计算机网络基础任务1 计算机网络基础知识
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OSI的七层协议体系结构的概念清楚,理论也比较完整,但它既复杂又不 实用。
TCP/IP体系结构则不同，但它却得到了非常广泛的应用。TCP/IP是一 个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层 （用网际层这个名字是强调这一层是为了解决不同网络的互联问题）。 不过从实质上讲，TCP/IP只有最上面的三层，因为最下面的网络接口 层并没有什么具体内容。因此在学习计算机网络的原理时往往采取折 中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采取一种只有五层协议的体 系结构，这样既简洁又能将概念阐述清楚。有时为了方便，也可把最 底下两层称为网络接口层。
网络层最核心的协议是IP协议（Internet Protocol，因特网协议）。 IP协议根据数据包的目的IP地址来决定如何投递它。如果数据包不能 直接发送给目标主机，那么IP协议就为它寻找一个合适的下一跳 （next hop）路由器，并将数据包交付给该路由器来转发。多次重复 这一过程，数据包最终到达目标主机，或者由于发送失败而被丢弃。 可见，IP协议使用逐跳（hop by hop）的方式确定通信路径。
数据设备连接起来，使用户共享计算机资源。局域网的地域范围一般只有几 公里。局域网的基本组成包括服务器，客户机、网络设备和通信介质。通常 局域网中的线路和网络设备的拥有、使用、管理一般都是属于用户所在公司 或组织的。
城域网：这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计 算机互联。这种网络的连接距离可以在10~100公里，它采用的是IEEE802.6 标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范 围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络 通常连接着多个LAN网。
OSI七层模型的划分: OSI定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传
输层、会话层、表示层、应用层），即ISO开放互连系统参考模型。 每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻层的接口通信。OSI的
服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其 下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务 与这些服务是怎么实现的无关。
一 计算机网络基础知识
Basic Knowledge of Computer Networks
演讲者：
本章内容
1.1 计算机网络概述 1.2 计算机网络层次模型 1.3 几个重要协议 1.4 网络的构成要素
1.1 计算机网络概述
计算机网络的定义或含义： 计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外
网络层另外一个重要的协议是ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）。它是IP协议的重要补 充，主要用于检测网络连接。
3. 传输层
传输层为两台主机上的应用程序提供端到端（end to end）的通信。 与网络层使用的逐跳通信方式不同，传输层只关心通信的起始端和目 的端，而不在乎数据包的中转过程。
ping是应用程序，而不是协议，前面说过它利用ICMP报文检测网络 连接，是调试网络环境的必备工具。
telnet协议是一种远程登录协议，它使我们能在本地完成远程任务。 OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）协议是一种
动态路由更新协议，用于路由器之间的通信，以告知对方各自的路由 信息。 DNS（Domain Name Service，域名服务）协议提供机器域名到IP 地址的转换。
会话层： 会话层就是负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层
的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
传输层：
传输层建立了主机端到端的链接，传输层的作用是为上层协议提供端 到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等 问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只 是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、 可靠的数据通路。我们通常说的，TCP UDP就是在这一层。端口号既 是这里的“端”。
1. 数据链路层
数据链路层实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据 在物理介质（比如以太网、令牌环等）上的传输。
数据链路层两个常用的协议是ARP协议（Address Resolve Protocol，地址解析协议）和RARP协议 （ReverseAddress Resolve Protocol，逆地址解析协 议）。它们实现了IP地址和机器物理地址（通常是MAC地 址，以太网、令牌环和802.11无线网络都使用MAC地址） 之间的相互转换。
