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[18448] 2018-07-17_计算机网络基础知识

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2018-07-17_计算机网络基础知识 计 算 机 网 络 基 础 知 识 H A C K 学 习 呀   2 0 1 8 - 0 7 - 1 7 计 算 机 自 诞 生 伊 始 , 经 历 了 一 系 列 演 变 与 发 展 。 大 型 通 用 机 计 算 机 、 超 级 计 算 机 、 小 型 机 、 个 人 电 脑 、 工 作 站 、 便 携 式 电 以 及 现 如 今 的 智 能 手 机 终 端 都 是 这 一 过 程 的 产 物 。 它 们 性 能 逐 年 增 强 , 价 格 却 逐 年 下 降 , 机 体 规 模 也 在 逐 渐 变 小 。 随 着 计 算 机 的 发 展 , 人 们 不 再 局 限 于 单 机 模 式 , 而 是 将 一 个 个 计 算 机 连 接 在 一 起 , 形 成 一 个 计 算 机 网 络 。 从 而 实 现 信 息 共 享 , 同 事 在 能 在 两 台 物 理 位 置 较 远 的 机 器 之 间 即 时 传 递 消 息 。 计 算 机 网 络 根 据 规 模 可 以 分 为 W A N ( W i d e   A r e a   N e t w o r k , 广 域 网 ) 和 L A N ( L o c a l   A r e a   N e t w o r k , 局 域 网 ) 。 将 有 业 务 往 来 的 计 算 机 连 在 一 起 便 组 成 了 私 有 网 络 , 将 多 个 私 有 网 络 连 接 一 起 就 成 了 为 公 众 使 用 的 互 联 网 。 随 着 互 联 网 爆 发 性 地 发 展 与 普 及 , 信 息 网 络 如 同 我 们 身 边 的 空 气 , 触 手 可 及 。 但 是 在 以 前 , 对 一 般 人 来 说 使 用 一 台 计 算 机 都 不 是 那 么 容 易 的 事 情 。 计 算 机 与 网 络 大 致 可 以 分 为 计 算 机 与 网 络 大 致 可 以 分 为 7 个 阶 段 个 阶 段 :
互 联 网 是 由 许 多 独 立 发 展 的 网 络 通 信 技 术 融 合 而 成 。 能 够 使 它 们 之 间 不 断 融 合 并 实 现 统 一 的 正 是 T C P / I P 技 术 。 那 什 么 是 那 什 么 是 T C P / I P 呢 呢 ? T C P / I P 是 通 信 协 议 的 统 称 。 是 通 信 协 议 的 统 称 。 那 什 么 是 协 议 呢 那 什 么 是 协 议 呢 ? 协 议 协 议 协 议 的 必 要 性 协 议 的 必 要 性 协 议 就 是 计 算 机 与 计 算 机 之 间 通 过 网 络 实 现 通 信 事 先 达 成 的 一 种 “ 约 定 ” 。 这 种 “ 约 定 ” 使 那 些 由 不 同 厂 商 的 设 备 、 不 同 的 C P U 以 及 不 同 的 操 作 系 统 组 成 的 计 算 机 之 间 ， 只 要 遵 循 相 同 的 协 议 就 能 够 实 现 通 信 。 反 之 ， 如 果 使 用 的 协 议 不 同 ， 就 无 法 通 信 。 计 算 机 与 网 络 设 备 要 相 互 通 信 ， 双 方 就 必 须 基 于 相 同 的 方 法 。 比 如 ， 如 何 探 测 到 通 信 目 标 、 由 哪 一 边 先 发 起 通 信 、 使 用 哪 种 语 言 进 行 通 信 、 怎 样 结 束 通 信 等 规 则 都 需 要 事 先 确 定 。 不 同 的 硬 件 、 操 作 系 统 之 间 的 通 信 ， 所 有 的 这 一 切 都 需 要 一 种 规 则 。 而 我 们 就 把 这 种 规 则 称 为 协 议 （ p r o t o c o l ） 。
