计算机网络基础：OSI模型、协议与IP地址详解-优快云博客

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第四章.计算机网络

第一节.OSI/RM七层模型

七层模型其实就是计算机网络的一个奠基石。计算机网络的整个基础其实是构建在七层模型之上的。
七层模型是在什么条件下诞生的呢？
在上个世纪，当时计算机的生产不是现在大家使用通用标准的局面生产的部件最终组合出计算机，而是整台机器的生产，每个生产厂商都会有自己的标准规范和生产体系，当时已经有了互联网的概念，但是做互联网的推进工作是各个公司自己推进的事情，在推进的过程中，当各个企业都有自己的标准，这个互联网是很难发展起来的，因为互联网的基本思想是将全世界的计算机都连接起来，目前来讲，已经达到了这样的效果，而在当时来讲大环境是不允许的，当时只有相同的计算机才能够联网通信，故当时有人提出需要存在公用的标准，没有公用的标准一切都是白搭的，但是当时互联网公司都不愿意放弃自己的标准，因为谁都不想落后于人，然后有人提出大家都放弃自己的标准，由国际标准化组织构建一个新的标准，大家都成为这个标准的成员，这样子大家都满意了，就形成了七层模型。分成七层模型其实有点多，但是大家都公认这种标准，目前没有改变。
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图注

最一层是二进制传输。二进制数据就是高电平(1)和低电平(0)这样的数据。中继器：信号会随着距离的增加而逐渐衰减，而中继器则接受一端的信息再将其原封不动的发给另一端，起到延长传输距离的作用，比方说网线就需要中继器的帮忙，还类似于古代的烽火台。而集线器就是多端口的中继器，做法就是收到信息之后直接传输出去了。
第二层是数据链路层。这一层有了信息单位——帧之后，传输的时候就好识别了。比方说网卡具有MAC地址，MAC地址就是一个帧地址，网桥就是连接两个同类型网络的设备，交换机则是多端口的网桥，用来将多个设备联网起来。这一层信息传输已经有地址了，所以交换机比集线器的性能高很多。
第三层是网络层。路由选择在网络当中是非常重要的，因为我们知道网络从全局来看是一种网状结构，从一个点到另外一个点，其实具有多条路径的，如果说没有做一个路径的选择，那么整体的性能可能会比较降低。三层交换机则是添加了路由功能的交换机。
第四层是传输层。涉及到两大协议——TCP、UDP。

考察局域网与广域网差异的问题
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解：局域网是工作在物理层与数据链路层。局域网的典型设备是交换机，然后局域网内部有广播，就是可以通过局域网发送消息，然后整个局域网的成员都能收到。出了局域网后，局域网外成员就收不到这个消息了。故该题就是考察哪些属于一个局域网之内的，哪些属于不同的局域网。“不能通过”就是跨域网络层就不能通过了。因为跨域网络层就不是同一个局域网了。那么路由器是网络层的设备，故选择B。

URL的格式为：协议名://主机名.组名.最高层域名

第二节.网络技术标准与协议

首先了解几大协议组，所谓协议组不是单一的协议，而是由多个协议的整合体。主要是TCP/IP协议组，这是一个庞大的体系。向下方展示的庞大的协议都是TCP/IP协议组的组成范围，TCP/IP协议组的划分来讲，他会把网络划分为4-5层。4层还是5层没有明确的定论，但是我们了解主要的层次就可以了。TCP/IP协议组之所以能够得到广泛地应用，最主要的原因是与Internet绑在了一起，它是Internet标准的协议组，所以随着Internet发展变得应用范围极广。但这种协议并不见得它的运行效率会有多快，其效率和速度是比较低的。故TCP/IP协议又称重量级协议。

TCP/IP协议: Internet, 可扩展, 可靠, 应用最广, 牺牲速度和效率
IPX/SPX协议: NOVELL, 路由, 大型企业网
在罗维网这个时代就已经有了这个协议，局域网即时战略性游戏基本上都支持该协议，因为局域网在进行联网游戏时需要相应的协议来支撑它们的通信。
NETBEUI 协议: IBM, 非路由, 快速
该协议不支持路由，正因为不支持路由，所以速度是非常快的。

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常见的协议我们了解基本功能是什么？
第三层网络层，常见的网络协议就是IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP协议。

ICMP是称为Internet网的控制协议，像平常用ping命令来检测网络是否通畅就是ICMP中的协议。
ARP是地址解析协议。将IP地址转MAC地址。
RARP是反向地址解析协议。将MAC地址转IP地址。

第四层传输层，传输层主导的协议是TCP和UCP，这两种协议是存在不同的地方。

TCP协议被称为可靠协议，而UCP协议被称为不可靠协议。
TCP协议在通信的时候会建立连接，而UCP协议在通信的时候不会建立连接。

TCP是建立在什么基础之上？凭什么能够提出可靠的传输呢？
答：原因就是TCP协议具有验证机制。就是它在传输过程中会有反馈信息，我们就能及时地知道有哪些数据包正常的有目的的传到目的地。哪些数据包没有正常地传到目的地。同时TCP在进行通信之前，还会进行三次握手的活动。

TCP三次握手
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三次握手示例：就是甲要跟乙建立连接，第一次握手就是由甲发送信息给乙，乙收到之后回复一个信息，接下来甲第三次发信息给乙，通过这三次通信才会建立起连接来。三步缺一不可，否则无法建立连接。所以会有三次握手，在三次握手之后，所有通信都会有回复，通过回复，我们就能确认哪些数据包我们收到了，进而得知哪些丢失了。所以通过重发的机制，以确保所有的数据包对方都接受到了，这就保障了传输的可靠性。

