杨宏超的博客

从这一节开始，我们学习通信双方应用进程建立TCP连接之后，数据传输过程中，TCP有哪些机制保证传输可靠性的。本节先学习第一种机制：流量控制。

在上一节中，TCP首部常用的几个选项，有些选项的参数就是在通信双方在建立TCP连接的时候进行确定和协商的。所以在学习过TCP报文首部之后，下面我们开始学习TCP的连接建立。TCP的一个特点是提供可靠的传输机制，还有一个特点就是TCP是面向连接的。面向连接意思就是说，在进行数据的传输之前，先要建立连接，再传输数据，传输完毕之后再释放连接。在这个过程中，要保证可靠传输的话，建立连接需要通信双方进行“三次握手”，数据传输中由一些TCP的可靠机制来保证，释放连接需要通信双方进行“四次挥手”。

前面用两节内容的篇幅介绍了TCP协议首部格式，TCP的基本功能都是靠其首部这些字段的支持。那么在固定首部之后，还有长度可变的选项字段，可以提供一些附加功能。既然是长度可变，说明选项肯定不止一个，这里面有些比较重要的，也是常用的选项，我们也有必要学习一下。

接上节内容，本节我们继续TCP报文首部字段含义的学习。上节为止我们学习到“数据偏移”和“保留”字段。接下来我们学习后面的一些字段（暂不包含“检验和”的计算方法和选项字段）。

本节内容开始，我们正式学习TCP协议中具体的一些原理。首先，最重要的内容仍然是这个协议的封装结构和首部格式，因为这里面牵扯到一些环环相扣的知识点，例如ACK、SYN等等，如果这些内容不能很好的理解，那么后续学习中的连接建立、流量控制等知识就没办法学习下去了。

上回内容我们学习到，一种保证可靠传输的机制——ARQ协议，ARQ协议通过设置超时定时器，当在规定时间内没有收到来自对方发来的“确认”报文，就自动报文重传。这其中，ARQ协议和停止等待机制的结合，我们把它称作“停等ARQ”，发送完一个报文之后必须等待对方的确认才能继续发送下一个报文。由此可见，停等ARQ虽然可以一定程度上保证可靠传输，而且实现起来比较简单，但是由于其“停止等待”的特点，导致使用这种机制的通信，信道利用率太低。

前面两节内容我们学习了传输层的基本概况的一些知识，包括传输层在TCP/IP协议栈中负责的任务、传输层的两大协议，以及端口号、套接字等一些基本的概念。从这一节开始，我们将开启两大协议中TCP协议的学习。但是，经过之前的学习，我们知道TCP提供可靠传输的机制，也就是TCP具有可靠传输的特性。因此，在正式学习TCP协议之前，我们先要搞清楚一些可靠传输的工作原理，主要就是即将要介绍的ARQ协议。ARQ协议分为停止等待ARQ和连续ARQ，本节我们先学习停止等待ARQ，简称“停等ARQ”。

经过了上节的学习之后，接下来我们再要了解的一个知识就是端口号和套接字。尤其端口号，是传输层中最为重要的基础概念之一，我们在以后的学习中会经常提及到端口号。

从本节内容开始，我们学习TCP/IP模型的传输层的知识。传输层是TCP/IP模型中的重要组成部分，如果没有传输层的处理，那么源主机发送的IP数据包到达目的主机之后，目的主机将不知道这个数据是哪个应用程序的数据，就不能很好地跟应用层对接，最终无法面向用户。所以传输层是一个非常重要存在，在各类考试当中，尤其是计算机考研408科目中，根据传输层的知识点出的题目也占有较高的比重。

本节内容作为IPv6相关知识的最后一节内容，同时也作为我们本专栏网络层知识的最后一节内容，主要介绍从IPv4地址到IPv6地址过渡的相关技术。在这里我们只学习各类考试中常考的三种技术。

本节介绍TCP/IP协议栈网络层的最后一部分的内容——IPv6，这并不是一个新技术的名词，它本质上还是IP地址，只不过是一个新的版本，我们要学习的就是这个版本的一些特点。IPv6地址我们知道，传统的IPv4地址包括三种基本类型：单播地址(例如10.0.0.1)、广播地址(例如10.255.255.255)、组播地址(例如224.0.0.1)，当然还有一些特殊的类型，比如本机环回地址。在IPv6中，也是三种基本的类型，即单播、组播、任播。可以看出，IPv6取消了广播的说法，而是把广播算作是一种特殊

