一、概述

網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)把主機(jī)連接起來(lái)，而互聯(lián)網(wǎng)是把多種不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，因此互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。

ISP

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商 ISP 可以從互聯(lián)網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)獲得許多 IP 地址，同時(shí)擁有通信線路以及路由器等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，個(gè)人或機(jī)構(gòu)向 ISP 繳納一定的費(fèi)用就可以接入互聯(lián)網(wǎng)。

目前的互聯(lián)網(wǎng)是一種多層次 ISP 結(jié)構(gòu)，ISP 根據(jù)覆蓋面積的大小分為第一層 ISP、區(qū)域 ISP 和接入 ISP。互聯(lián)網(wǎng)交換點(diǎn) IXP 允許兩個(gè) ISP 直接相連而不用經(jīng)過(guò)第三個(gè) ISP。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

二、物理層

通信方式

根據(jù)信息在傳輸線上的傳送方向，分為以下三種通信方式：

• 單工通信：單向傳輸

• 半雙工通信：雙向交替?zhèn)鬏?/strong>

• 全雙工通信：雙向同時(shí)傳輸

帶通調(diào)制

模擬信號(hào)是連續(xù)的信號(hào)，數(shù)字信號(hào)是離散的信號(hào)。帶通調(diào)制把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

三、數(shù)據(jù)鏈路層

基本問(wèn)題

1.?封裝成幀

將網(wǎng)絡(luò)層傳下來(lái)的分組添加首部和尾部，用于標(biāo)記幀的開(kāi)始和結(jié)束。

2.?透明傳輸

透明表示一個(gè)實(shí)際存在的事物看起來(lái)好像不存在一樣。

幀使用首部和尾部進(jìn)行定界，如果幀的數(shù)據(jù)部分含有和首部尾部相同的內(nèi)容，那么幀的開(kāi)始和結(jié)束位置就會(huì)被錯(cuò)誤的判定。需要在數(shù)據(jù)部分出現(xiàn)首部尾部相同的內(nèi)容前面插入轉(zhuǎn)義字符。如果數(shù)據(jù)部分出現(xiàn)轉(zhuǎn)義字符，那么就在轉(zhuǎn)義字符前面再加個(gè)轉(zhuǎn)義字符。在接收端進(jìn)行處理之后可以還原出原始數(shù)據(jù)。這個(gè)過(guò)程透明傳輸?shù)膬?nèi)容是轉(zhuǎn)義字符，用戶察覺(jué)不到轉(zhuǎn)義字符的存在。

3.?差錯(cuò)檢測(cè)

目前數(shù)據(jù)鏈路層廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）來(lái)檢查比特差錯(cuò)。

MAC?地址

MAC 地址是鏈路層地址，長(zhǎng)度為 6 字節(jié)（48 位），用于唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）。

一臺(tái)主機(jī)擁有多少個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器就有多少個(gè) MAC 地址。例如筆記本電腦普遍存在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器和有線網(wǎng)絡(luò)適配器，因此就有兩個(gè) MAC 地址。

局域網(wǎng)

局域網(wǎng)是一種典型的廣播信道，主要特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。

主要有以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI 和 ATM 等局域網(wǎng)技術(shù)，目前以太網(wǎng)占領(lǐng)著有線局域網(wǎng)市場(chǎng)。

可以按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)局域網(wǎng)進(jìn)行分類：

以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是一種星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)。

交換機(jī)

交換機(jī)具有自學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)的是交換表的內(nèi)容，交換表中存儲(chǔ)著 MAC 地址到接口的映射。

正是由于這種自學(xué)習(xí)能力，因此交換機(jī)是一種即插即用設(shè)備，不需要網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)配置交換表內(nèi)容。

四、網(wǎng)絡(luò)層

概述

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層是整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的核心，因此應(yīng)當(dāng)讓網(wǎng)絡(luò)層盡可能簡(jiǎn)單。網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(jiǎn)單靈活的、無(wú)連接的、盡最大努力交互的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。

使用 IP 協(xié)議，可以把異構(gòu)的物理網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，使得在網(wǎng)絡(luò)層看起來(lái)好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

與 IP 協(xié)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議：

• 地址解析協(xié)議 ARP（Address Resolution Protocol）

• 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP（Internet Control Message Protocol）

• 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP（Internet Group Management Protocol）

IP?數(shù)據(jù)報(bào)格式

• 版本?: 有 4（IPv4）和 6（IPv6）兩個(gè)值；

• 首部長(zhǎng)度?: 占 4 位，因此最大值為 15。值為 1 表示的是 1 個(gè) 32 位字的長(zhǎng)度，也就是 4 字節(jié)。因?yàn)槭撞抗潭ㄩL(zhǎng)度為 20 字節(jié)，因此該值最小為 5。如果可選字段的長(zhǎng)度不是 4 字節(jié)的整數(shù)倍，就用尾部的填充部分來(lái)填充。

• 區(qū)分服務(wù)?: 用來(lái)獲得更好的服務(wù)，一般情況下不使用。

• 總長(zhǎng)度?: 包括首部長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度。

• 生存時(shí)間?：TTL，它的存在是為了防止無(wú)法交付的數(shù)據(jù)報(bào)在互聯(lián)網(wǎng)中不斷兜圈子。以路由器跳數(shù)為單位，當(dāng) TTL 為 0 時(shí)就丟棄數(shù)據(jù)報(bào)。