协 议 中 存 在 各 式 各 样 的 内 容 。 从 电 缆 的 规 格 到   I P   地 址 的 选 定 方 法 、 寻 找 异 地 用 户 的 方 法 、 双 方 建 立 通 信 的 顺 序 ， 以 及   W e b   页 面 显 示 需 要 处 理 的 步 骤 ， 等 等 。 像 这 样 把 与 互 联 网 相 关 联 的 协 议 集 合 起 来 总 称 为   T C P / I P 。 也 有 说 法 认 为 ， T C P / I P   是 指   T C P   和   I P   这 两 种 协 议 。 还 有 一 种 说 法 认 为 ， T C P /   I P   是 在   I P   协 议 的 通 信 过 程 中 ， 使 用 到 的 协 议 族 的 统 称 。 分 组 交 换 分 组 交 换   是 将 大 数 据 分 割 为 一 个 个 叫 做 包 （ P a c k e t ） 的 较 小 单 位 进 行 传 输 的 方 法 。 这 里 所 说 的 包 ， 就 如 同 我 们 平 常 在 邮 局 里 见 到 的 邮 包 。 分 组 交 换 就 是 将 大 数 据 分 装 为 一 个 个 这 样 的 邮 包 交 给 对 方 。
协 议 的 标 准 化 协 议 的 标 准 化 在 计 算 机 通 信 诞 生 之 初 , 系 统 化 和 标 准 化 并 未 得 到 足 够 的 重 视 。 因 此 不 同 厂 商 的 设 备 , 由 于 支 持 的 协 议 不 同 , 仍 然 无 法 实 现 正 常 的 通 信 。 就 好 比 语 言 交 流 : 随 着 计 算 机 重 要 性 的 不 断 提 高 , 很 多 公 司 开 始 逐 渐 意 思 是 兼 容 性 的 重 要 意 义 。 为 了 解 决 上 述 问 题 , I S O 组 织 制 定 了 一 个 国 际 标 准 O S I , 对 通 信 系 统 进 行 标 准 化 。 现 在 现 在 O S I 所 定 义 的 协 议 虽 然 并 没 有 得 到 普 及 所 定 义 的 协 议 虽 然 并 没 有 得 到 普 及 , 但 是 在 但 是 在 O S I 协 议 设 计 之 初 作 为 其 指 导 方 针 的 协 议 设 计 之 初 作 为 其 指 导 方 针 的 O S I 参 考 模 型 却 常 被 用 于 网 络 协 议 的 参 考 模 型 却 常 被 用 于 网 络 协 议 的 制 定 当 中 。 制 定 当 中 。 T C P / I P 并 非 是 I S O 定 制 的 国 际 标 准 , 而 是 由 I E T F 所 致 力 与 推 进 标 准 化 作 业 的 一 种 协 议 。 现 在 也 作 为 业 界 标 准 , 俨 然 已 成 为 全 世 界 所 广 泛 应 用 的 通 信 协 议 。 协 议 的 标 准 化 使 得 所 有 遵 循 标 准 协 议 的 设 备 不 再 因 计 算 机 硬 件 或 操 作 系 统 的 差 异 而 无 法 通 信 。 因 此 , 协 议 的 标 准 化 推 动 了 计 算 机 网
络 的 普 及 。 协 议 分 层 I S O 在 制 定 标 准 化 O S I 之 前 , 对 网 络 体 系 结 构 相 关 的 问 题 进 行 了 充 分 的 讨 论 并 提 出 了 作 为 通 信 协 议 涉 及 指 标 的 O S I 参 考 模 型 。 这 一 模 型 将 通 信 协 议 中 的 必 要 功 能 分 成 了 7 层 。 * *   为 什 么 要 分 层 呢 为 什 么 要 分 层 呢 ? * * 　 如 果 互 联 网 只 由 一 个 协 议 统 筹 ， 某 个 地 方 需 要 改 变 设 计 时 ， 就 必 须 把 所 有 部 分 整 体 替 换 掉 。 而 分 层 之 后 只 需 把 变 动 的 层 替 换 掉 即 可 。 把 各 层 之 间 的 接 口 部 分 规 划 好 之 后 ， 每 个 层 次 内 部 的 设 计 就 能 够 自 由 改 动 了 。 值 得 一 提 的 是 ， 层 次 化 之 后 ， 设 计 也 变 得 相 对 简 单 了 。 处 于 应 用 层 上 的 应 用 可 以 只 考 虑 分 派 给 自 己 的 任 务 ， 而 不 需 要 弄 清 对 方 在 地 球 上 哪 个 地 方 、 对 方 的 传 输 路 线 是 怎 样 的 、 是 否 能 确 保 传 输 送 达 等 问 题 。 协 议 分 层 就 如 同 计 算 机 软 件 中 的 模 块 化 开 发 模 块 化 开 发 举 个 打 电 话 的 例 子 : O S I 参 考 模 型 参 考 模 型