OSI的来源:
OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。 一般都 叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网 络互连模型。
ISO为了更好的使网络应用更为普及，推出了OSI参考模型。其含义 就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同 的规范，就能互联了。
数据链路层（驱动程序）封装了物理网络的电气细节；网络层封装了 网络连接的细节；传输层则为应用程序封装了一条端到端的逻辑通信 链路，它负责数据的收发、链路的超时重连等。
TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）为应用 层提供可靠的、面向连接的和基于流（stream）的服务。TCP协议使 用超时重传、数据确认等方式来确保数据包被正确地发送至目的端， 因此TCP服务是可靠的。使用TCP协议通信的双方必须先建立TCP连 接，并在内核中为该连接维持一些必要的数据结构，比如连接的状态、 读写缓冲区，以及诸多定时器等。当通信结束时，双方必须关闭连接 以释放这些内核数据。TCP服务是基于流的。基于流的数据没有边界 （长度）限制，它源源不断地从通信的一端流入另一端。发送端可以 逐个字节地向数据流中写入数据，接收端也可以逐个字节地将它们读 出。
部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及 网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系 统。 从逻辑功能上看，计算机网络是以传输信息为基础目的，用通信线路 将多个计算机连接起来的计算机系统的集合，一个计算机网络组成包 括传输介质和通信设备。
从用户角度看，存在着一个能为用户自动管理的网络操作系统。由它 调用完成用户所调用的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样， 对用户是透明的。
应用层: OSI参考模型中最靠近用户的一层，是为计算机用户提供应用接口，
也为用户直接提供各种网络服务。我们常见应用层的网络服务协议有： HTTP，HTTPS，FTP，POP3、SMTP等。
表示层： 表示层提供各种用于应用层数据的编码和转换功能,确保一个系统的应
用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。如果必要，该层可提 供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据格式转换成通信 中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功 能之一。
UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）则与TCP 协议完全相反，它为应用层提供不可靠、无连接和基于数据报的服务。 “不可靠”意味着UDP协议无法保证数据从发送端正确地传送到目的 端。如果数据在中途丢失，或者目的端通过数据校验发现数据错误而 将其丢弃，则UDP协议只是单地通知应用程序发送失败。因此，使用 UDP协议的应用程序通常要自己处理数据确认、超时重传等逻辑。 UDP协议是无连接的，即通信双方不保持一个长久的联系，因此应用 程序每次发送数据都要明确指定接收端的地址（IP地址等信息）。基 于数据报的服务，是相对基于流的服务而言的。每个UDP数据报都有 一个长度，接收端必须以该长度为最小单位将其所有内容一次性读出， 否则数据将被截断。
数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问 控制子层（MAC）。
MAC子层处理CSMA/CD算法（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测协议）、数 据出错校验、成帧等；LLC子层定义了一些字段使上次协议能共享数 据链路层。 在实际使用中，LLC子层并非必需的。
广域网（WAN）覆盖范围为几百公里至几千公里，由终端设备、节点交换设 备和传送设备组成。一个广域网的骨干网络常采用分布式网络网状机构，在 本地网和接入网中通常采用的是树型或星型链接。广域网的线路与设备的所 有权和管理权一般是属于电信服务提供商，而不属于用户。
1.2 计算机网络层次模型
一、OSI（Open System Interconnect）体系 结构
2. பைடு நூலகம்络层
网络层实现数据包的选路和转发。 WAN（Wide Area Network，广域网）通常使用众多分级的路由器
来连接分散的主机或LAN（Local Area Network，局域网），因此， 通信的两台主机一般不是直接相连的，而是通过多个中间节点（路由 器）连接的。网络层的任务就是选择这些中间节点，以确定两台主机 之间的通信路径。同时，网络层对上层协议隐藏了网络拓扑连接的细 节，使得在传输层和网络应用程序看来，通信的双方是直接相连的。
网络层： 本层通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的
分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的 端的运输层。就是通常说的IP层。这一层就是我们经常说的IP协议层 。IP协议是Internet的基础。
