網路基礎知識「大」科普，別錯過重點哦！

• 2019 年 10 月 11 日
• 筆記

網路是整個IT的基礎，而TCP/IP協議毫無疑問是互聯網的基礎協議，沒有它就根本不可能設備互聯及互聯網的訪問，任何和互聯網有關的操作都離不開TCP/IP協議。不管是OSI七層模型還是TCP/IP的四層、五層模型，每一層中都要自己的專屬協議，完成自己相應的工作以及與上下層級之間進行溝通。

Part A 網路基礎模型

（1）物理層（Physical Layer）

激活、維持、關閉通訊端點之間的機械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性。該層為上層協議提供了一個傳輸數據的可靠的物理媒體。簡單的說，物理層確保原始的數據可在各種物理媒體上傳輸。物理層記住兩個重要的設備名稱，中繼器（Repeater，也叫放大器）和集線器。

（2）數據鏈路層（Data Link Layer）

數據鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網路層提供服務，其最基本的服務是將源自網路層來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網路層。為達到這一目的，數據鏈路必須具備一系列相應的功能，主要有：如何將數據組合成數據塊，在數據鏈路層中稱這種數據塊為幀（frame），幀是數據鏈路層的傳送單位；如何控制幀在物理信道上的傳輸，包括如何處理傳輸差錯，如何調節發送速率以使與接收方相匹配；以及在兩個網路實體之間提供數據鏈路通路的建立、維持和釋放的管理。數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。

有關數據鏈路層的重要知識點：

a> 數據鏈路層為網路層提供可靠的數據傳輸；

b> 基本數據單位為幀；

c> 主要的協議：乙太網協議；

d> 兩個重要設備名稱：網橋和交換機。

（3）網路層（Network Layer）

網路層的目的是實現兩個端系統之間的數據透明傳送，具體功能包括定址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等。它提供的服務使傳輸層不需要了解網路中的數據傳輸和交換技術。如果您想用盡量少的詞來記住網路層，那就是「路徑選擇、路由及邏輯定址」。

網路層中涉及眾多的協議，其中包括最重要的協議，也是TCP/IP的核心協議——IP協議。IP協議非常簡單，僅僅提供不可靠、無連接的傳送服務。IP協議的主要功能有：無連接數據報傳輸、數據報路由選擇和差錯控制。與IP協議配套使用實現其功能的還有地址解析協議ARP、逆地址解析協議RARP、網際網路報文協議ICMP、網際網路組管理協議IGMP。具體的協議我們會在接下來的部分進行總結，有關網路層的重點為：

a> 網路層負責對子網間的數據包進行路由選擇。此外，網路層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能；

b> 基本數據單位為IP數據報；

c> 包含的主要協議：

• IP協議（Internet Protocol，網際網路互聯協議）;
• ICMP協議（Internet Control Message Protocol，網際網路控制報文協議）;
• ARP協議（Address Resolution Protocol，地址解析協議）;
• RARP協議（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析協議）。

d> 重要的設備：路由器。

（4）傳輸層（Transport Layer）

第一個端到端，即主機到主機的層次。傳輸層負責將上層數據分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。此外，傳輸層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。

傳輸層的任務是根據通訊子網的特性，最佳的利用網路資源，為兩個端系統的會話層之間，提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負責端到端的可靠數據傳輸。在這一層，資訊傳送的協議數據單元稱為段或報文。

網路層只是根據網路地址將源結點發出的數據包傳送到目的結點，而傳輸層則負責將數據可靠地傳送到相應的埠。

有關網路層的重點：

a> 傳輸層負責將上層數據分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸以及端到端的差錯控制和流量控制問題；

b> 包含的主要協議：TCP協議（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）、UDP協議（User Datagram Protocol，用戶數據報協議）；

c> 重要設備：網關。

（5）會話層

會話層管理主機之間的會話進程，即負責建立、管理、終止進程之間的會話。會話層還利用在數據中插入校驗點來實現數據的同步。

（6）表示層

表示層對上層數據或資訊進行變換以保證一個主機應用層資訊可以被另一個主機的應用程式理解。表示層的數據轉換包括數據的加密、壓縮、格式轉換等。

（7）應用層

為作業系統或網路應用程式提供訪問網路服務的介面。

會話層、表示層和應用層重點：

a> 數據傳輸基本單位為報文；

b> 包含的主要協議：FTP（文件傳送協議）、Telnet（遠程登錄協議）、DNS（域名解析協議）、SMTP（郵件傳送協議），POP3協議（郵局協議），HTTP協議（Hyper Text Transfer Protocol）。

Part B 傳輸方式分類

一、面向有連接，面向無連接

（1）面向有連接：通訊雙方在收發數據前，需要在收發主機間連接一條通訊線路。如TCP。

（2）面向無連接：不需要預先建立起一個聯絡兩個通訊節點的連接來，需要通訊的時候，發送節點就可以往「網路」上送出資訊，讓資訊自主地在網路上去傳，一般在傳輸的過程中不再加以監控，讓該資訊的傳遞在網上儘力而為地往目的地節點傳送。如UDP。