而UDP就是直接从原地址发送到目标地址，而且没有一个反馈的过程，相比TCP来讲，UDP在数据传输的可靠性上弱一些。

基于TCP的协议
在TCP之上写了一些协议，而这些协议都是基于TCP的。既然基于TCP，那么这一系列的协议都是可靠的协议。所以无论是HTTP还是SMTP都是可靠的协议，说明平常在访问网页的时候会建立连接，然后提供可靠的传输。因为HTTP就是超文本传输协议，用来传输网页数据的，而FTP就是文件传输协议，Telnet是远程登录协议，POP3和SMTP是邮件传输的协议，SMTP是简单邮件传送协议，POP3是接收邮件。

基于UDP的协议
基于UDP的最典型的协议就是DHCP，这个协议非常常见，在局域网中一般都会由DHCP服务器用来做动态的IP地址的分配工作。TFTP是简单邮件传送协议，SNMP是简单网络管理协议，DNS是域名解析服务。

FTP和TFTP的区别前者是可靠的，后者是不可靠的。

图片中间的一部分既可以用TCP来实现，也可以用UDP来实现。
中间的三个都是文件共享协议，其中Samba协议可以跨平台。

DHCP协议

职能：做IP地址动态分配。
为什么会由DHCP协议动态地分配IP地址？
在一个局域网中，如果说我们静态的给每一个区域来设置IP地址是一件很不方便的事情，而且管理起来也很是麻烦，因为张三走了李四来了，你要给他们重新安排和分配IP，而且对于用户和个人用户来讲，也是不方便的，因为你在这个网络当中设下了固定IP，接下来你把计算机搬到另外一个网络连接起来的时候你又应该设定另一个网络分配的IP，这时相当麻烦的一件事情。所以就有了DHCP协议，DHCP协议负责动态地分配IP地址，在局域网中都会有DHCP服务器，然后客户机接入到网络之后，向DHCP服务器提出IP地址的分配请求，服务器就会根据网络IP地址资源的情况然后给你分配IP地址，分配的IP地址你就能接入网络了。

DHCP客户端可从DHCP服务器获得本机IP地址、DNS服务器的地址、DHCP服务器的地址、默认网关的地址等，但没有Web服务器、邮件服务器地址。

IP地址分配的机制是客户机/服务器模型(式)。
IP地址的租约默认为8天。租约就是分配IP地址的有效期，过了有效期我就有可能将地址分配给被人来用。
租约满8天之后，我们会动态分配的，但是使用网络的人员绝大部分是固定的，比方说一家公司的员工虽然是动态IP方式来分配的，但是每天来办公室的可能都是这50个人，所以将IP地址变来变去的似乎也没有必要，所以就提出了一种机制，就是续约的机制，只要你用到了IP地址，那么系统就一直给你续约，以保证你在长期的范围之内，仍然是稳定地采用相同的IP地址。所以当租约过半时，客户机需要向DHCP服务器申请续租，这是为了保证不会因为网络的一些问题而导致跟DHCP协议中断而没有续约。这个时候你可能没有续约成功，因为有可能DHCP服务器出现了故障，这个时候你该准备下一条路了。**当租约超过 87.5% 时，如果仍然没有和当初提供IP的DHCP服务器联系上，则开始联系其他的DHCP服务器。**因为很有可能网络当中DHCP服务器发生了故障。
DHCP协议会有不同的分配策略：固定分配、动态分配和自动分配。
比如固定分配，我们就先写好MAC地址，哪个MAC地址对应分配哪个IP地址。
两个非常特殊的IP地址：169.254.X.X 和 0.0.0.0。
一旦你分配到的地址是在windows里面开头是169.254以及在Linux里面是0.0.0.0，这说明你可能没有跟DHCP服务器联系上，导致你分配IP地址没有成功。因为169.254和0.0.0.0这两个地址是假地址，它们不能跟外界去通信的。所以这个时候局域网的DHCP服务器出现了故障了，也有可能是你这边的计算机没有跟DHCP服务器联系上。

DNS协议

DNS服务器只要你用到网络，基本上会跟他们打交道的。
为什么这么说呢？
因为向我们平常去访问网络的时候，都是使用域名来访问某个站点的，而在网络系统当中真正用来识别计算机的，往往是IP地址，只是因为IP地址是一长串的数字，记起来不太友好，所以人们发明了域名，这样子会比较人性化，比较好记。所以就需要有机器将域名转成IP地址，就有了DNS协议，DNS服务器就负责域名和IP地址之间的转换。

DNS体系当中的两种基本的查询方式
迭代查询和递归查询，也就是查询域名的方式。

递归查询: 服务器必需回答目标IP与域名的映射关系。
递归是刨根究底，找到答案，返回结果。
迭代查询：服务器收到一次迭代查询回复一次结果, 这个结果不一定是目标IP与域名的映射关系, 也可以是其它DNS服务器的地址。
迭代相当于我问你这个域名是多少，你说你也不知道，你提供线索让我去找别人。相当于把包袱甩给别人。

DNS服务器域名请求流程
模式一（常见）

主机向本地域名服务器的查询采用递归查询。
本地域名服务器向根域名服务器的查询通常采用迭代查询。

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图注：客户端m.xyz.com向本地域名服务器查找y.abc.com的IP地址采用递归查询，或者说是本地域名服务器设置的查询类型是递归类型的。如果本地域名服务器知道映射关系，就反馈过来，如果不知道就向根域名服务器(就是最高域名服务器，全世界就13台)查询，但是根域名服务器没有那么负责任，我不知道但是顶级域名服务器知道，直接甩锅给了顶级域名服务器，然后本地域名服务器就跟顶级域名服务器交涉，顶级域名服务器又告诉本地域名服务器我不知道，但是权限域名服务器知道，然后权限域名服务器将结果反馈给本地域名服务器，本地域名服务器再反馈给客户端。