计算机网络之网络体系架构与IP

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原创最新推荐文章于 2026-08-22 05:22:26 发布 645 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

计算机网络基础 计算机网络是指将位于不同地理位置并具有独立功能的多台计算机系统通过通信设备和线路连接起来，并配以完善的网络协议来实现网络通信和软件、硬件资源共享的计算机集合。1.网络体系结构（Network Architecture）是指计算机网络的分层结构和各层协议的集合，它从整体上定义了计算机网络的功能、组织方式以及通信规则。1.所谓计算机网络协议（Protocol）,是计算机网络中的计算机为了进行数据交换而建立的规则，标准或约定。阅读详情

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一、网络体系结构

推荐的连接：

七层架构主要包括：

物理层:主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由 1、0 转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为 1、0，也就是我们常说的模数转换与数模转换)。这一层的数据叫做比特。

数据链路层:主要将从物理层接收的数据进行 MAC 地址(网卡的地址)的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。

网络层:主要将从下层接收到的数据进行 IP 地址(例 192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。

传输层:定义了一些传输数据的协议和端口号(WWW 端口 80 等)，

如:TCP(传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据)，UDP(用户数据报协议，与 TCP 特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如 QQ 聊天数据就是通过这种方式传输的)。 主要是将从下层接收的数据进行分段进行传输，到达目的地址后在进行重组。 常常把这一层数据叫做段。

会话层:通过传输层(端口号:传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或或者接受会话请求(设备之间需要互相认识可以是 IP 也可以是 MAC 或者是主机名)

表示层:主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等(也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西(如图片、声音等))

应用层：主要是一些终端的应用，比如说 FTP(各种文件下载)，WEB(IE 浏览)，QQ 之类的(你就把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西.就是终端应用)。

各层使用的数据交换设备：

网关：应用层、传输层。

网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。

网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。
【重点】路由器：网络层

路由选择、存储转发
【重点】交换机：数据链路层、网络层

识别数据包中的 MAC 地址信息，根据 MAC 地址进行转发，并将这些 MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
网桥：数据链路层

将两个 LAN 连起来，根据 MAC 地址来转发帧。
集线器（Hub）：物理层

纯硬件设备，主要用来连接计算机等网络终端。
中继器：物理层

在比特级别对网络信号进行再生和重定时，从而使得它们能够在网络上传输更长的距离。

二、IP

IP 地址的分类

IP 地址是指互联网协议地址，是 IP 协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

IP 地址编址方案将IP地址空间划分为 A、B、C、D、E 五类，其中 A、B、C 是基本类，D、E 类作为多播和保留使用，为特殊地址。

每个 IP 地址包括两个标识码（ID），即网络 ID 和主机 ID 。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络 ID ，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机 ID 与其对应。A~E 类地址的特点如下：

A 类地址：以 0 开头，第一个字节范围：0~127 。
B 类地址：以 10 开头，第一个字节范围：128~191 。
C 类地址：以 110 开头，第一个字节范围：192~223。
D 类地址：以 1110 开头，第一个字节范围：224~239 。
E 类地址：以 1111 开头，保留地址。

详细的，可以看看《IP 地址分类（A类 B类 C类 D类 E类）》文章。

IP 地址与物理地址的区别

物理地址(MAC 地址)，是数据链路层和物理层使用的地址。
IP 地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。
其中 ARP 协议用于 IP 地址与物理地址的对应。

详细的，可以看看《即生瑜，何生亮 —— MAC 地址与 IP 地址》文章。

网络层的 ARP 协议工作原理

网络层的 ARP 协议完成了 IP 地址与物理地址的映射。

首先，每台主机都会在自己的 ARP 缓冲区中建立一个 ARP 列表，以表示 IP 地址和 MAC 地址的对应关系。
当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时，会首先检查自己 ARP 列表中是否存在该 IP 地址对应的 MAC 地址：
- 如果有，就直接将数据包发送到这个 MAC 地址。
- 如果没有，就向本地网段发起一个ARP请求的广播包，查询此目的主机对应的 MAC 地址。此 ARP 请求数据包里包括源主机的 IP 地址、硬件地址、以及目的主机的 IP 地址。网络中所有的主机收到这个 ARP 请求后，会检查数据包中的目的 IP 是否和自己的 I P地址一致。
  - 如果不相同，就忽略此数据包。
  - 如果相同，该主机首先将发送端的 MAC 地址和 IP 地址添加到自己的 ARP 列表中(如果 ARP 表中已经存在该 IP 的信息，则将其覆盖)，然后给源主机发送一个 ARP 响应数据包，告诉对方自己是它需要查找的 MAC 地址。
    - 源主机收到这个 ARP 响应数据包后，将得到的目的主机的 IP 地址和 MAC 地址添加到自己的 ARP 列表中，并利用此信息开始数据的传输。
    - 如果源主机一直没有收到 ARP 响应数据包，表示 ARP 查询失败。