数据链路层：
将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址 (以太网使用 MAC地址)来访问介质,并进行差错检测。
应用层协议（或程序）可能跳过传输层直接使用网络层提供的服务， 比如ping程序和OSPF协议。应用层协议（或程序）通常既可以使用 TCP服务，又可以使用UDP服务，比如DNS协议。我们可以通过 /etc/services文件查看所有知名的应用层协议，以及它们都能使用哪 些传输层服务。
三、计算机网络五层结构模型
网络层使用IP地址寻址一台机器，而数据链路层使用物理 地址寻址一台机器，因此网络层必须先将目标机器的IP地 址转化成其物理地址，才能使用数据链路层提供的服务， 这就是ARP协议的用途。
RARP协议仅用于网络上的某些无盘工作站。因为缺乏存 储设备，无盘工作站无法记住自己的IP地址，但它们可以 利用网卡上的物理地址来向网络管理者（服务器或网络管 理软件）查询自身的IP地址。运行RARP服务的网络管理 者通常存有该网络上所有机器的物理地址到IP地址的映射。
物理层： 实际最终信号的传输是通过物理层实现的。通过物理介质传输比特流
。规定了电平、速度和电缆针脚。常用设备有（各种物理设备）集线 器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴电缆。这些都是物理 层的传输介质。
二、TCP/IP四次模型
TCP/IP协议族是一个四层协议系统，自底而上分别是网络接口层、互 连网络层、传输层和应用层。每一层完成不同的功能，且通过若干协 议来实现，上层协议使用下层协议提供的服务。
简单的说其实就是利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计 算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件 及协议实现资源共享和信息传递的系统。
计算机网络的分类： 按照覆盖范围分，计算机网络可以分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、
和广域网（WAN）。 局域网（LAN）是一个高速数据通信系统，它在较小的区域内将若干独立的
4. 应用层
应用层负责处理应用程序的逻辑。 数据链路层、网络层和传输层负责处理网络通信细节，这部分必须既
稳定又高效，因此它们都在内核空间中实现。而应用层则在用户空间 实现，因为它负责处理众多逻辑，比如文件传输、名称查询和网络管 理等。如果应用层也在内核中实现，则会使内核变得非常庞大。当然， 也有少数服务器程序是在内核中实现的，这样代码就无须在用户空间 和内核空间来回切换（主要是数据的复制），极大地提高了工作效率。 不过这种代码实现起来较复杂，不够灵活，且不便于移植。
TCP/IP体系结构则不同，但它却得到了非常广泛的应用。TCP/IP是一 个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层 （用网际层这个名字是强调这一层是为了解决不同网络的互联问题）。 不过从实质上讲，TCP/IP只有最上面的三层，因为最下面的网络接口 层并没有什么具体内容。因此在学习计算机网络的原理时往往采取折 中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采取一种只有五层协议的体 系结构，这样既简洁又能将概念阐述清楚。有时为了方便，也可把最 底下两层称为网络接口层。
网络层最核心的协议是IP协议（Internet Protocol，因特网协议）。 IP协议根据数据包的目的IP地址来决定如何投递它。如果数据包不能 直接发送给目标主机，那么IP协议就为它寻找一个合适的下一跳 （next hop）路由器，并将数据包交付给该路由器来转发。多次重复 这一过程，数据包最终到达目标主机，或者由于发送失败而被丢弃。 可见，IP协议使用逐跳（hop by hop）的方式确定通信路径。
数据设备连接起来，使用户共享计算机资源。局域网的地域范围一般只有几 公里。局域网的基本组成包括服务器，客户机、网络设备和通信介质。通常 局域网中的线路和网络设备的拥有、使用、管理一般都是属于用户所在公司 或组织的。
城域网：这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计 算机互联。这种网络的连接距离可以在10~100公里，它采用的是IEEE802.6 标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范 围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络 通常连接着多个LAN网。
OSI七层模型的划分: OSI定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传
输层、会话层、表示层、应用层），即ISO开放互连系统参考模型。 每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻层的接口通信。OSI的
服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其 下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务 与这些服务是怎么实现的无关。
一 计算机网络基础知识
