一个看主机到目的主机的路由的机会。这是因为，ICMP的ping请求数据报在每经过一个路由器的时候，路由器都会把自己的ip放到该数据报中。而目的主机则会把这个ip列表复制到回应icmp数据包中发回给主机。但是，无论如何，ip头所能纪录的路由列表是非常的有限。如果要观察路由，我们还是需要使用更好的工具，就是要讲到的Traceroute(windows下面的名字叫做tracert)。ICMP的应用--TracerouteTraceroute是用来侦测主机到目的主机之间所经路由情况的