第一部分网络基础知识

第一部分网络基础知识一、OSI七层参考模型开放系统互连OSI（OpenSystemInterconnection）参考模型是由国际标准化组织（ISO）制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称ISO’sOSI模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互连。OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI的体系结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；OSI的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。需要强调的是，OSI参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准而提供的概念性框架。在OSI中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与OSI和有关协议相一致时才能互连。如图形１．１所示，OSI七层模型从下到上分别为物理层（PhysicalLayer，PH）、数据链路层（DataLinkLayer，DL）、网络层（NetworkLayer，N）、传输层（TransportLayer，T）、会话层（SessionLayer，S）、表示层（PresentationLayer，P）和应用层（ApplicationLayer，A）。图1.1OSI七层参考模型各层功能：（1）物理层----定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。（2）数据链路层-----在网络层实体间提供数据发送和接受的功能和过程，实现组帧、差错控制和流量控制。（3）网络层------路由选择、拥塞控制、网络互连等功能。（4）传输层------提供建立、维护、拆除传送连接，选择网络服务质量、流量控制。（5）会话层------提供两进程之间建立、维护和结束对话；提供交互会话的管理功能。（6）表示层------完成数据转换、格式化和文本的压缩。APSTNDLPHNDLPHNDLPHDLPHAPSTNDLPH应用层表示层会话层运输层层网络层链路层物理层应用层表示层会话层运输层层网络层链路层物理层A层协议P层协议S层协议T层协议中继开放系统中继开放系统中继开放系统通信子网主机主机MPMPMP端开放系统端开放系统（7）应用层------提供OSI用户服务，如事物处理、文件传输、网络管理等。二、局域网知识局域网LAN（LocalAreaNetwork），是一种在有限的地理范围内将大量PC机及各种设备互连一起实现数据传输和资源共享的计算机网络；社会对信息资源的广泛需求及计算机技术的广泛普及，促进了局域网技术的迅猛发展。局域网可分成三大类：一类是平时常说的局域网LAN；另一类是采用电路交换技术的局域网，称计算机交换机CBX（ComputerBrancheXchange）或PBX（PrivateBrancheXchange）；还有一类是新发展的高速局域网HSLN（HighSpeedLocalNetwork）。在LAN和WAN之间的是城市局域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）简称城域网，MAN是一个覆盖整个城市的网络，但它使用LAN的技术。局域网的特性主要涉及拓扑结构、传输介质和媒体访问控制（MediumAccessControl，MAC）等三项技术问题。网络的拓扑结构对网络性能是有很大的影响。选择网络拓扑结构，首先要考虑采用何种媒体访问控制方法，因为特定的媒体访问控制方法一般仅适用于特定的网络拓扑结构；其次要考虑性能、可靠性、成本、扩充灵活性、实现的难易程序及传输媒体的长度等因素。局域网常用的拓扑结构有总线、环形、星形三种。ＣＳＭＡ／ＣＤ是一种常用的方法来决定对媒体访问权的协议。若两个或多个站同时发送帧，就会产生冲突，导致所发送的帧都出错。常用的局域网传输介质：同轴电缆、双绞线等。局域网标记速率接口类型８０２.３10MEthernet802.3u100MFastEthrnet802.3z1000MGibitEthernet表1.1：局域网标记及速率对比三、TCP/IP协议传输控制协议/互连网协议TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。TCP/IP协议是美国的国防部高级计划研究局DARPA为实现ARPANET（后来发展为Internet）互连网而开发的，也是很多大学及研究所多年的研究及商业化的结果。目前，众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议，TCP/IP已成为一个事实上的工业标准。TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多别的协议，组成了TCP/IP协议簇。一般来说，TCP提供运输层服务，而IP提供网络层服务。TCP/IP的体系结构与ISO的OSI七层参考模型的对应关系如图１.2所示。在TCP/IP层次模型中，第二层为TCP/IP的实现基础，其中可包IEEE802.3的CSMA/CD、IEEE802.5的TokenRing等。第三层网络中，IP为网际协议（InternetProtocol）、ICMP为网际控制报文协议（InternetControlMessageProtocol）、ARP为地址转换协议（AddressResolutionProtocol）、RARP为反向地址转换协议（ReverseARP），目前使用的IP地址分配信息如图1.3所示。第四层为运输层，TCP为传输控制协议、UDP为用户数据报协议（UserDatagramProtocol）。