01第一章 计算机网络概述与OSI模型

第一章OSI模型学习目的主要是了解如何构建一个计算机网络，以及计算机网络是如何运行的。

我们主要介绍一下如何构建一个局域网，局域网内数据是如何传输，以及局域网如何与广域网之间进行互联通信。

1.1 关于Internet大家都知道Internet，每天也都在上因特网，那么Internet到底是什么呢，我们先来看下Internet的定义，Internet是当今世界上最大的、开放的国际性计算机信息互联网。

对于Internet，1995年美国联邦网络理事会给出如下定义：Internet是一个全球性的信息系统；是基于Internet协议及其补充部分的全球唯一一个由地址空间逻辑连接而成的系统；它通过使用TCP/IP协议组及其补充部分或其他IP兼容协议支持通信；它公开或非公开的提供使用或是访问存在于通信和相关基础结构的高级别服务。

简而言之，Internet就是一个建立在TCP/IP协议簇上的集各个领域、各个学科的各种信息资源为一体的、供网上用户共享的数据资源国际互联网。

它是各个子网以网状结构互连而成，在每个子网中存在着数量不等的主机，子网及其主机均以IP协议同一编址。

下面我们再说下Internet的发展历史。

Internet是由美国的ARPANET网发展和演化而成的。

1969年，由美国国防部建立了一个网络，有4台主机，名为ARPANet，在后来的发展过程中越来越多的主机接入ARPAnet。

到1985年，美国国家科学基金会将建立的NSFNet与ARPANet相连，形成一个支持多方面应用的广域网。

再往后，随着网络技术不断发展，网速不断提高，接入节点增多，就逐渐形成了Internet。

随着由欧洲原子核研究组织（CERN）开发的万维网WWW （world wide web）在Internet上被广泛使用，使广大非网络专业人员也能方便的使用网络。

现在Internet已经成为世界上信息资源最丰富的计算机公共网络，是全球信息告诉公路的基础。

1.1 网络定义Internet是一个计算机网络，那么计算机网络又是什么呢？在计算机网络发展的不同阶段，人们对计算机网络提出过不同的定义，根据当今计算机网络的技术水平，我们将计算机网络定义为，通过通信线路，按一定的连接方法，将地理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互连起来，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享、互操作和协同工作的系统。

这样一个系统，我们称之为计算机网络。

1.2 一个数据通信系统模型一个计算机网络最基本的要求是实现数据的通信。

下面我们介绍一下什么是数据通信。

要了解数据通信，就要先知道什么是信息，什么是数据，什么是信号。

信息就是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。

表示信息的形式可以是图像，文字，数字，声音，动画等等，这些都是数据的一种形式。

数据是把时间的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。

例如十进制数、二进制数和字符等等。

信号是数据的具体屋里表现，具有确定的物理描述。

例如电压、磁场强度等。

我们知道计算机通信系统中发送和接收的都不是具体的直观的信息，而是电信号。

那么信号又是如何表示信息的呢。

首先，我们通过数字，文字，图形等数据形式表示信息，然后用具体的物理表现来表示数据，如电压，磁场强度等。

信号就是数据的一种电磁编码，信号中包含了所要传递的消息。

我们从这个数据通信的系统模型中就可以看到，数据终端设备通过通信控制器连接通信线路，将数据在信道中传输，为了让数据适应传输的信道，通过信号变换器将其转换成适合在信道中传递的信号。

到达传输目的地后，由信号变换器再将信号转换成数据，供数据终端设备使用。

源端、目的端和数据包下面我们看下在网络中是如何传递数据的。

我们知道，构成计算机信息的最基本级别是二进制数字：0和1，在网络上面仅仅传送单个的0或者1是没有意义的，所以在网络传输时对数据进行分组是必要的。

网络上的所有通信都起源于一个源端并结束于一个目的端，数据在以电子信号的形式发送出去之前，它必须被分解成可以被管理的字节块。

网络上面的信息一般用按照网络协议分组的数据包来表示。

一个数据被分成许多的数据包，而数据包则包含了源端信息、目的端信息以及数据的分组信息。

计算机数据被分解为较小的、容易在网络上面传输的数据单元，被称为数据包。

数据包的源地址规定了发送这个数据包的主机，目的地址规定了最终接收数据包的主机。

看看这个flash，我们就知道，网络中的数据通信最基本的状态就是由源地址的主机通过网络连接向目的地址的主机发送数据包，而数据包中包括了源端信息、目的端信息以及数据的分组信息。

把数据进行分组的优点计算机网络通信时为什么不是一次性的把整段数据都传输过去呢？如果是的话，当计算机通过网络传输一个很大的文件时会长时间的占用网络信道，并且一旦中途发生错误，就需要重新传输所有的数据，这会大大降低网络的利用率。

我们来看下数据分组有哪些优点：PPT传输媒体了解了计算机网络中数据通信的基本概念后，我们看一下计算机网络之间各主机是通过哪些传输媒体连接的。

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它是数据传输系统中在发送方与接收方之间的物理通路。

计算机网络中采用的传输介质可以分为有线和无线两大类。

前4种有线，后2种无线。

无线的我们就不多做介绍了。

我们先简单认识几种有线的传输介质。

具体我们到下一章，详细介绍这些介质的特性。

图1同轴电缆，图2光纤接头，图3粗缆，图4UTP非屏蔽双绞线，我们俗称网线。

协议为了使数据分组可以正确的到达目的地，网络上的设备要“讲”相同的语言，这就是协议。

通信协议是计算机网络中计算机相互交流信息的语言。

网络通信协议是计算机网络中的计算机在通信时必须遵循双方认可的规则和约定。

我们目前最常用网络协议是TCP/IP协议集，包括：ARP,RARP,ICMP,TCP,UDP,IP等几个协议。

我们接单介绍一下这几个协议，首先是arp地址解析协议Address Resolution Protocol，这个协议是用来解析获取对方主机IP对应的MAC地址的。