前面我们学习过了路由转发的基本原理，其主要工作就是根据IP数据包首部的目标IP地址和路由器内存中存储的路由表项进行路由选择的过程。本节我们就来专门介绍两种常用的网络层设备，即路由器和三层交换机。路由器路由器是最常见、最大量的网络层的设备，主要功能就是执行“路由”的动作，即为数据包进行路由选择的动作。路由器的内存中存储的路由表，我们前面讲过，可以用两种方法建立起来，一种静态路由的方法（由网络管理员手动配置），另一种是动态路由的方法（通过一些路由协议进行自学习）。关于这两种方法，具体是怎么样的，不属

本节内容继续介绍ICMP协议相关的知识，前面我们知道到了ICMP报文分为差错报告报文和询问报文两种类型，询问报文就是用来描述网络连通状态的，结合两个具体的命令ping和tracert，来认识ICMP询问报文。ICMP询问报文我们知道，无论是差错报告报文还是询问报文，它们的格式都是一样的，而用来区分具体报文类型就要靠ICMP首部的类型字段的值。现在我们来看具体的询问报文的类型：类型值 代码值 类型描述 8 0 回显请求 0 0 回显应答 13

本节要学习的内容是关于ICMP协议的，通过ICMP协议了解网络层的IP数据包在传输过程中出了差错的情况下，如何把差错情况报告给数据发送的源主机。学习ICMP报文的格式，以及ICMP的两种类型。ICMP报文ICMP，全称“Internet Control Message Protocol”，意思是“网络控制报文协议”。这个协议是属于网络层的协议。当然，您可能注意到，我在这里使用了“ICMP报文”这个名词，而报文是传输层和应用层的PDU，这就是ICMP协议比较特殊的一点，协议本身并不是高层的协议，但是却

本节的内容是网络地址转换，这也是我们的家用光猫和路由器一般都会具备的基本功能。介绍公网和私网IP地址，以及网络地址转换的方法，主要是NAT和NAPT。公网IP与私网IP前面的内容中我们学习过IP地址分类以及几类特殊的IP地址，现在我们从公网和私网的角度对IP地址进行分类，理解并记忆它们的区别。首先，必须要解释一下公网和私网的概念：公网，顾名思义，就是指“公共的网络”，不是由个人或某个单位内部自行搭建的，而是由国家的网络运营商进行建设和维护的，进行大范围远距离的网络通信。私网，也就是“私有

通过上节的学习，我们知道了路由器收到数据包后是根据匹配自己路由表的条目来把数据包进行相应地转发的。那么试想，在今天如此大规模的网络互联环境下，尤其是负责核心网建设的运营商，处在核心网的路由器要处理海量的数据，必然它就要存储特别长的路由表，路由表过长就会引起匹配条目的时间过长，也就导致了数据转发延迟过长，造成网络质量差的效果，为了解决这个问题，提出了路由聚合的技术。VLSM和CIDRVLSM是指“可变长子网掩码”，这个概念我们在前面其实已经了解到，但没有正式提出这个术语。可变长的意思是根据实际的需求，

在学习了IP数据包的构造之后，接下来要学习IP数据包是怎么被路由器处理并转发的（由于数据包和分组是两个等同的概念，所以我把本节标题定义为“分组转发原理”）。内容涉及到路由表的概念、划分子网后分组的转发以及数据在网络层和数据链路层被转发时的区别。...

本节来学习IP数据包的格式，前面我们一直在说数据包，IP数据包是网络层的PDU。PDU的概念我们在本专栏第2节的内容中谈到过，忘记了就赶快去复习。数据包也被称为“IP数据报”或者“IP分组”，这三个概念是通用的，到任何一本计算机网络教材中都适用的。IP数据包的组成：IP数据包是由数据发送方的传输层交付下来的信息加上网络层的IP首部封装而成的，所以从整体来看，IP数据包有两个组成部分：IP首部＋数据部分。数据部分就是网络层的上层交付下来的信息，具体是什么格式我们不用管。本节主要重点学习的是，IP首

书接上文，我们谈到了子网的概念与子网掩码，本节我们主要以例题的方式学习子网的计算，以及计算两台主机是否处于同一子网的方法，要学好子网的计算，必须要靠大量的练习题来支撑。例题一（算掩码）某校园网的地址是202.115.192.0，子网掩码为255.255.224.0，要把该网络分成30个子网，则子网掩码应该是？（本题选自2019上半年网络工程师考试真题）解答：此题是一个较简单的题，拿到这个题之后，我们第一步要把子网掩码转换成二进制，这样有助于我们分析题目给出的IP地址中哪些是网络位，哪些是主机

本节我们学习子网的概念、子网掩码以及子网的划分，从各种考试的角度上来看，本节内容的地位可谓举足轻重，尤其是软考网络工程师的考试中，在上午75分的客观题当中，单独考察子网计算的题目至少占有五道题（其他部分的知识点一般不会单独出这么大的题量）。子网掩码...

