計算機網絡基礎一、OSI模型OSI（OpenSystemInterconnect）開放式系統互聯。一般都叫OSI參考模型，ISO（國際標準化組織）組織在1985年研究的網絡互聯模型。

最早的時候網絡剛剛出現的時候，很多大型的公司都擁有了網絡技術，公司內部計算機可以相互連接。可以卻不能與其它公司連接。因為沒有一個統一的規范。計算機之間相互傳輸的信息對方不能理解。所以不能互聯。

ISO為了更好的使網絡應用更為普及，就推出了OSI參考模型。其含義就是推薦所有公司使用這個規范來控制網絡。這樣所有公司都有相同的規范，就能互聯了。第7層應用層—直接對應用程序提供服務，應用程序可以

變化，但要包括電子消息傳輸第6層表示層—格式化數據，以便為應用程序提供通用接

口。這可以包括加密服務第5層會話層—在兩個節點之間建立端連接。此服務包括

建立連接是以全雙工還是以半雙工的方式進行設置，盡管可以在層4中處理雙工方式第4層傳輸層—常規數據遞送－面向連接或無連接。包括

全雙工或半雙工、流控制和錯誤恢復服務第3層網絡層—本層通過尋址來建立兩個節點之間的連接，

它包括通過互連網絡來路由和中繼數據第2層數據鏈路層—在此層將數據分幀，并處理流控制。本層指定拓撲結構并提供硬件尋址第1層物理層—原始比特流的傳輸，電子信號傳輸和硬件接口數據發送時，從第七層傳到第一層，接受方則相反。

上三層總稱應用層，用來控制軟件方面。

下四層總稱數據流層，用來管理硬件。

數據在發至數據流層的時候將被拆分。OSI模型用途相當廣泛。比如交換機、集線器、路由器等很多網絡設備的設計都是參照OSI模型設計的。

1.什么中TCP/IP?TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的簡寫，中文譯名為傳輸控制協議/互聯網絡協議）協議是Internet最基本的協議，簡單地說，就是由底層的IP協議和TCP協議組成的。二、TCP/IP協議

背景在Internet沒有形成之前，各個地方已經建立了很多小型的網絡，稱為局域網，Internet的中文意義是“網際網”，它實際上就是將全球各地的局域網連接起來而形成的一個“網之間的網（即網際網）”。然而，在連接之前的各式各樣的局域網卻存在不同的網絡結構和數據傳輸規則，將這些小網連接起來后各網之間要通過什么樣的規則來傳輸數據呢？這就象世界上有很多個國家，各個國家的人說各自的語言，世界上任意兩個人要怎樣才能互相溝通呢？如果全世界的人都能夠說同一種語言（即世界語），這個問題不就解決了嗎？TCP/IP協議正是Internet上的“世界語”。

TCP/IP協議的開發工作始于70年代，是用于互聯網的第一套協議。

2.TCP/IP整體構架概述TCP/IP協議并不完全符合OSI的七層參考模型。傳統的開放式系統互連參考模型，是一種通信協議的7層抽象的參考模型,其中每一層執行某一特定任務。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這7層是:物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、話路層、表示層和應用層。而TCP/IP通訊協議采用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的網絡來完成自己的需求。這4層分別為：

應用層：應用程序間溝通的層，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協議（FTP）、網絡遠程訪問協議（Telnet）等。

傳輸層：在此層中，它提供了節點間的數據傳送服務，如傳輸控制協議（TCP）、用戶數據報協議（UDP）等，TCP和UDP給數據包加入傳輸數據并把它傳輸到下一層中，這一層負責傳送數據，并且確定數據已被送達并接收。互連網絡層：負責提供基本的數據封包傳送功能，讓每一塊數據包都能夠到達目的主機（但不檢查是否被正確接收），如網際協議（IP）。

網絡接口層：對實際的網絡媒體的管理，定義如何使用實際網絡（如Ethernet、SerialLine等）來傳送數據。

基于4層的TCP/IP協議棧基本描述基于5層的TCP/IP協議棧基本描述

3.TCP/IP中的協議(1).IP:網際協議IP是TCP/IP的心臟，也是網絡層中最重要的協議。IP層接收由更低層（網絡接口層例如以太網設備驅動程序）發來的數據包，并把該數據包發送到更高層---TCP或UDP層；相反，IP層也把從TCP或UDP層接收來的數據包傳送到更低層。