O S I 参 考 模 型 中 每 个 层 的 作 用 ： 1 . 物 理 层 物 理 层 ( P h y s i c a l   L a y e r ) 　 　 物 理 层 位 于   O S I   参 考 模 型 的 最 低 层 , 它 直 接 面 向 原 始 比 特 流 的 传 输 。 为 了 实 现 原 始 比 特 流 的 物 理 传 输 , 物 理 层 必 须 解 决 好 包 括 传 输 介 质 、 信 道 类 型 、 数 据 与 信 号 之 间 的 转 换 、 信 号 传 输 中 的 衰 减 和 噪 声 等 在 内 的 一 系 列 问 题 。 另 外 , 物 理 层 标 准 要 给 出 关 于 物 理 接 口 的 机 械 、   电 气 、 功 能 和 规 程 特 性 , 以 便 于 不 同 的 制 造 厂 家 既 能 够 根 据 公 认 的 标 准 各 自 独 立 地 制 造 设 备 , 又 能 使 各 个 厂 家 的 产 品 能 够 相 互 兼 容 。 2 . 数 据 链 路 层 数 据 链 路 层 ( D a t a   L i n k   L a y e r ) 　 　 在 物 理 层 发 送 和 接 收 数 据 的 过 程 中 , 会 出 现 一 些 物 理 层 自 己 不 能 解 决 的 问 题 。 例 如 ,   当 两 个 节 点 同 时 试 图 在 一 条 线 路 上 发 送 数 据 时 该 如 何 处 理 ? 节 点 如 何 知 道 它 所 接 收 的 数 据   是 否 正 确 ? 如 果 噪 声 改 变 了 一 个 分 组 的 目 标 地 址 , 节 点 如 何 察 觉 它 丢 失 了 本 应 收 到 的 分 组 呢 ? 这 些 都 是 数 据 链 路 层 所 必 须 负 责 的 工 作 。 　 　 数 据 链 路 层 涉 及 相 邻 节 点 之 间 的 可 靠 数 据 传 输 , 数 据 链 路 层 通 过 加 强 物 理 层 传 输 原 始 比 特 的 功 能 , 使 之 对 网 络 层 表 现 为 一 条 无 错 线 路 。 为 了 能 够 实 现 相 邻 节 点 之 间 无 差 错 的 数 据 传 送 , 数 据 链 路 层 在 数 据 传 输 过 程 中 提 供 了 确 认 、 差 错 控 制 和 流 量 控 制 等 机 制 。 3 . 网 络 层 网 络 层 ( N e t w o r k   L a y e r ) 　 　 网 络 中 的 两 台 计 算 机 进 行 通 信 时 , 中 间 可 能 要 经 过 许 多 中 间 结 点 甚 至 不 同 的 通 信 子 网 。   网 络 层 的 任 务 就 是 在 通 信 子 网 中 选 择 一 条 合 适 的 路 径 , 使 发 送 端 传 输 层 所 传 下 来 的 数 据 能   够 通 过 所 选 择 的 路 径 到 达 目 的 端 。 　 　 为 了 实 现 路 径 选 择 , 网 络 层 必 须 使 用 寻 址 方 案 来 确 定 存 在 哪 些 网 络 以 及 设 备 在 这 些 网 络 中 所 处 的 位 置 , 不 同 网 络 层 协 议 所 采 用 的 寻 址 方 案 是 不 同 的 。 在 确 定 了 目 标 结 点 的 位 置 后 ,   网 络 层 还 要 负 责 引 导 数 据 包 正 确 地 通 过 网 络 , 找 到 通 过 网 络 的 最 优 路 径 , 即 路 由 选 择 。 如 果 子 网 中 同 时 出 现 过 多 的 分 组 , 它 们 将 相 互 阻 塞 通 路 并 可 能 形 成 网 络 瓶 颈 , 所 以 网 络 层 还 需 要 提 供 拥 塞 控 制 机 制 以 避 免 此 类 现 象 的 出 现 。 另 外 , 网 络 层 还 要 解 决 异 构 网 络 互 连 问 题 。 4 . 传 输 层 传 输 层 ( T r a n s p o r t   L a y e r ) 　 　 传 输 层 是   O S I   七 层 模 型 中 唯 一 负 责 端 到 端 节 点 间 数 据 传 输 和 控 制 功 能 的 层 。 传 输 层 是   O S I   七 层 模 型 中 承 上 启 下 的 层 , 它 下 面 的
