计算机网络网络参考模型与子网划分

前言

网络参考模型是用于理解和设计网络系统的抽象框架，它将复杂的网络通信过程分解为多个相对独立的层次，每个层次负责特定的功能，并定义了层次之间的交互方式。主流的是以下两种主流的网络参考模型：OSI参考模型和TCP/IP参考模。
子网划分（Subnetting）是网络管理中的一项关键技术，它通过将一个较大的IP网络地址空间分割成多个较小的子网，来优化网络性能、提升安全性并简化管理。
本文将从分层思想、OSI参考模型、TCP/IP协议族、数据封装与解封过程、计算机的数制为大家解释以上两种知识。

一、分层思想

1.1 分层思想的概念

网络参考模型的分层思想是一种将复杂网络通信过程分解为多个相对独立、功能明确的层次的设计方法。这种思想通过定义各层的功能、协议和接口，实现了网络通信的模块化、标准化和可扩展性。

1.2 分层思想的作用

分层思想的应用有利于将复杂的过程转化成多个单一过程，在一定程度上可以减轻工作难度，并且这种针对性的方法更有利于问题的发现与解决。

1.2 点对点通讯和端对端通讯

点对点通讯：点对点通讯是相对直接的数据传输方式，中间不需要通过路由器或交换机的传输，这种通讯相对来说延迟较低，更加直接，但是同样弊端也很明显，这种通讯方式不适合远距离、大规模通讯。
端对端通讯：这种通讯方式是指数据从发送端传输到接受端的整个过程，过程中需要经过路由器或交换机的处理，虽然这种通讯方式具有一定延迟，但是它可以确保信息的完整和稳定。例如QQ

二、OSI参考模型

2.1 OSI参考模型概念

OSI参考模型是由国际标准化组织（ISO）于1984年颁布的一个开放性互联模型，它分为七个独立的层次，七个层次需要负责自己特定的工作并且交互。因此又称为OSI七层参考模型。

2.2 OSI七层参考模型的结构与作用

1、应用层：为用户应用程序提供网络服务接口
2、表示层：负责数据的表示、加密和压缩
3、会话层：建立、管理和维护会话
4、传输层：建立、管理和维护端到端的连接
5、网络层：负责路径选择和逻辑寻址，将数据包从源端传输到目的端（IP寻址）
6、数据链路层：比特流组织成帧（Frame），提供可靠的节点到节点传输，处理错误检测和纠正。（MAC寻址）
7、物理层：负责传输比特流，定义电气、机械和时序接口

三、TCP/IP协议族

TCP/IP分为两种模型：TCP/IP 4层模型与TCP/IP 5层模型

3.1 TCP/IP 4层模型与TCP/IP 5层模型结构

TCP/IP 4层模型：由应用层、传输层、网络层、物理层组成
TCP/IP 5层模型：由应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层组成

3.2 TCP/IP协议族的组成

1、应用层：HTTP 、FTP 、TFTP、SMTP、SNMP、DNS
2、传输层：TCP（面向连接，可靠性）、UDP（非面向连接，高效性）
3、网络层：ICMP 、IGMP、ARP 、RARP、IP
4、数据链路层与物理层：IEEE 802.3有线局域网(以太网)标准、
IEEE802.11无线网标准

四、数据封装过程

封装过程：从应用层（应用层、表示层、会话层）传输数据————》传输层在数据的基础上再加上端口号进行封装————》网络层在数据与端口号的基础上加上IP地址进行封装————》数据链路层在数据、端口号、IP地址的基础上再加入MAC进行封装————》物理层转化为比特流。
解封过程：物理层将比特流转化为数据帧（MAC地址、IP地址、数据、端口号）————》数据链路层从数据帧的基础上拆分出MAC地址变成数据包（IP地址、数据、端口号）————》网络层从数据包的基础上拆分出IP地址变成数据段（数据、端口号）————》传输层从数据段中拆分出端口号变成数据————》应用层

五、计算机的数制

在IP中分为两个版本IPv4与IPv6，IPv4共有32位，采用点分分十进制分成四部分，每部分由8位二进制数组成，同理，IPv6共有128位为十六进制。这里我们主要聊聊IPv4，刚刚说过IPv4是由四个部分，每个部分由8位二进制数组成例如（11000000.10010000.00001100.00000001），首先我们就得了解二进制、十进制、十六进制之间的转化方法，在日常生活中我们大多用的是十进制，也就是逢十进一，那么接下来本文将把十进制看做一个基底，首先来看二进制转十进制，这里我们就用上面的例子
11000000=0×2^0 + 0×2 ^1 + 0×2 ^2 + 0×2 ^3 + 0×2 ^4 + 0×2 ^5 + 1×2 ^6 + 1×2 ^7=192
总的来说就是将八个数从左往右的数字作为底数（也就是0、0、0、0、0、0、1、1），每个底数乘上进制数（这里进制数为2）的n-1次方（n从1开始一直到7）。
同理十六进制转十进制方法也是一样的，只不过是进制数由2改为16而已就是
11000000=0×16^0 + 0×16 ^1 + 0×16 ^2 + 0×16 ^3 + 0×16 ^4 + 0×16 ^5 + 1×16 ^6 + 1×16 ^7
最后我们来看看十进制变为二进制，这里我们需要用到除二取余法，依然是上面的例子，给出一个十进制数192,那么192需要一直除2，并且将所得的余数从右往左列出来，直到除不了，商为0。
192/2=96…………余0
96/2=48…………余0
48/2=24…………余0
24/2=12…………余0
12/2=6…………余0
6/2=3…………余0
3/2=1…………余1
1/2=0…………余1
那么将所得余数以此从右往左为11000000。这就是十进制转二进制的方法，同理十六进制只是把除数改为16.

六、子网划分

6.1 IP地址的概念

每台接入网络的设备都会被分配一个唯一的IP地址，类似于家庭的门牌号，确保数据能准确送达。常用的IP形式是IPv4与IPv6。

6.2 IP的组成

IP地址有两部分组成：
① 网络号（网络ID ） 表示所在的网络
② 主机号（主机ID） 表示该网络中的具体的设备，我在这里例出一个IP地址
（192.168.10.10）子网掩码为（255.255.255.0）则主机号取子网掩码中0所对应的部分也就是10，因此主机号为（0.0.0.10），（192.168.10.0）为网络号。
并且在ipv4中由于是采用二进制，因此主机号最大为255，也就是从0到255总共有256个名额，这256个名额是独立存在的，相当于门牌号，同一个小区内不可能存在一样的门牌号，那为什么是255呢？其实也好想到8位十进制最小无非是（0000000）转化为十进制便是0，最大为（11111111）转化为十进制就是255啦。

6.3 IP的分类

1、 公网
IPV4 地址按照网络规划被分为 A B C D E 五类
地址范围 默认子网掩码 用途
A 1.0.0.0 ~126.255.255.255 255.0.0.0 大型网络
B 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 255.255.0.0 中型网络
C 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 255.255.255.0 小型网络
D 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 组播
E 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255 研究保留

2、 私网
A 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B 172.16.0.0 ~ 173.31.255.255
C 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

总结

本文讲述了从分层思想、OSI参考模型、TCP/IP协议族、数据封装与解封过程、计算机的数制，与子网的划分，希望这些内容可以对你有所帮助，谢谢观看！😜