本节内容是我们ARP协议的最后一节内容，主要介绍ARP代理的应用，以及windows系统中CMD环境下的一些ARP相关命令。ARP代理前面我们所讲述的ARP协议的解析过程，是针对于两台主机都处在同一个物理网络相同的网段中的，这是一个很简单的情境。那么，如果两台主机不在同一个物理网络，比如主机A的IP地址是192.168.1.2，主机B的IP地址是172.16.1.2，按照标准IP地址分类和子网掩码，这显然两台主机不在同一个物理网络中，但是我们说两台主机互相通信最终要靠MAC地址，那么处于不同网络中的

在了解了ARP解析的过程之后，我们将进一步深入学习ARP的数据包，包括ARP请求和ARP响应。本节我们就介绍这两种数据包的格式，并使用ensp和wireshark进行演示。帧封装ARP在详细介绍ARP数据包的格式之前，我们要从宏观的角度观察一下，也就是先从整个的ARP包的封装来看一下，ARP数据包处在一个什么样的地位：通过上面的图片，我们明显可以看出这是一个以太网帧的封装格式，整个的ARP包作为帧的数据部分，这说明ARP数据包是封装在以太网帧中发送出去的。回顾一下我们前面讲的ARP的功.

本节我们学习从IP地址到MAC地址的转换过程，这个过程是由ARP（地址解析协议）自动帮助用户主机完成的，用户在发送信息的时候根本感觉不到这个步骤的存在，但这个步骤是通信过程中非常重要的一步，因此我们必须要清楚它的原理。ARP映射假设主机A和主机B处在同一个物理网络中，主机A要和主机B通信，经过前面的学习，我们知道主机A除了要知道主机B的IP地址，从根本上还要知道主机B的MAC地址才能最终实现通信，因为IP数据包要经过数据链路层封装成帧嘛，此时ARP协议就可以帮我们获取到主机B的MAC地址。学习具

前面我们讲到了网络层，介绍了IP地址的概念以及标准的分类，在此基础上，我们进一步学习几种特殊的IP地址。特殊IP地址先来简单回顾一下上节的不同类的IP地址的范围：A类地址：前8位是网络位，后24位是主机位，网络号范围是1~126，能容纳（2^24）-2台主机。B类地址：前16位是网络位，后16位是主机位，网络号范围是128~191，能容纳 65534 台主机。C类地址：前24位是网络位，后8位是主机位，网络号范围是192~223，能容纳 254 台主机。D类地址：网络号范围224~2

本节内容是TCP/IP体系中网络层内容的开篇，是学习网络原理课程的非常重要的一节，也是我们能正确理解网络通信的最基本的概念。本节我们只学习标准的IP地址和掩码的概念、分类等基本问题，而对于一个网络划分子网，以及多个子网聚合成一个超网这些问题，在以后的内容中会学习到。从MAC地址到 IP地址学习到此处，我们又要来回忆一遍，数据的发送过程：用户主机产生的数据报文从本机TCP/IP协议栈的应用层（也就是最顶层）开始一层一层往下，封装数据，到传输层封装成报文，到网络层封装成数据包，到数据链路层是数据帧，

前面我们学习了PPP和HDLC这两种用于广域网的数据链路层协议，其中最重要的是PPP，尤其是PPP和以太网的结合——PPPoE，曾经得到了广泛的使用。既然谈到了广域网，那我们有必要认识几种广域网，这也是每一个网络学习者应该了解的内容。广域网的特点广域网是由通信公司建立和运营的网络，属于公共数据网络的性质，覆盖的地理范围很大，可以跨国界，到达世界上任何地方。计算机联网时，如果距离遥远，需要通过广域网进行转接。广域网既是一个很庞大的网络，那么它的内部构成就非常复杂，没有固定的拓扑结构。另外，广域网要

上次我们说到，应用在广域网的数据链路层协议PPP，可以在多种链路上支持点对点的通信，而且支持多种网络层协议，并且PPP和以太网相结合产生的PPPoE，曾经也得到了比较广泛的应用。本节我们学习第二种广域网数据链路层的协议HDLC，可以说HDLC是PPP的前身，言外之意就是HDLC现在已经很少使用了，已经被PPP取代了。所以我们的学习，只要了解一些基本的概念，不需要对它进行深入研究，对考试来讲，也很少考到了。HDLC概述...

