第六章 网络基础知识

一、计算机网络基本概念与分类

1 计算机网络的定义

计算机网络是在网络协议的控制下，通过通信设备和线路将分布在不同地理位置，且具有独立功能的多个计算机系统连接起来，通过网络操作系统等网络软件实现通信和资源共享的系统。

1. 计算机网络中至少拥有两台以上计算机；
2. 传输媒体和通信设备把若干台计算机连接到了一起；
3. 为需要网络软件，含操作系统；
4. 为了正确地通信，需要有一个共同遵守的约定——通信协议；
5. 把多台计算机连接在一起，形成一个网络，是为了通信和资源共享。

2 计算机网络的发展史

1. 第一代计算机网络：面向终端远程联机系统
   1、1946 年产生第一台数字计算机
   2、1954 年收发器终端的产生
   3、20C60 年代初，产生由多重线路控制器参与组成的网络。
   4、这种网络中，终端设备没有独立处理能力，可以传输资料，不能共享资源。
2. 第二代计算机网络：计算机—计算机网络
   1、1964 年，Baran 提出存储转发概念；
   2、1966 年，David 提出分组概念；
   3、1969 年，计算机分组交换网 ARPANET（ARPA：Advanced Research Projects Agency 美国国防部高级研究计划署）投入运行。
   （1）网络属于同构网。
   （2）网络仍主要用于传输信息，对网络缺乏统一管理。
3. 第三代计算机网络：开放式标准化网络
   1、1977 年 ISO（International Standard Organization，国际标准化组织）提出 OSI 模型（Open System Interconnection，开放系统互联模型）
   2、此种网络实现了不同类型的计算机系统互联，遵循国际标准化协议的开放式标 准化网络，具有统一的体系结构，以资源共享为主要目的。
4. 第四代计算机网络：新一代网络
   1、网络正迅速地朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向不断深 入。
   2、逐步将电信网、有线电视、和计算机网络融合，三网合一。

3 计算机网络的分类

1. 根据覆盖地理范围划分
   1、局域网LAN：方圆几千米内；
   2、城域网MAN；
   3、广域网WAN：几十千米到几百千米；
   4、Internet因特网。

二、计算机网络体系结构

1 网络结构的分成设计

为了降低网络设计的复杂性，将网络进行了分层设计。每一层只关心自己层的设计。

2 协议

为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有需要“讲”相同的“语言”，描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是协议。
协议：协议就是指网络中的计算机在通信是对传送信息的理解、信息表示的形式以及各种应答信号说应遵循的共同约定。

3 网络体系结构/网络模型

3.1 分类

1. ISO/OSI模型：国际标准化组织/开放系统互联模型
2. TCP/IP模型
   1、TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），传输控制协议/互联 网协议；
   2、因特网中实际采用的标准，TCP/IP 是 ARPANET 为了实现异种网的互联，在
   对网间网的研究和应用中产生的；
   3、是由很多协议构成的一个协议族。

3.2 ISO/OSI 模型

3.2.1 ISO/OSI 模型分为 7 层

3.2.2 数据封装

3.2.3 各层工作的物理设备

1. 物理层
   1、网卡
   2、集线器
2. 网络层：路由器
3. 传输层：防火墙
4. 应用层：服务器

3.3 TCP/IP 模型
实际应用中，完全遵从 OSI 参考模型的协议几乎没有。

1. TCP/IP，20世纪70年代，美国国防部高级研究计划署开发；
2. 最早在 ARPANET 上实现，目的在于解决异构系统的通信问题。

3.3.1 TCP/IP 分为 4 层

TCP/IP	对应的协议
应用层/Application	FTP、HTTP、Telnet、SMTP、POP3、DNS
传输层/Tansport	TCP、UDP
互联层/Network	IP、ICMP、ARP
网络接口层/Link	无

3.3.3 IP 协议
IP (Internet Protocol)译为网际协议/网络协议/互联网协议。

1. 对数据包寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。
   1、IP 协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的 IP 地 址、目的主机的 IP 地址和其他一些信息。
2. 分割和重组在传输层被分割的数据包。
   1、由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大 小不相同时，IP 协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再 加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，IP 协议将所有的片段重 新组合形成原始的数据。
3. 无连接传递数据。
   1、无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地 将 IP 数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者 IP 包的 次序会混乱。
   2、要实现数据包的可靠传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的 TCP 协议。

3.3.4 ICMP 协议
ICMP（Internet Control Message Protocol）译为互联网控制报文协议，主要用于侦测远 端主机是否存在、建立及维护路由资料、重导资料传送路径、资料流量控制。

1. ping 命令：探测能否连通指定计算机
   1、连接建立成功
   Reply from 192.168.1.1:bytes=32 time<1ms TTL=128（TTL 是 Time To Live 的缩写，该字段指定 IP 包被路由器丢弃之前允 许通过的最大网段数量。TTL 是 IPv4 包头的一个 8bit 字段）
   2、目标主机不可达：Destination host unreachable.
   3、请求时间超时：Request timed out.
   4、未知主机名：Unknown host abc.
2. tracert：跟踪路由器

