计算机网络
目录
1 计算机网络历史
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第一代：以单计算机为中心的联机系统，只在内部进行通信
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第二代：计算机与计算机互联网络，主机既做数据处理，又做通信
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第三代：计算机网络进入标准化发展（按协议进行）
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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（路由（路由寻址）：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）；网络结果尽可能地简单，但能非常可靠地传送数据。
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TCP/IP协议
基于TCP/IP的4.2BSD；不同网络之间的通信
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ISO的OSI/RM规范
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2 计算机网络体系结构通信原理
2.1 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（知道发送端发起通信的层次）
2.2 对等会话原理
- 发送端和接收端只有在对等层才可以实现通信
- 不同层次传输的数据格式不一样
- 应用层、表示出和会话层以报文方式传输
- 传输层以保温或者报文段方式传输
- 网络层以分钟方式传输
- 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（除物理层外）都要在元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
3 OSI/RM七层模型（Open Systems Interconnection/Reference Model)（开放系统互联参考模型）
3.1 物理层：Physical
- 只负责传输二进制比特流
- 为数据链路层提供服务
3.2 数据链路层：Data Link
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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
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传输管理
为网络层提供低出错率、高可靠性的数据链路
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流量控制
协调主机和同i性能设备之间的数据传输率
3.3 网络层：Network
- 负责路由寻址和广播
- 路由器选择与终端
- 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
3.4 传输层：Transport
- 负责建立一个可靠的端到端的连接，包括数据核对和初步整理
- 建立、维护和撤销传输连接——端对端的连接
- 控制流量，差错控制
- 选择合适的网络层服务以实现器功能
- 提供数据的编号、排序、拼接以及重同步功能
3.5 会话层：Session
- 负责建立维护拆除会话
- 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：会话层一般和传输层一起使用
3.6 表示层：Presentation
- 表示数据形式，完成对传输数据的转换化
- 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
3.7 应用层：Application
- 所有应用程序的网络在此展开，去欸的那个进程之间通信的性质，以满足用户的需求
- 提供应用程序的网络支持
4 TCP/IP四层模型
4.1 网络接口层：Link
- 在物理连接上，实现逻辑链路的连接
- 接口卡（网卡）：具有物理地址，即MAC地址（唯一不变）
- SLIP（Serial Line Internet Protocol）协议
- 串行线路因特网协议
- 缺点：没有差错校验机制
- PPP（Point to Point Protocal）协议
- 用于串行与并行线路上的拨号来连接
- 解决SLIP存在的问题
- ARP（Address Resolution Protocol）协议
- 地址解析协议
- 根据IP地址获取MAC地址的一个TCP/IP协议
- RPARP（Reverse Address Resolution Protocol）协议
- 反向地址解析协议
- 根据MAC地址获取IP地址的一个TCP/IP协议
4.2 网络互联层（网际层）：Network
- 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
- 在主机与路由器之间传递控制信息
- 是一种面向无连接的协议
- 报告错误（网络的错误检测，主机故障等）
- 控制消息
- Ping程序（Ping过程实际就是ICMP协议的工作过程）
4.3 传输层：Transport
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建立应用间的端到端连接
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TCP（Transmission Control Protocol）协议
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传输控制协议
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面向连接
面向连接：会话建立、数据传输、会话拆除
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可靠（三次握手）
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速度慢
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UDP（User Datagram Protocol）协议
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用户数据报协议
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无连接
无连接：不保证数据的有序到达
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不可靠
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速度快
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4.4 应用层：Application
- 主要负责用户和应用程序之间的通信
- 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
5 IP地址
5.1 IP地址的特点
- IP地址为32位长
- 每个IP地址被分成4组，每组8位，用英文句号隔开
- 每组数字的大小范围为：0-255
- IP地址由两部分组成：网络位+主机位
5.2 IPv4地址的分类
- A类
- 最高位：0
- 网络ID：8位
- 网络数：126
- 主机数：16777214
- 网络号范围：1~127
- B类
- 最高位：10
- 网络ID：16位
- 网络数：16384
- 主机数：65534
- 网络号范围：128~191
- C类
- 最高位：110
- 网络ID：24位
- 网络数：2097152
- 主机数：254
- 网络号范围：192~223
- D类
- 最高位：1110
- 广播地址
- E类
- 最高位：1111
- 保留试验
5.3 子网掩码
- 保留地址
- 网络号
- 10.0.0.0 - 10.255.255.255
- 127（环路测试，127.0.0.1指本机）
- 172.16.0.0 - 172.31.255.255
- 192.168.0.0 - 192.168.255.255
- 主机号
- 全0（表示子网）
- 全1（广播）
- 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依据
- 由连续的1和0构成
- 默认A类：255.0.0.0
- 默认B类：255.255.0.0
- 默认C类：255.255.255.0
- 网络号
5.4 IP地址的计算
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判断两个IP地址是否在同一个子网中
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1、将IP地址和子网掩码转换成二进制
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2、将IP地址和子网掩码按位进行与运算
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3、得出子网号，判断是否相同
若子网号相同,则两个IP地址所在的主机之间可以进行通信。
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6 DNS域名系统/服务
- Internet上域名与IP地址之间时一对一或一对多的关系，例如：百度的网址就是一个域名对应多个IP地址。
- 机器之间只能相互认识IP地址，他们之间的转换工作称为域名解析。
- 域名（Domain Name）
- 由一串用点分隔的名字组成的Internet上某一台计算机或计算机组的名称。
- 域名系统时因特网使用的命名系统
- mail（三级域名）.cctv（二级域名）.com（顶级域名）
- 由英文字母和数字构成
- 每个标号 不超过63个字符
- 不区分大小写
- 除连字符"-"不能包含其他符号
- 完整域名总共不超过255个字符
- 通用域
- com：商业结构
- org：非盈利组织
- gov：美国政府部门
- net：网络组织
- edu：教育机构
- mil：美国军事部门
- int：国际组织
- biz：商业
- info：网络信息服务组织
- 地区域
- Cn：中国
- Uk：英国
- DNS的原理
- 递归查询：DNS客户机发送到DNS服务器的查询，即使DNS服务器没有所请求的信息，它也会联系其他DNS服务器。
- 重复（迭代）查询：DNS客户机允许DNS服务器根据自己的高速缓存或DNS区域提供最佳答案。这种类型的查询通常由试图解析DNS客户机的迭代查询的DNS服务器发出。
