网络层

一、OSI七层参考模型 OSI模型，即开放式通信系统互联参考模型（Open System Interconnection Reference Model），是国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互联为网络的标准框架，简称OSI。 OSI将计算机网络体系结构换分为以下七层： 1、物理层 物理层规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体。在该层，数据的单位称为比特(bit)。属于物理层定义的典型规范代表包括:EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、RJ-45等。 2、数据链路层 数据链路层实现了在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括:物理寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层，数据的单位称为帧(frame)。该层协议的代表包括：HDLC、PPP、STP、帧中继等。(物理寻址–固定、硬件 核心功能:介质访问控制、控制物理层) 3、网络层 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择，还可以实现拥塞控制、网际互联等。在这一层，数据的单位称为数据包(packet)。网络层协议的代表包括：IP、RIP、OSPF、ARP、RARP、ICMP等。(逻辑寻址–临时、范围) 4、传输层 传输层时第一个主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的

本文是在学习谢希仁编著的《计算机网络》一书的网络层相关知识后，对某些个人认为是重点内容的部分做出的总结。 本文的将涉及：IP地址划分，CIDR，ARP，IPv4数据报格式，IP层转发分组的过程，ICMP，路由选择协议，IPv6，MPLS. 1. IP地址划分 首先要清楚，IP地址是给互联网上每一台主机或路由器的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符，而且是一个软件地址（有别于MAC地址）。 IP地址由互联网名字和数字分配机构ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。 IP地址呈现两级结构，第一级为网络号，由IP地址管理机构分配，第二级为主机号，由运行商自行分配。IP地址的结构可以记为： IP地址 ::= { <网络号>, <主机号> } 传统的IP地址被划分为5类: A, B ,C ,D ,E类。前三类为单播地址，D类为多播地址，E类保留为以后用。每类IP地址的格式详见《计算机网络》(谢希仁著，第七版) P119，这里不多阐述，事实上，由于近年来已经广泛地使用了无分类的IP地址进行路由选择，A, B, C类地址的区分已经成为了历史。这里仅介绍一下IPv4中某些特殊的地址： 网络号 : 主机号 源地址使用 : 目的地址使用 : 意义 0 : 0 可 : 不可 :

虚拟互联网 网络互联的设备 中间设备 又称为 中间系统 或 中继（relay）系统 。 物理层中继系统： 转发器 （repeater），可以理解为 接线器 （Hub）； 数据链路层中继系统： 网桥 或 桥接器 （bridge）； 网络层中继系统：路由器（router）； 网络层以上的中继系统： 网关 （gateway）； 网关就是到其他网段路由器接口的地址 。 网络互联设备：路由器 当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络； 网关由于比较复杂，目前使用得较少； 互联网都是指用路由器进行互连的网络； 由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为 网关 。 上图中，三台计算机想要访问互联网等其他网段必须经过网关Router1；但可以访问本网段。同时也可以为计算机设置多个网关，如图所示。 如图，PC2通过网关Router1访问互联网；也可以通过网关Router4访问互联网。 总结 ：网关就像一道门，计算机的数据想要出去必须通过这道门；一台计算机可对应多个门。 某个网段的网关一般设置在连接该网段的路由器上，是路由器的一个端口地址；该网段的计算机通过网关（地址）找到该路由器并通过该路由器访问网络 梳理一下PC1上网的过程，上网的实质就是同网段或不同网段内双方的通信。当需要访问的互联网与计算机在同一网段内