三 层 主 要 面 向 网 络 通 信 , 以 确 保 信 息 被 准 确 有 效 地 传 输 ; 它 上 面 的 三 个 层 次 则 面 向 用 户 主 机 , 为 用 户 提 供 各 种 服 务 。 　 　 传 输 层 通 过 弥 补 网 络 层 服 务 质 量 的 不 足 , 为 会 话 层 提 供 端 到 端 的 可 靠 数 据 传 输 服 务 。 它 为 会 话 层 屏 蔽 了 传 输 层 以 下 的 数 据 通 信 的 细 节 , 使 会 话 层 不 会 受 到 下 三 层 技 术 变 化 的 影 响 。 但 同 时 , 它 又 依 靠 下 面 的 三 个 层 次 控 制 实 际 的 网 络 通 信 操 作 , 来 完 成 数 据 从 源 到 目 标 的 传 输 。 传 输 层 为 了 向 会 话 层 提 供 可 靠 的 端 到 端 传 输 服 务 , 也 使 用 了 差 错 控 制 和 流 量 控 制 等 机 制 。 5 . 会 话 层 会 话 层 ( S e s s i o n   L a y e r ) 　 　 会 话 层 的 功 能 是 在 两 个 节 点 间 建 立 、 维 护 和 释 放 面 向 用 户 的 连 接 。 它 是 在 传 输 连 接 的 基 础 上 建 立 会 话 连 接 , 并 进 行 数 据 交 换 管 理 , 允 许 数 据 进 行 单 工 、 半 双 工 和 全 双 工 的 传 送 。 会 话 层 提 供 了 令 牌 管 理 和 同 步 两 种 服 务 功 能 。 6 . 表 示 层 表 示 层 ( P r e s e n t a t i o n   L a y e r ) 　 　 表 示 层 以 下 的 各 层 只 关 心 可 靠 的 数 据 传 输 , 而 表 示 层 关 心 的 是 所 传 输 数 据 的 语 法 和 语 义 。 它 主 要 涉 及 处 理 在 两 个 通 信 系 统 之 间 所 交 换 信 息 的 表 示 方 式 , 包 括 数 据 格 式 变 换 、 数 据 加 密 与 解 密 、 数 据 压 缩 与 恢 复 等 功 能 。 7 . 应 用 层 应 用 层 ( A p p l i c a t i o n   L a y e r ) 　 　 应 用 层 是   O S I   参 考 模 型 的 最 高 层 , 负 责 为 用 户 的 应 用 程 序 提 供 网 络 服 务 。 与   O S I   其 他 层 不 同 的 是 , 它 不 为 任 何 其 他   O S I   层 提 供 服 务 , 而 只 是 为   O S I   模 型 以 外 的 应 用 程 序 提 供 服 务 。 包 括 为 相 互 通 信 的 应 用 程 序 或 进 行 之 间 建 立 连 接 、 进 行 同 步 , 建 立 关 于 错 误 纠 正 和 控   制 数 据 完 整 性 过 程 的 协 商 等 。 应 用 层 还 包 含 大 量 的 应 用 协 议 , 如 分 布 式 数 据 库 的 访 问 、 文 件 的 交 换 、 电 子 邮 件 、 虚 拟 终 端 等 。
许 多 通 信 协 议 , 都 对 应 了 O S I 参 考 模 型 7 个 分 层 中 的 某 层 。 通 过 这 一 点 , 可 以 大 致 了 解 该 协 议 在 整 个 通 信 功 能 中 的 位 置 和 作 用 。
举 个 例 子 ： 假 设 主 机 A 的 用 户 A 要 给 主 机 B 的 用 户 B 发 送 一 封 电 子 邮 件 ：
　 发 送 方 从 第 7 层 、 第 6 层 到 第 1 层 由 上 至 下 按 照 顺 序 传 输 数 据 ， 而 接 收 端 则 从 第 1 层 、 第 2 层 到 第 7 层 由 下 至 上 向 每 个 上 一 级 分 层 传 输 数 据 。 每 个 分 层 上 ， 在 处 理 由 上 一 层 传 过 来 的 数 据 时 可 以 附 上 当 前 分 层 的 协 议 所 必 须 的 “ 首 部 ” 信 息 。 然 后 接 收 端 对 收 到 的 数 据 进 行 数 据 “ 首 部 ” 与 “ 内 容 ” 的 分 离 ， 再 转 发 给 上 一 分 层 ， 并 最 终 将 发 送 端 的 数 据 恢 复 为 原 状 。 传 输 方 式 的 分 类 网 络 与 通 信 中 可 以 根 据 其 数 据 发 送 方 法 进 行 多 种 分 类 。 1 .   面 向 连 接 与 面 向 无 连 接
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