(2).TCP

如果IP數據包中有已經封好的TCP數據包，那么IP將把它們向‘上’傳送到TCP層。TCP將包排序并進行錯誤檢查，同時實現虛電路間的連接。TCP數據包中包括序號和確認，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。(3).UDP

UDP與TCP位于同一層，但對于數據包的順序錯誤或重發。因此，UDP不被應用于那些使用虛電路的面向連接的服務，UDP主要用于那些面向查詢---應答的服務，例如NFS。相對于FTP或Telnet，這些服務需要交換的信息量較小。使用UDP的服務包括NTP（網落時間協議）和DNS（DNS也使用TCP）。(4).ICMP

ICMP與IP位于同一層，它被用來傳送IP的的控制信息。它主要是用來提供有關通向目的地址的路徑信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主機通向其他系統的更準確的路徑，而‘Unreachable’信息則指出路徑有問題。另外，如果路徑不可用了，ICMP可以使TCP連接‘體面地’終止。PING是最常用的基于ICMP的服務。

(5).TCP和UDP的端口結構

TCP和UDP服務通常有一個客戶/服務器的關系，例如，一個Telnet服務進程開始在系統上處于空閑狀態，等待著連接。用戶使用Telnet客戶程序與服務進程建立一個連接。客戶程序向服務進程寫入信息，服務進程讀出信息并發出響應，客戶程序讀出響應并向用戶報告。因而，這個連接是雙工的，可以用來進行讀寫。三、網絡連接設備

1、網卡網卡也叫網絡適配器，每一臺接入局域網的計算機，不管是服務器還是工作站都要在它的擴展槽中插入一塊網卡，通過網卡上的電纜插頭與電纜相連接。因此網卡是構成計算機局域網最主要的連接設備。2、

中繼器中繼器用來連接網段干線電纜、擴大傳輸距離。中繼器將一段電纜上收到的信號放大增強后，發送到另一段電纜上。中繼器工作在OSI（OpenSystemInterconnection）的物理層,無論高層采用什么協議均與中繼器無關。中繼器只起信號的放大和整形作用，沒有邏輯判斷和處理能力。3、集線器（HUB）集線器是網絡的中心單元，它相當于一個多口的中繼器，其上有若干個連接雙絞線的端口和1-2個連接同軸電纜的端口。4、交換機集線器是工作在帶寬共享方式下的，多臺計算機通過各個端口連接到集線器上時，它們只能共享一個信道的帶寬；而交換機是模擬用網橋連接各個網絡的方式工作。5、網橋網橋是一種存儲轉發設備，主要用于將兩個獨立的（可以是同類的也可以是異類的）局域網連接起來構成一個邏輯上獨立的局域網。但它是在數據鏈路層連接兩個網。6、路由器適合于連接復雜的大型網絡,它工作于網絡層，路由器負責將數據從源結點傳送到目的結點，并有選擇最佳傳送路徑的功能。路由器被稱為網絡的樞紐和“交通警察”。路由器的處理速度是網絡通信的主要瓶頸之一。7、網關（Gateway）

是一種復雜的網絡連結設備，它工作在OSI的高三層（會話層、表示層和應用層），它用于連接網絡層之上執行不同?的子網，組成異構的互連網。網關具有對不兼容的高層協議進行轉換的功能。例如使用Netware的PC工作站和SNA網絡互連，兩者不僅硬件不同，而且整個數據結構和使用的協議都不同，為了實現異構設備之間的通信，網關要對不同的傳輸層、會話層、表示層、應用層協議進行翻譯和變換。網關的工作實際上是在一臺計算機內運行一個轉換軟件。

四、IP地址

1.IP地址的基本概念IP地址是32位的二進制數值，用于在TCP/IP通訊協議中標記每臺計算機的地址。通常我們使用點式十進制來表示，如等。也就是說IP地址有兩種表示形式：二進制和點式十進制，一個32位IP地址的二進制是由4個8位域組成。即11000000101010000000000100000110（）。IP地址=網絡號+主機號每個IP地址又可分為兩部分。即網絡號部分和主機號部分：網絡號表示其所屬的網絡段編號，主機號則表示該網段中該主機的地址編號。按照網絡規模的大小，IP地址可以分為A、B、C、D、E五類，其中A、B、C類是三種主要的類型地址，D類專供多目傳送用的多目地址，E類用于擴展備用地址。A、B、C三類IP地址有效范圍如下表1所示：需要再次指出的是，多接口主機具有多個IP地址，其中每個接口都對應一個IP地址。區分各類地址的最簡單方法是看它的第一個十進制整數。圖1-6列出了各類地址的起止范圍，其中第一個十進制整數用加黑字體表示。