二、電路交換，分組交換

（1）電路交換：獨佔線路，線路中可以加入交換機負責數據中轉。只有一台主機傳輸結束後，另一台主機才能開始傳輸。

（2）分組交換：將大數據分割成小塊的數據包，稱作報文，把源主機地址和目的主機地址，分組序號寫進報文頭

三、根據接收端的數量區分

（1）單播（Unicast）：可以理解為一個人對另外一個人說話，，此時資訊的接收和傳遞只在兩個節點之間進行。

單播的優點：

a）伺服器及時響應客戶機的請求

b）伺服器針對每個客戶不通的請求發送不通的數據，容易實現個性化服務。

單播的缺點：

a）伺服器針對每個客戶機發送數據流，伺服器流量＝客戶機數量×客戶機流量；在客戶數量大、每個客戶機流量大的流媒體應用中伺服器不堪重負。

b）現有的網路頻寬是金字塔結構，城際省際主幹頻寬僅僅相當於其所有用戶頻寬之和的5％。如果全部使用單播協議，將造成網路主幹不堪重負。現在的P2P應用就已經使主幹經常阻塞。而將主幹擴展20倍幾乎是不可能。

（2）廣播（Broadcast）：

可以理解為一個人通過廣播喇叭對在場的全體說話，這樣做的好處是通話效率高，資訊一下子就可以傳遞到全體。

廣播的優點：

a）網路設備簡單，維護簡單，布網成本低廉

b）由於伺服器不用向每個客戶機單獨發送數據，所以伺服器流量負載極低。

廣播的缺點：

a）無法針對每個客戶的要求和時間及時提供個性化服務。

b）網路允許伺服器提供數據的頻寬有限，客戶端的最大頻寬＝服務總頻寬。例如有線電視的客戶端的線路支援100個頻道（如果採用數字壓縮技術，理論上可以提供500個頻道），即使服務商有更大的財力配置更多的發送設備、改成光纖主幹，也無法超過此極限。也就是說無法向眾多客戶提供更多樣化、更加個性化的服務。

c）廣播禁止允許在Internet寬頻網上傳輸。

（3）多播（Muticast）：

「多播」可以理解為一個人向多個人（但不是在場的所有人）說話，這樣能夠提高通話的效率。如果你要通知特定的某些人同一件事情，但是又不想讓其他人知道，使用電話一個一個地通知就非常麻煩，而使用日常生活的大喇叭進行廣播通知，就達不到只通知個別人的目的了，此時使用「多播」來實現就會非常方便快捷，但是現實生活中多播設備非常少。

組播的優點：

a）需要相同數據流的客戶端加入相同的組共享一條數據流，節省了伺服器的負載。具備廣播所具備的優點。

b）由於組播協議是根據接受者的需要對數據流進行複製轉發，所以服務端的服務總頻寬不受客戶接入端頻寬的限制。IP協議允許有2億6千多萬個組播，所以其提供的服務可以非常豐富。

c）此協議和單播協議一樣允許在Internet寬頻網上傳輸。

組播的缺點：

a）與單播協議相比沒有糾錯機制，發生丟包錯包後難以彌補，但可以通過一定的容錯機制和QOS加以彌補。

b）現行網路雖然都支援組播的傳輸，但在客戶認證、QOS等方面還需要完善，這些缺點在理論上都有成熟的解決方案，只是需要逐步推廣應用到現存網路當中。

（4）任播（Anycast）：

從目標主機群中選擇一台複合網路條件的主機作為目標主機，被選中的主機返回一個單播訊號，發送段至於這台主機通訊（DNS解析器）

Part C 名詞解釋

一、地址

A.基礎

網路通訊的每一層是用的地址都不盡相同：Tcp/Ip通訊使用MAC地址，IP地址，埠號作為地址標識

（1）地址具備唯一性

（2）地址具備分段性，便於查找

傳輸速率與吞吐量

（1）傳輸速率：2個設備間數據流動的物理速度稱為傳輸速率

（2）嚴格來講，某個傳輸媒介中訊號的流動速度使恆定的，即時數據鏈路的傳輸速度忽快忽慢，物理訊號的傳輸速度並不會變化，傳輸速率高，不是指單位數據流動的速度快，而是指單位時間傳輸的數據量大。就像行車速度一致，車道少就無法讓更多車輛通行 傳輸速率又稱頻寬

B.子網掩碼

子網掩碼是標誌兩個IP地址是否同屬於一個子網的，也是32位二進位地址，其每一個為1代表該位是網路位，為0代表主機位。它和IP地址一樣也是使用點式十進位來表示的。如果兩個IP地址在子網掩碼的按位與的計算下所得結果相同，即表明它們共屬於同一子網中。

在計運算元網掩碼時，我們要注意IP地址中的保留地址，即「 0」地址和廣播地址，它們是指主機地址或網路地址全為「 0」或「 1」時的IP地址，它們代表著本網路地址和廣播地址，一般是不能被計算在內的。