前面我们分了五节的内容，用了很大的篇幅介绍了局域网的数据链路层的知识，在这其中主要是以太网的相关内容。本节开始我们学习广域网的数据链路层协议，主要学习两种，PPP和HDLC。PPP协议的特点PPP全称“Point-to-Point Protocol”，也就是点对点协议，应用在广域网的数据链路层上。我们知道，一般的互联网用户通常都要连接到某个ISP才能接入到互联网，例如一般的家庭用户要首先向当地的某个ISP（移动、电信、联通等）申请宽带入网。PPP协议就是用户的计算机和ISP进行通信时所使用的数据

我们这一节的知识作为扩展，简单了解一下数据链路层除了有交换机之外，还有其他什么设备也工作在这一层，一个是网卡，一个是网桥。在这其中，请注意，网卡又是一个比较特殊的存在，因为它不只是工作在数据链路层，它是工作在数据链路层和物理层这两层的。网络适配器我们先讲网卡，因为网卡在实际应用中起着至关重要的作用，没有网卡是上不了网的。网卡的正式名称不叫网卡，而是叫“网络适配器”，那网卡的称呼是从何而来呢？这是在一开始的时候，尤其是台式计算机，它的主机箱里面装有一块很大的电路板，我们称作计算机的主板，主板上

截至到上一节的内容，我们几乎已经把局域网的数据链路层的知识学完了。接下来这一节，介绍工作在数据链路层的网络设备——交换机，并且用cisco packet tracer 6模拟器来演示它的特点。交换机是一种可以工作在数据链路层、网络层甚至更高层的网络设备，工作在数据链路层的称为二层交换机，工作在网络层称为三层交换机。在进行网络项目建设的时候，用于大量用户接入的一般就是二层交换机，用于流量汇聚和负责高速转发数据的，就用三层交换机。但是这并不意味着三层交换机不能做用于接入，只是三层交换机只用来做普通用户.

经过第十五节学习完以太网的基础知识，我们知道了以太网几乎是局域网领域中占统治和垄断地位的组网技术，这一节我们就详细剖开以太网帧的结构，介绍每一部分都代表什么意思，并且我们用ensp软件搭建一个实验环境，使用wireshark进行抓包，分析帧的内容。在正式开始之前，我们有必要回顾一下，帧是怎样形成的：要发送的数据从TCP/IP的协议栈上的应用层产生，向下经过传输层，加上传输层的首部，再向下经过网络层，套上网络层的首部，然后到达数据链路层，加上首部和尾部，就形成了一个数据帧，首部和尾部就是帧头和帧尾。前

前面一节，我们学习了关于以太网的基础知识，并且我们还认识了百兆、千兆等高速的以太网。本节我们学习一个很重要又比较难的一个知识点，叫做CSMA/CD协议。这个协议放到现在的应用中来讲，已经不是很重要了，但是它在各类的考试中既是重点又是难点。产生的原因在早期的时候，以太网是总线型拓扑结构的，所有的主机都连接在一根通信总线上，或者是采用以集线器为中心的星型拓扑。这两种情况的以太网都属于“共享式以太网”。共享式以太网的特点是：比如一共有A、B、C、D四台主机连接在一根总线上，当A想给B发送数据帧的时候，

前面的几节内容，我们详细学习了数据链路层的三个最基本的服务，也就是学习了数据链路层是怎么接受物理层的服务的，同时又是怎么样为网络层服务的。我们这一节，将要学习以太网的知识，包括它的概念、组成与分类。首先需要阐明的是，以太网只是局域网的一种组网技术，并不是一种新产生的网络类型。局域网包括有：以太网、令牌环网、FDDI等多种组网技术，以太网只是其中一种，而且是最主流、使用最广泛的一种。我们可能经常会看到或者听到“以太网就是局域网”这种说法，这种说法既是正确的又是不正确的。原因是：以太网只是局域网的一种组