類型范圍A~55B~55C~55D不反映網絡的大小，只是用于組播E-54,用于試驗。2.幾個特殊的IP地址

1）私有地址

上面提到IP地址在全世界范圍內唯一，看到這句話你可能有這樣的疑問，像這樣的地址在許多地方都能看到，并不唯一，這是為何？Internet管理委員會規定如下地址段為私有地址，私有地址可以自己組網時用，但不能在Internet網上用，Internet網沒有這些地址的路由，有這些地址的計算機要上網必須轉換成為合法的IP地址,也稱為公網地址。下面是A、B、C類網絡中的私有地址段。你自己組網時就可以用這些地址了。

～55

～55

～55

2）回送地址

A類網絡地址127是一個保留地址，用于網絡軟件測試以及本地機進程間通信，叫做回送地址（loopbackaddress）。無論什么程序，一旦使用回送地址發送數據，協議軟件立即返回之，不進行任何網絡傳輸。含網絡號127的分組不能出現在任何網絡上。

小技巧：

Ping,如果反饋信息失敗,說明IP協議棧有錯,必須重新安裝TCP/IP協議。如果成功,ping本機IP地址,如果反饋信息失敗,說明你的網卡不能和IP協議棧進行通信。

如果網卡沒接網線，用本機的一些服務如SqlServer、IIS等就可以用這個地址。

3）廣播地址

TCP/IP規定，主機號全為“1”的網絡地址用于廣播之用，叫做廣播地址。所謂廣播，指同時向同一子網所有主機發送報文。

4）網絡地址

TCP/IP協議規定，各位全為“0”的網絡號被解釋成“本”網絡。由上可以看出：一、含網絡號127的分組不能出現在任何網絡上；二、主機和網關不能為該地址廣播任何尋徑信息。由以上規定可以看出，主機號全“0”全“1”的地址在TCP/IP協議中有特殊含義，一般不能用作一臺主機的有效地址。

3.子網掩碼子網掩碼的作用就是和IP地址“與”運算后得出網絡地址，子網掩碼也是32位，并且是一串1后跟隨一串0組成，其中1表示在IP地址中的網絡號對應的位數，而0表示在IP地址中主機對應的位數。例如，11111111

11111111

11111111

00000000中，前三個字節全1，代表對應IP地址中最高的三個字節為網絡地址；后一個字節全0，代表對應IP地址中最后的一個字節為主機地址。這種位模式叫做“子網掩碼”。

1）標準子網掩碼

A類網絡（1-126）缺省子網掩碼255·0·0·0

，換算成二進制為11111111·00000000·00000000·00000000，

可以清楚地看出前8位是網絡地址，后24位是主機地址，也就是說，如果用的是標準子網掩碼，看第一段地址即可看出是不是同一網絡的。如.1和，第一段為21屬于A類，如果用的是默認的子網掩碼，那這兩個地址就是一個網段的。同理可得出：