第五—七层中，SMTP为简单邮件传送协议（SimpleMailTransferProtocol）、DNS为域名服务（DomainNameService）、FTP为文件传输协议（FileTransferProtocol）、TELNET为远程终端访问协议。ＴＣＰ／ＩＰ参考模型ＴＣＰ／ＩＰ协议集OSI参考模型Application应用层Telnet、FTP、SMTP、HTTP、SNMP、DNS等Application应用层Presentation表示层Session会话层TransportTCP、UDPTransport传输层Internetwork网间网层IP、ARP、RARPNetwork网络层NetworkInterface网络接口层各种底层网络协议Datalink数据链路层Physica物理层表1.2TCP/IP协议参考模型类别第一个八位位组第一个八位位组最高位网络（Ｎ）／主机（H）ID缺省的子网掩码网络编号每个网络的主机可用址A１－１２５０N．H．H．H255.0.0.012616777214B１２８－１９１１０N．N．H．H255.255.0.01638265534C１９２－２２３１１０N．N．N．H255.255.255.02097150254D２２４－２３９１１１０为广播传送保留E２４０－２５４１１１１０实验性的，用于研究表1.3IP地址分配表四、子网划分理论子网划分准则：判断两台机器是否在同一个子网中，需要用到子网掩码，只要判断这两台计算机的IP地址与子网掩码做逻辑按位“与”运算后的结果是否相同；如果相同则说明在同一个子网中，数据可以直接发送，不需要路由器；否则，说明不在同一个子网中，数据发送需要路由转发。网络IP地址：131.108.2.2子网掩码：255.255.255.0IP地址：131.108.2.1子网掩码：255.255.255.0子网划分步骤：①根据IP地址分配表，判断该定的网络地址类型。②根据确定的网络地址类型，判断可以作为子网划分的区域（主机号的位数）。③根据子网个数来判断选取的子网位数。④确定新网络号位数=旧网络号位数+子网位数⑤验证每一个子网中的主机数量是否符合要求。⑥计算新的子网掩码值。⑦计算每一个子网的IP地址范围。例：某单位申请表一个网络地址：192.168.1.0/24，要求分为5个子网，要求每个子网的主机数不少于25台，求每个子网的IP地址范围及相应的子网掩码。解：查找IP地址分配表，知道192.168.1.0/24地址为C类网络地址，并且可以知道C类网络地址网络号为24位，主机号为8位；因此子网可以划分的区域为8位主机号部分。根据题目要求分为5个子网，根据数学公式：22523可以知道，子网的位数应该是3位。新的网络号应该=旧的网络号+新的子网数=24+3=27位，剩余的主机位数为5位，可以知道每个子网最多可以包含25=3225台计算机；满足题目要求。新的子网新的子网掩码值：255.255.255.224（/27）子网位数为3位，即子网号变化范围：001-110；下面以子网号001为例求该子网内的IP地址范围：IP地址通式：192.168.1.001XXXXX（X为0或1）根据通式可知：IP地址最大值：192.168.1.00111111，即192.168.1.63IP地址最小值：192.168.1.00100000，即192.168.1.32所以：子网号的IP地址范围为：192.168.1.32—192.168.1.63，但实际使用过程中IP地址取值范围为：192.168.1.33—192.168.1.62.同理，可求得其它子网下的IP地址范围。思考题：设有A、B、C、D四台主机都处在同一个物理网络中，A主机的IP地址是：192.155.12.112；B主机的IP地址是：192.155.12.120；C主机的IP地址是：192.155.12.176；D主机的IP地址是：192.155.12.222；共同的子网掩码为255.255.255.224。求：①A、B、C、D四台主机之间哪些可以直接通信？哪些不能通信？请画出网络连接示意图，并注明各个主机的子网地址和主机地址。②若要加入第五台主机E，使它能与C主机直接通信，其IP地址的设定范围应是多少？③不改变A主机的物理位置，将其IP地址改为192.155.12.168，问它的直接广播地址和本地广播地址各是多少？若用本地广播地址发送信息，问哪些主机能够收到？④若要试A、B、C、D四台主机在这个网上都能直接相互通信，最简单的办法是什么？五、路由算法路由选择：网络节点在收到一个分组后，要确定向下一个节点传送分组的路径，这就是路由选择。路由算法：确定路由选择的策略。路由算法分类：静态路由算法和动态路由算法。1、静态路由算法定义：路由选择策略不用测量也不需利用网络信息，按某种固定规则进行路由选择。（1）洪泛法一个网络节点从某条线路收到一个分组后，再向除该线路外的所有线路重复发送收到分组。结果，最先到达目的的节点的一个或若干个分组肯定经过了最短的路径，而且所有可。这种方法用于诸如军事网络等强壮性要求很高的场合。即使有的网络节点遭到破坏，只要源、目间有一条信道存在，则泛射路由选择仍能保证数据的可靠传送。（2）固定路由选择每个网络节点存储一张表格，表格中每一项记录着对应某个目的节点的下一节点或链路。当一个分组到达某节点时，该节点只要根据分组上的地址信息，便可从固定的路由表中想出对应的目的节点及所应选择的下一节点。（3）随机路由选择收到分组的节点，在所有与之相邻的节点中为分组随机选择出一个节点。方法虽然简单，但实际路由不是最佳路由，这会增加不必要的负担，而且分组传输延迟也不可预测，故此法应用不广。2、动态路由算法定义：节点的路由选择要依靠网络当前的状态信息来决定的策略。（1）独立路由选择节点仅根据自己搜集到的有关信息做出路由选择的决定，与其它节点不交换路由选择信息。这种算法虽然不能正确确定距离本节点较远的路由选择，但还是能较好地适应网络流量和拓扑结构的变化，如Baran在1964年提出的土豆（HotPotato）算法。（2）集中路由选择在每个节点上存储一张路由表。不同的是，固定路由选择算法中的节点路由表由人工制作，而在集中路由选择算法中的节点路由表由路由控制中心RCC（RoutingControlCenter）定时根据网络状态计算、生成并分送到各相