Basic Knowledge of Computer Networks
演讲者：
本章内容
1.1 计算机网络概述 1.2 计算机网络层次模型 1.3 几个重要协议 1.4 网络的构成要素
1.1 计算机网络概述
计算机网络的定义或含义： 计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外
网络层另外一个重要的协议是ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）。它是IP协议的重要补 充，主要用于检测网络连接。
3. 传输层
传输层为两台主机上的应用程序提供端到端（end to end）的通信。 与网络层使用的逐跳通信方式不同，传输层只关心通信的起始端和目 的端，而不在乎数据包的中转过程。
ping是应用程序，而不是协议，前面说过它利用ICMP报文检测网络 连接，是调试网络环境的必备工具。
telnet协议是一种远程登录协议，它使我们能在本地完成远程任务。 OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）协议是一种
动态路由更新协议，用于路由器之间的通信，以告知对方各自的路由 信息。 DNS（Domain Name Service，域名服务）协议提供机器域名到IP 地址的转换。
会话层： 会话层就是负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层
的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
传输层：
传输层建立了主机端到端的链接，传输层的作用是为上层协议提供端 到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等 问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只 是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、 可靠的数据通路。我们通常说的，TCP UDP就是在这一层。端口号既 是这里的“端”。
1. 数据链路层
数据链路层实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据 在物理介质（比如以太网、令牌环等）上的传输。
数据链路层两个常用的协议是ARP协议（Address Resolve Protocol，地址解析协议）和RARP协议 （ReverseAddress Resolve Protocol，逆地址解析协 议）。它们实现了IP地址和机器物理地址（通常是MAC地 址，以太网、令牌环和802.11无线网络都使用MAC地址） 之间的相互转换。
OSI的来源:
OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。 一般都 叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网 络互连模型。
ISO为了更好的使网络应用更为普及，推出了OSI参考模型。其含义 就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同 的规范，就能互联了。
数据链路层（驱动程序）封装了物理网络的电气细节；网络层封装了 网络连接的细节；传输层则为应用程序封装了一条端到端的逻辑通信 链路，它负责数据的收发、链路的超时重连等。
TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）为应用 层提供可靠的、面向连接的和基于流（stream）的服务。TCP协议使 用超时重传、数据确认等方式来确保数据包被正确地发送至目的端， 因此TCP服务是可靠的。使用TCP协议通信的双方必须先建立TCP连 接，并在内核中为该连接维持一些必要的数据结构，比如连接的状态、 读写缓冲区，以及诸多定时器等。当通信结束时，双方必须关闭连接 以释放这些内核数据。TCP服务是基于流的。基于流的数据没有边界 （长度）限制，它源源不断地从通信的一端流入另一端。发送端可以 逐个字节地向数据流中写入数据，接收端也可以逐个字节地将它们读 出。
部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及 网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系 统。 从逻辑功能上看，计算机网络是以传输信息为基础目的，用通信线路 将多个计算机连接起来的计算机系统的集合，一个计算机网络组成包 括传输介质和通信设备。
从用户角度看，存在着一个能为用户自动管理的网络操作系统。由它 调用完成用户所调用的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样， 对用户是透明的。
应用层: OSI参考模型中最靠近用户的一层，是为计算机用户提供应用接口，
也为用户直接提供各种网络服务。我们常见应用层的网络服务协议有： HTTP，HTTPS，FTP，POP3、SMTP等。
表示层： 表示层提供各种用于应用层数据的编码和转换功能,确保一个系统的应
用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。如果必要，该层可提 供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据格式转换成通信 中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功 能之一。
UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）则与TCP 协议完全相反，它为应用层提供不可靠、无连接和基于数据报的服务。 “不可靠”意味着UDP协议无法保证数据从发送端正确地传送到目的 端。如果数据在中途丢失，或者目的端通过数据校验发现数据错误而 将其丢弃，则UDP协议只是单地通知应用程序发送失败。因此，使用 UDP协议的应用程序通常要自己处理数据确认、超时重传等逻辑。 UDP协议是无连接的，即通信双方不保持一个长久的联系，因此应用 程序每次发送数据都要明确指定接收端的地址（IP地址等信息）。基 于数据报的服务，是相对基于流的服务而言的。每个UDP数据报都有 一个长度，接收端必须以该长度为最小单位将其所有内容一次性读出， 否则数据将被截断。
数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问 控制子层（MAC）。
MAC子层处理CSMA/CD算法（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测协议）、数 据出错校验、成帧等；LLC子层定义了一些字段使上次协议能共享数 据链路层。 在实际使用中，LLC子层并非必需的。
广域网（WAN）覆盖范围为几百公里至几千公里，由终端设备、节点交换设 备和传送设备组成。一个广域网的骨干网络常采用分布式网络网状机构，在 本地网和接入网中通常采用的是树型或星型链接。广域网的线路与设备的所 有权和管理权一般是属于电信服务提供商，而不属于用户。
1.2 计算机网络层次模型
一、OSI（Open System Interconnect）体系 结构
2. பைடு நூலகம்络层
网络层实现数据包的选路和转发。 WAN（Wide Area Network，广域网）通常使用众多分级的路由器
来连接分散的主机或LAN（Local Area Network，局域网），因此， 通信的两台主机一般不是直接相连的，而是通过多个中间节点（路由 器）连接的。网络层的任务就是选择这些中间节点，以确定两台主机 之间的通信路径。同时，网络层对上层协议隐藏了网络拓扑连接的细 节，使得在传输层和网络应用程序看来，通信的双方是直接相连的。
网络层： 本层通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的
分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的 端的运输层。就是通常说的IP层。这一层就是我们经常说的IP协议层 。IP协议是Internet的基础。
数据链路层：
将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址 (以太网使用 MAC地址)来访问介质,并进行差错检测。
应用层协议（或程序）可能跳过传输层直接使用网络层提供的服务， 比如ping程序和OSPF协议。应用层协议（或程序）通常既可以使用 TCP服务，又可以使用UDP服务，比如DNS协议。我们可以通过 /etc/services文件查看所有知名的应用层协议，以及它们都能使用哪 些传输层服务。
三、计算机网络五层结构模型
网络层使用IP地址寻址一台机器，而数据链路层使用物理 地址寻址一台机器，因此网络层必须先将目标机器的IP地 址转化成其物理地址，才能使用数据链路层提供的服务， 这就是ARP协议的用途。
RARP协议仅用于网络上的某些无盘工作站。因为缺乏存 储设备，无盘工作站无法记住自己的IP地址，但它们可以 利用网卡上的物理地址来向网络管理者（服务器或网络管 理软件）查询自身的IP地址。运行RARP服务的网络管理 者通常存有该网络上所有机器的物理地址到IP地址的映射。
物理层： 实际最终信号的传输是通过物理层实现的。通过物理介质传输比特流
。规定了电平、速度和电缆针脚。常用设备有（各种物理设备）集线 器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴电缆。这些都是物理 层的传输介质。
二、TCP/IP四次模型
TCP/IP协议族是一个四层协议系统，自底而上分别是网络接口层、互 连网络层、传输层和应用层。每一层完成不同的功能，且通过若干协 议来实现，上层协议使用下层协议提供的服务。
简单的说其实就是利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计 算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件 及协议实现资源共享和信息传递的系统。
计算机网络的分类： 按照覆盖范围分，计算机网络可以分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、
和广域网（WAN）。 局域网（LAN）是一个高速数据通信系统，它在较小的区域内将若干独立的
4. 应用层
应用层负责处理应用程序的逻辑。 数据链路层、网络层和传输层负责处理网络通信细节，这部分必须既
稳定又高效，因此它们都在内核空间中实现。而应用层则在用户空间 实现，因为它负责处理众多逻辑，比如文件传输、名称查询和网络管 理等。如果应用层也在内核中实现，则会使内核变得非常庞大。当然， 也有少数服务器程序是在内核中实现的，这样代码就无须在用户空间 和内核空间来回切换（主要是数据的复制），极大地提高了工作效率。 不过这种代码实现起来较复杂，不够灵活，且不便于移植。