B類網絡（128-191）缺省子網掩碼255·255·0·0

C類網絡（192-223）缺省子網掩碼255·255·255·0

子網掩碼與IP地址子網掩碼與IP地址結合使用，可以區分出一個網絡地址的網絡號和主機號例如：有一個C類地址為：

192．9．200．13其缺省的子網掩碼為：

255．255．255．0則它的網絡號和主機號可按如下方法得到：

①將IP地址192．9．200．13轉換為二進制11000000

00001001

11001000

00001101

②將子網掩碼255．255．255．0轉換為二進制11111111

11111111

11111111

00000000

③將兩個二進制數邏輯與（AND）運算后得出的結果即為網絡部分11000000

00001001

11001000

00001101

AND

11111111

11111111

11111111

00000000

11000000

00001001

11001000

00000000結果為，即網絡號為。④將子網掩碼取反再與IP地址邏輯與（AND）后得到的結果即為主機部分11000000

00001001

11001000

00001101

AND

00000000

00000000

00000000

11111111

00000000

00000000

00000000

00001101結果為3，即主機號為13。

確定子網掩碼數1、將要劃分的子網數目轉換為2的m次方。如要分8個子網，8=2m，所以m=32、將上一步確定的冪m按高序占用主機地址m位后轉換為十進制。如m為3

則是11100000，轉換為十進制為224，即為最終確定的子網掩碼。如果是C類網，則子網掩碼為24；如果是B類網，則子網掩碼為；如果是A類網，則子網掩碼為。在這里，子網個數與占用主機地址位數有如下等式成立：2m=n。其中，m表示占用主機地址的位數；n表示劃分的子網個數。例如將一個C類網絡分成4個子網。若我們用的網絡號為192．9．200，則該C類網內的主機IP地址就是～54（因為全“0”和全“1”的主機地址有特殊含義，不作為有效的IP地址），現將網絡劃分為4個部分，按照以上步驟：

4=22，取冪2，對應的二進制為11，占用主機地址的高序位即為11000000，轉換為十進制為192。這樣就可確定該子網掩碼為：92，4個子網的IP地址范圍分別為：①

11000000

00001001

11001000

00000001~

11000000

00001001

11001000

00111110

，即192．9．200．1

~192．9．200．62

②

11000000

00001001

11001000

01000001~11000000

00001001

11001000

01111110

，即192．9．200．65~192．9．200．126

③

11000000

00001001

11001000

10000001

~11000000

00001001

11001000

10111110

,即192．9．200．129

～92．9．200．190

④

11000000

00001001

11001000

11000001~

11000000

00001001

11001000

11111110

,即192．9．200．193~192．9．200．254

在此列出A、B、C三類網絡子網數目與子網掩碼的轉換表，以供參考。A類：

子網數目

占用位數子網掩碼子網中主機數

21255．128．0．08,388,606

42255．192．0．04,194,302

83255．224．0．02,097,150

16

4255．240．0．01,048,574

32

5255．248．0．0524,286

64

6255．252．0．0262,142

1287255．254．0．0131,070

1288255．255．0．065,534

B類：

子網數目

占用位子網掩碼子網中主機數

21255．255．128．032,766

42255．255．192．016,382

83255．255．224．08,190

16

4255．255．240．04,094

32

5255．255．248．02,046

64

6255．255．252．01,022

1287255．255．254．0510

2568255．255．255．0254

C類：

子網數目

占用位數子網掩碼子網中主機數

21255．255．255．128126

42255．255．255．19262

83255．255．255．22430

16

4255．255．255．24014

32

5255．255．255．2486

64

6255．255．255．2522

小結(一)(1)將IP地址與子網掩碼轉換成二進制(2)將二進制形式的IP地址與子網掩碼做“與”運算，將答案化為十進制便得到網絡地址。(3)將二進制形式的IP地址與取反后的子網掩碼做“與”運算，將答案化為十進制便得到主機地址。小結(二)知道ip地址和子網掩碼后可以算出：

1、網絡地址

2、廣播地址

3、地址范圍

4、本網有幾臺主機

例1：下面例子IP地址為192·168·100·5子網掩碼是255·255·255·0。算出網絡地址、廣播地址、地址范圍、主機數。

一）分步驟計算

1）將IP地址和子網掩碼換算為二進制，子網掩碼連續全1的是網絡地址，后面的是主機地址。虛線前為網絡地址，虛線后為主機地址

2）IP地址和子網掩碼進行與運算，結果是網絡地址

3）將上面的網絡地址中的網絡地址部分不變，主機地址變為全1，結果就是廣播地址。

4）地址范圍就是含在本網段內的所有主機網絡地址+1即為第一個主機地址，廣播地址-1即為最后一個主機地址，由此可以看出

地址范圍是：網絡地址+1至廣播地址-1

本例的網絡范圍是：192·168·100·1至192·168·100·254

也就是說下面的地址都是一個網段的。

192·168·100·1、192·168·100·2…192·168·100·20…192·168·100·111…192·168·100·2545）主機的數量

主機的數量=2二進制的主機位數-2

減2是因為主機不包括網絡地址和廣播地址。本例二進制的主機位數是8位。

主機的數量=28-2=254

練習1、已知某主機的IP地址為：00，子網掩碼為：92，請推導出：A、該主機所在的網絡地址：B、網絡內允許的最大主機數：

C、網絡內主機IP地址的范圍：

92

6293-542、一個IP地址VLSM表示的方法為00/27，則此IP地址的子網掩碼為