C.IP地址分類

先回憶下A，B，C，D類地址吧：

A類地址以0開頭，第一個位元組作為網路號，地址範圍為：0.0.0.0~127.255.255.255；(modified @2016.05.31)

B類地址以10開頭，前兩個位元組作為網路號，地址範圍是：128.0.0.0~191.255.255.255;

C類地址以110開頭，前三個位元組作為網路號，地址範圍是：192.0.0.0~223.255.255.255。

D類地址以1110開頭，地址範圍是224.0.0.0~239.255.255.255，D類地址作為組播地址（一對多的通訊）；

E類地址以1111開頭，地址範圍是240.0.0.0~255.255.255.255，E類地址為保留地址，供以後使用。

註：只有A,B,C有網路號和主機號之分，D類地址和E類地址沒有劃分網路號和主機號。

D.其他概念

（1）網路地址

IP地址由網路號（包括子網號）和主機號組成，網路地址的主機號為全0，網路地址代表著整個網路。

（2）廣播地址

廣播地址通常稱為直接廣播地址，是為了區分受限廣播地址。廣播地址與網路地址的主機號正好相反，廣播地址中，主機號為全1。當向某個網路的廣播地址發送消息時，該網路內的所有主機都能收到該廣播消息。

（3）組播地址

D類地址作為組播地址。

（4）255.255.255.255

該IP地址指的是受限的廣播地址。受限廣播地址與一般廣播地址（直接廣播地址）的區別在於，受限廣播地址只能用於本地網路，路由器不會轉發以受限廣播地址為目的地址的分組；一般廣播地址既可在本地廣播，也可跨網段廣播。例如：主機192.168.1.1/30上的直接廣播數據包後，另外一個網段192.168.1.5/30也能收到該數據報；若發送受限廣播數據報，則不能收到。

註：一般的廣播地址（直接廣播地址）能夠通過某些路由器（當然不是所有的路由器），而受限的廣播地址不能通過路由器。

（4）0.0.0.0

常用於尋找自己的IP地址，例如在我們的RARP，BOOTP和DHCP協議中，若某個未知IP地址的無盤機想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255為目的地址，向本地範圍（具體而言是被各個路由器屏蔽的範圍內）的伺服器發送IP請求分組。

（5）迴環地址

127.0.0.0/8被用作迴環地址，迴環地址表示本機的地址，常用於對本機的測試，用的最多的是127.0.0.1。

（6）A、B、C類私有地址

私有地址(private address)也叫專用地址，它們不會在全球使用，只具有本地意義。

A類私有地址：10.0.0.0/8，範圍是：10.0.0.0~10.255.255.255

B類私有地址：172.16.0.0/12，範圍是：172.16.0.0~172.31.255.255

C類私有地址：192.168.0.0/16，範圍是：192.168.0.0~192.168.255.255

二、網卡：NIC，網路介面卡

中繼器：物理層上延長網路的設備

（1）用於調整放大波形傳送給下一個電纜

（2）通常中繼器的兩端鏈接的使同種材質的電纜，也有鏈接不同材質電纜的中繼器，例如鏈接電纜和光纜的中繼器，這種中繼器只是把電訊號轉換成光訊號傳輸

（3）集線器：多個埠的中繼器，每個埠都是一個獨立的中繼器，工作在物理層，對波形加強調整

網橋：2層交換機（數據鏈路層）

（1）網橋能識別數據鏈路層的數據幀，並將這些數據幀存儲在記憶體中，在聲稱新的訊號作為一個全新幀發送給另一個網段

（2）網橋可以校驗達到的數據幀是否完整無損壞（物理層上傳輸的01訊號，經常由於傳輸距離遠而導致訊號衰減，缺失），對損壞的數據幀進行丟棄

（3）自學式網橋：這種網橋會記錄所轉發數據真的MAC地址，並將其保存在自己的記憶體表裡，由此來判斷，哪個往段擁有哪些MAC地址的設備

（4）交換集線器：該設備有多個埠，每個埠都提供網橋的類似功能

三、路由器/3層交換機

（1）網橋使2層交換機，根據MAC地址處理；路由器是3層交換機，根據IP地址處理

（2）路由器可以鏈接不同的數據鏈路，例如一個連接乙太網，另一個連接FDDI

4至7層交換機

（1）4至7層交換機指傳輸層以上的交換機，是利用TCP等協議的傳輸層及其上面的應用層為基礎分發數據的

（2）例如負載均衡（只對數據轉發，不對數據處理）

四、網關

（1）網關也是工作在4到7層，但是除了4到7層交換機的數據轉發功能外，他還能對數據進行處理

（2）例如，手機郵件與互聯網郵件不能互通，因為採用的郵件協議不同，這時，如果在手機和互聯網上加上一層網關，對2個不同協議進行翻譯，就能達到手機和電腦通訊，這就是數據轉換。

（3）代理伺服器也是一種網關，稱為應用網關。有了代理伺服器，客戶端與伺服器之間不能在網路上直接通訊，而是由代理伺服器對客戶端請求做各種控制和處理。

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