之前的两节内容，我们详细地阐述了数据链路层的两大基本服务，分别是封装成帧和透明传输，并且介绍了方法原理。这一节的内容，我们继续学习数据链路层的第三大基本服务——差错检测。数据在通信过程中会产生什么样的差错呢，为什么会引起来差错呢？对于这个问题，通信领域研究出来的结果可以分为两大类，一类是由热噪声引起的随机错误，另一类是由脉冲噪声引起的突发错误。随机错误的特点是：错误具有随机性，影响个别数据位，断断续续的存在；突发错误的特点是：时间短而幅度大，往往会引起一个位串的出错。在学习具体的知识点之前，

在上一节中，我们了解了数据链路层的三大基本服务，并且详细学习了第一大服务，也就是封装成帧，这一节的内容我们继续学习数据链路层，第二大服务——透明传输。首先，我们解释一下，透明传输是什么意思。透明传输指的是，不管所传输的数据是什么样的比特组合，都应当能在链路上传输。说的通俗一点，核心的意思就是一个数据帧的数据部分不能和帧头帧尾的控制信息产生歧义，以免被误解。我们通过一个具体的样子来感受一下。上节我们说到，通常用“SOH”作为帧头的标记，用“EOT”作为帧尾的标记，也就是下图这个样子的：...

本节我们开始探讨TCP/IP体系中的数据链路层，首先从宏观的角度入手，数据链路层是接受下面的物理层为它提供的服务，同时也为上面的网络层提供服务。在物理层那一节中，我们知道，物理层的一个功能就是，屏蔽掉底层通信介质和通信手段的不同，使数据链路层感受不到底层通信的各种差异。同样的，数据链路层，也提供一些基本的服务给上面的网络层。这些基本的服务主要有三种：封装成帧、透明传输、差错检测。下面我们分别详细地阐述。封装成帧封装成帧是数据链路层的第一个基本的功能，从字面上就可以理解它的意思。我们在最开始学

本节的知识点作为网络原理专栏的扩展内容，主要是在前面学习了有线的传输介质后，进一步扩展一些有线的接入网技术。首先，我们要明确接入网在网络架构中所处的地位。接入网是距离用户最近的一段网络，可以说是网络架构中的“最后一公里”，一般由电信运营商为用户提供接入服务。用户通过本地网络能够接入到运营商的核心网，从而可以进入Internet互联网。下面，我们按照有线接入网技术的发展历程，展开学习：窄带接入时代1、PSTN拨号接入PSTN接入技术是早期电话普及时，用的比较多的接入网技术，通过在用户计算机

我们从这一节开始，学习TCP/IP体系中的最底层，也是和底层通信结合最紧密的一层——物理层。我们主要学习物理层涉及到的四大特性，以及工作在物理层的通信设备。物理层四大特性首先，我们回想一下，前面学过的数据发送的过程。数据从发送方的应用层下来，到传输层、网络层、数据链路层，最后到达物理层，转换成比特流，通过信道发送出去。可见，物理层的主要工作就是传输比特流。而通过我们前面的学习可以知道，数据的通信手段有很多种，传输介质也有很多种，它们虽然都具有可以传输数据的能力，但是毕竟存在差异。所以，我们就

我们从这一节开始，学习TCP/IP体系中的最底层，也是和底层通信结合的最紧密的一层——物理层。我们主要学习物理层涉及到的四大特性、通信设备和物理层之下的传输介质。物理层四大特性首先，我们回想一下，前面学过的数据发送的过程。数据从发送方的应用层下来，到传输层、网络层、数据链路层，最后到达物理层。数据到达物理层之后，就转换成比特流在信道上传输。可见，物理层的工作就是在各种传输媒体上传输比特流。而我们知道，通信的方式和手段有好多种，物理层的另一个主要功能就是尽可能屏蔽掉底层传输介质和通信手段的差异，为

这一节，我们介绍信道的多路复用，作为数据通信基础的收尾知识点，这个知识点并没有特别复杂的地方，主要是理解不同的复用技术的特点，在一些考试中也没有多少考点，或者说不做重点。多路复用技术先从字面上来理解，多路复用，大概的意思就是，把多路来源的信号通过一定的技术处理，让它们在同一条信道上传输而不产生相互的干扰。我们想象这样一种情况，有6个用户，用户1、用户2、用户3，分别要和用户4、用户5、用户6进行通信，那么在用户1和4、2和5、3和6之间都要单独使用一条信道，这样总共就需要三条信道。虽然上面的