与RARP反向地址解析协议一起工作，RARP协议实现的是将主机的MAC地址映射到对应的IP地址。

说到ARP 协议就要谈谈现在特别流行的ARP病毒，ARP病毒在现在的网络中非常猖獗，也令我们这些网络管理员非常的头疼。

ARP欺骗木马的中毒现象表现为：使用局域网时会突然掉线，过一段时间后又会恢复正常。

比如客户端状态频频变红，用户频繁断网，IE浏览器频繁出错，以及一些常用软件出现故障等。

重启机器或在MS-DOS 窗口下运行命令arp -d后，又可恢复上网。

ARP欺骗木马只需成功感染一台电脑，就可能导致整个局域网都无法上网，严重的甚至可能带来整个网络的瘫痪。

该木马发作时除了会导致同一局域网内的其他用户上网出现时断时续的现象外，还会窃取用户密码。

如盗取QQ 密码、盗取各种网络游戏密码和账号，盗窃网上银行账号等，这是木马的惯用伎俩，给用户造成了很大的不便和巨大的经济损失。

那么ARP病毒的原理是什么呢？ARP欺骗分为二种，一种是对路由器ARP表的欺骗；另一种是对内网PC的网关欺骗。

第一种ARP欺骗的原理是——截获网关数据。

它通知路由器一系列错误的内网MAC 地址，并按照一定的频率不断进行，使真实的地址信息无法通过更新保存在路由器中，结果路由器的所有数据只能发送给错误的MAC地址，造成正常PC无法收到信息。

第二种ARP欺骗的原理是——伪造网关。

它的原理是建立假网关，让被它欺骗的PC向假网关发数据，而不是通过正常的路由器途径上网。

在PC看来，就是上不了网了，“网络掉线了”。

由于目前ARP病毒发作的比较厉害，所以建议大家在上网的时候都安装360安全卫士，打开其中的ARP防火墙功能，这样可以比较有效的抵御ARP病毒的攻击。

1.3 OSI 网络标准的发展了解了网络的定义，再来看看OSI网络模型。

局域网，城域网，广域网早期的发展是混乱的，20世纪80年代早期，网络开始迅猛发展，网络新技术，网络新产品同样迅猛发展。

20世纪80年代中期，各大公司逐渐感受到了盲目扩大网络规模带来的后果，不同标准的网络之间很难相互通信于是，为了解决网络系统之间互不兼容的和相互通信问题，ISO 提出了一个网络模型，将有助于构建兼容和可相互通信的网络。

这就是OSI开放系统互联基本参考模型。

OSI参考模型由七层组成，从最底层到最高层依次是：物理层，数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

需要强调一下，OSI参考模型并不是具体实现的描述，它只是一个为指定标准继而提供的概念性框架。

在OSI模型中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与OSI和有关协议向一致时才能互联。

1.4 OSI参考模型的目的OSI参考模型是网络通信的主要模型，尽管还有其它类型的通信模型，但是大多数网络供应商会把产品和OSI网络模型关联起来。

OSI网络模型有助于我们观察每一层网络的功能，有利于理解数据在网络中的传输1.5 OSI参考模型的7层OSI 各层都有一组必须执行的功能，以便让数据封包由来源地在网络上向前行进，传送到目的地。

下面简要叙述一下 OSI 参考模型各层功能的说明，如图所示。

我们从最定层开始介绍。

第七层：应用层应用层是 OSI 中最接近使用者的一层，它提供网络服务给使用者的应用程序。

比如：email，文件传输，虚拟终端等。

这一层与其它各层的差异是，它不提供服务给 OSI 参考模型的其它任何一层，而只为在 OSI 模型之外的应用程序提供服务。

第六层：表示层表示层可以确保一个系统的应用层所送出信息可由接收方另一个系统的应用层加以读取。

必要时，表示层会利用共同的格式，在多种数据格式之间进行翻译的工作。

也就是说，表示层就是在两个应用层之间做翻译的。

保证两个系统的应用层能正常通话。

第五层：会话层会话层顾名思义，就是，建立、管理并终止两个通讯主机之间的会话。

这一层决定两台主机通讯连接的状态。

第四层：传输层传输层是一个端到端的连接，传输层将来自传送方主机系统的数据区段化，就是将数据进行分组传递到接收方，然后在接收方主机系统上，重新将数据组合成数据流。

传输层考虑的是主机间的传输问题，包括数据传输的可靠性，建立，维护以及适当中断虚拟电路，还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。

传输层保证整个数据无差错并按照顺序地到达目的地。

第三层：网络层网络层是很复杂的一层，可提供位于不同地理区域的两主机系统间的连通性和路径选择。

主要解决如何使数据包跨越通信子网从源传送到目的地的问题。

第二层：数据链路层比特流在数据链路层被组织成按数据链路层协议规定的数据单元，称为数据帧，并以其为单位进行传输，数据帧中包含地址、控制、数据及校验码等信息。

数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。