• 協(xié)議?：指出攜帶的數(shù)據(jù)應(yīng)該上交給哪個(gè)協(xié)議進(jìn)行處理，例如 ICMP、TCP、UDP 等。

• 首部檢驗(yàn)和?：因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，都要重新計(jì)算檢驗(yàn)和，因此檢驗(yàn)和不包含數(shù)據(jù)部分可以減少計(jì)算的工作量。

• 標(biāo)識(shí)?: 在數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)從而發(fā)生分片的情況下，相同數(shù)據(jù)報(bào)的不同分片具有相同的標(biāo)識(shí)符。

• 片偏移?: 和標(biāo)識(shí)符一起，用于發(fā)生分片的情況。片偏移的單位為 8 字節(jié)。

IP 地址編址方式

IP 地址的編址方式經(jīng)歷了三個(gè)歷史階段：分類、子網(wǎng)劃分、無(wú)分類

1.?分類

由兩部分組成，網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，其中不同分類具有不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度，并且是固定的。

IP 地址 ::= {< 網(wǎng)絡(luò)號(hào) >, < 主機(jī)號(hào) >}

2.?子網(wǎng)劃分

通過(guò)在主機(jī)號(hào)字段中拿一部分作為子網(wǎng)號(hào)，把兩級(jí) IP 地址劃分為三級(jí) IP 地址。

IP 地址 ::= {< 網(wǎng)絡(luò)號(hào) >, < 子網(wǎng)號(hào) >, < 主機(jī)號(hào) >}

要使用子網(wǎng)，必須配置子網(wǎng)掩碼。一個(gè) B 類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為 255.255.0.0，如果 B 類地址的子網(wǎng)占兩個(gè)比特，那么子網(wǎng)掩碼為 11111111 11111111 11000000 00000000，也就是 255.255.192.0。

注意，外部網(wǎng)絡(luò)看不到子網(wǎng)的存在。

3.?無(wú)分類

無(wú)分類編址 CIDR 消除了傳統(tǒng) A 類、B 類和 C 類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，使用網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)號(hào)來(lái)對(duì) IP 地址進(jìn)行編碼，網(wǎng)絡(luò)前綴的長(zhǎng)度可以根據(jù)需要變化。

IP 地址 ::= {< 網(wǎng)絡(luò)前綴號(hào) >, < 主機(jī)號(hào) >}

CIDR 的記法上采用在 IP 地址后面加上網(wǎng)絡(luò)前綴長(zhǎng)度的方法，例如 128.14.35.7/20 表示前 20 位為網(wǎng)絡(luò)前綴。

CIDR 的地址掩碼可以繼續(xù)稱為子網(wǎng)掩碼，子網(wǎng)掩碼首 1 長(zhǎng)度為網(wǎng)絡(luò)前綴的長(zhǎng)度。

一個(gè) CIDR 地址塊中有很多地址，一個(gè) CIDR 表示的網(wǎng)絡(luò)就可以表示原來(lái)的很多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且在路由表中只需要一個(gè)路由就可以代替原來(lái)的多個(gè)路由，減少了路由表項(xiàng)的數(shù)量。把這種通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)前綴來(lái)減少路由表項(xiàng)的方式稱為路由聚合，也稱為?構(gòu)成超網(wǎng)?。

在路由表中的項(xiàng)目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成，在查找時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)匹配結(jié)果，應(yīng)當(dāng)采用最長(zhǎng)前綴匹配來(lái)確定應(yīng)該匹配哪一個(gè)。

地址解析協(xié)議?ARP

網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的通信，而鏈路層實(shí)現(xiàn)具體每段鏈路之間的通信。因此在通信過(guò)程中，IP 數(shù)據(jù)報(bào)的源地址和目的地址始終不變，而 MAC 地址隨著鏈路的改變而改變。

ARP 實(shí)現(xiàn)由 IP 地址得到 MAC 地址。

每個(gè)主機(jī)都有一個(gè) ARP 高速緩存，里面有本局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到 MAC 地址的映射表。

如果主機(jī) A 知道主機(jī) B 的 IP 地址，但是 ARP 高速緩存中沒(méi)有該 IP 地址到 MAC 地址的映射，此時(shí)主機(jī) A 通過(guò)廣播的方式發(fā)送 ARP 請(qǐng)求分組，主機(jī) B 收到該請(qǐng)求后會(huì)發(fā)送 ARP 響應(yīng)分組給主機(jī) A 告知其 MAC 地址，隨后主機(jī) A 向其高速緩存中寫(xiě)入主機(jī) B 的 IP 地址到 MAC 地址的映射。

IT技術(shù)分享社區(qū)

個(gè)人博客網(wǎng)站：https://programmerblog.xyz

文章推薦程序員效率：畫(huà)流程圖常用的工具程序員效率：整理常用的在線筆記軟件遠(yuǎn)程辦公：常用的遠(yuǎn)程協(xié)助軟件，你都知道嗎？51單片機(jī)程序下載、ISP及串口基礎(chǔ)知識(shí)硬件：斷路器、接觸器、繼電器基礎(chǔ)知識(shí)