3.3.5 ARP 协议
ARP（Address Resolution Protocol）译为地址解析协议，用于将 IP 地址转换为 MAC 地址。
MAC(Media Access Control)地址，或称硬件位址/机器地址/物理地址。

1. 用来定义网络设备的位置，代表网络中的唯一一台计算机。
2. MAC 地址由 48 比特长，0 到 23 位是厂商向 IETF 等机构申请用来标识厂商的 代码。地址的 24 到 47 位由厂商自行分派，是各个厂商制造的所有网卡的一个 唯一编号。常用 12 位的 16 进制数字组成。
3. ipconfig /all 或 getmac /v 可以查看 MAC 地址。

3.3.6 UDP 与 TCP 协议
二者都属于传输层协议。

1. UDP 协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）
   1、属于传输层协议。
   2、无连接。
   3、不可靠。
   4、可靠性有上层协议保证。
2. TCP 协议
   1、面向连接，支持端到端通信。
   2、进行无差错控制，传输是可靠的。
   3、进行必要流量控制，避免发包过快二导致阻塞。
3. TCP的连接：三次握手
   

3.3.7 应用层协议

1. FTP（File Transfer Protocol）
   1、文件传输协议
   2、用于上传文件和下载文件

2. HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）
   1、超文本传输协议
   2、 用于访问网站

3. https（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer）：安全的超文本传输协议

4. Telnet 远程协议 ： 用于远程连接计算机

5. SMTP（Simple Mail Transmission Protocol）
   1、简单邮件传输协议
   2、用于发送邮件

6. POP3（Post Office Protocol version 3）
   1、 邮局协议版本 3
   2、用于收邮件

7. DNS（Domain Name System）
   1、 域名系统
   2、用于将域名解析为 IP 地址、将 IP 地址解析为域名

8. DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）
   1、动态主机配置协议
   2、用于自动分配 IP 地址

3.4 端口
端口号用来标识同一时间内通过网络的不同连接。
1、端口号范围：
（1）0~65535
（2）应用层知名服务：0~255
（3）各个厂商：256~1023
（4）未被分配：>1023
2、查端口号： C:\windows\system32\drivers\etc\services

三、 IP 地址

1 IP 地址的含义

用于标识网络中的一个通信实体(计算机，设备等)的数字编号。

2 IP 地址的特点

二进制形式共 32 位，每个 IP 地址被分成四组，每组 8 位二进制数。

1. 一般用十进制数填写和使用，用句点隔开，称为点分十进制，每组数字的大小范围 为 0-255。
   1、 如：10000011 01101011 00000011 00010001
   2、 点分十进制形式：131.107.3.17
2. IP 地址包含网络号和主机号。
3. 公网上的 IP 不能重复，同一局域网内的 IP 也不能重复。

3 IP 地址的分类

3.1 IP 地址的分类

分为 5 个不同的地址类别，其中 A、B、C 三类最为常用，D 类地址用作组播，E 类地 址保留未用。

网络号不允许全 0，主机号不允许全 0、全 1（指二进制形式）

1. 主机号全 0：表示子网或本网，常用于路由中。不能在公网上分配和出现。
2. 主机号全 1：表示广播地址，发送到地址全 1 的主机，表示信息发送给本网中 的所有主机。不能在公网上分配和出现。

3.2 特殊 IP 地址
也称为专用 IP 地址、保留地址，只限内网使用，也不会出现于公网。

1. A 类
   1、 10.X.X.X
   2、 127.X.X.X：表示回环地址(loopback)或环路测试 IP，localhost。
2. B 类
   1、172.16.X.X~172.31.X.
   2、169.254.X.X：表示自私有 IP 地址。
3. C 类
   192.168.0.X~192.168.255.X

四、 子网掩码

1 子网掩码的特点

共 32 位二进制，由连续的“1”和连续的“0”组成，左边向右全是 1，右边向左全是 0。

1. 标准长度的子网掩码
   1、A 类：255.0.0.0 或 /8
   2、 B 类：255.255.0.0 或 /16
   3、 C 类：255.255.255.0 或 /24
2. 可变长的子网掩码
   1、128（10000000） 例如：255.255.255.128 或 /25
   2、192（11000000） 例如：255.255.192.0 或 /18
   3、224（11100000） 例如：255.255.255.224 或 /27
   4、240（11110000） 例如：255.240.0.0 或 /12
   5、248（11111000） 例如：255.255.255.248 或 /29
   6、252（11111100） 例如：255.255.255.252 或 /30

2 子网掩码的应用

用来表征 IP 地址所处的网络位置，进而用于判断下列两台主机间能否连通。

1. 判断步骤
   1、 将 IP 地址和子网掩码转换成二进制
   2、将 IP 地址和子网掩码按位进行与运算
   3、得出子网号，判断是否相等。网号相同，则可以相互连通，否则不能连通
2. 案例
   1、192.168.5.23 与 192.168.5.175，子网掩码 255.255.255.0
   2、192.168.5.23 与 192.168.5.175，子网掩码 255.255.255.128

五、 设置和测试系统网络参数

1 设置 TCP/IP 参数

如何获得 IP 地址 ：

1. 手动设置 IP 地址
2. 自动设置 IP 地址
   1、DHCP
   2、169.254.x.y

2 检查 TCP/IP 设置是否正确

IP 地址发生冲突 ：

1. 利用“网络错误”对话框
2. 通过“本地连接”对话框的“详细信息”检查
3. 利用 ipconfig 命令

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