网络层提供的两种服务 在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。 争论焦点的实质就是：在计算机通信中， 可靠交付应当由谁来负责 ？是 网络 还是 端系统 ？ 即A、B两端点通过多个路由器连接，数据在每两个路由器之间都要确认 可靠交付 （传输），还是仅在A、B两端口确认数据是否 可靠交付 。 显然如果每两个路由器之间都要确认一次数据传输的可靠性就会十分浪费性能，所以，如今 数据的可靠交付由端系统负责 。 两种服务：网络层应该向运输层提供怎样的服务？ 虚电路服务 数据包服务 虚电路服务 数据包传输前先建立和确认一条虚电路，确认之后数据包不用加地址，直接通过虚电路由一端传送到另一端，这叫做 虚电路服务 。 特点 虚电路表示这只是一条 逻辑上的连接 ，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。 请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条 真正的连接 。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。 如果该虚电路断了，H1与H2不能通过其他电路传送数据，即只能通过配置好的虚电路传送数据。 数据报服务 数据包写上目标地址与原地址，通过路由器识别地址转发到相应目的地，这叫 数据报服务 。 网络层向上只提供简单灵活的、 无连接的 、 尽最大努力交付 的 数据报服务 。

目录 一、什么是HTTP协议 WEB与HTTP HTTP发展历史 二、TCP/IP协议 TCP/IP协议分层简介 应用层——HTTP、FTP、SMTP 传输层——TCP/UDP 网络层——IP协议、ARP协议、路由协议 数据链路层——网卡 三、HTTP数据包的封装过程 四、HTTP数据传输过程 五、DNS域名解析 一、什么是HTTP协议 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)<超文本传输协议>的缩写，是用于 从WEB服务器传输超文本到客户端浏览器 的传输协议。HTTP是一个应用层协议，由请求和响应构成，是一个标准的个客户端和服务器模型。 WEB与HTTP WEB是一种 基于超文本（HTML）和HTTP的 ，全球性的，动态交互的，跨平台的分布式 图形信息系统 。 WEB浏览器的访问操作图示： HTTP发展历史 二、TCP/IP协议 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol， 传输控制协议/网际协议 ）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是 TCP 和 IP 两个协议，而是指一个由 FTP 、 SMTP 、TCP、 UDP 、IP 等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。——百度百科

IPv4数据报格式： 版本号 这4比特规定了数据报的IP 协议版本。通过查看版本号，路由器能够确定如何解释IP数据报的剩余部分。 首部长度 以4字节为单位，没有选项的首部长度为5*4=20字节 服务类型 8bit服务类型(TOS)字段，使不同类型的IP数据报能相互区别开来。 例如一些特别要求低时延、高吞吐量或可靠性的数据报，应用于IP电话应用的实时数据报和应用于FTP应用的非实时流量 一般不用，为0 数据报长度（字节） IP分组可以封装的最大字节数：65535-20=65515B 16比特标识 一个链路层帧能承载的最大数据量叫做最大传送单元MTU 路由器从某条链路收到一个IP数据报，通过检查转发表确定出链路，并且该出链路的MTU比该IP数据报的长度要小，则将IP数据报中的数据分片成两个或更多个较小的片(fragment) IP分片到达目的主机后进行重组，缺失分片后会等待一段时间，然后全部丢弃 IP协议利用一个计数器，每产生IP分组计数器加1，作为该IP分组的标识，配合源IP地址、目的IP地址、协议等进行分组唯一标识 标志位 1位保留 DF =1禁止分片；DF =0允许分片 MF =1非最后一片；MF =0最后一片(或未分片) 片偏移 指定该片应放在初始IP数据报的相对偏移量（以8字节为单位） 生存时间(TTL) IP分组在网络中可以通过的路由器数（或跳步数） 路由器转发一次分组

　　TCP/IP 协议栈是一系列网络协议的总和，是构成网络通信的核心骨架，它定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间进行传输。TCP/IP 协议采用4层结构，分别是 应用层、传输层、网络层和链路层 ，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。由于我们大部分时间都工作在应用层，下层的事情不用我们操心；其次网络协议体系本身就很复杂庞大，入门门槛高，因此很难搞清楚TCP/IP的工作原理，通俗一点讲就是， 一个主机的数据要经过哪些过程才能发送到对方的主机上 。 那我们就来探索一下这个过程： 0、物理介质 　　物理介质就是把电脑连接起来的物理手段，常见的有光纤、双绞线，以及无线电波，它决定了电信号(0和1)的传输方式，物理介质的不同决定了电信号的传输带宽、速率、传输距离以及抗干扰性等等。 　　TCP/IP协议栈分为四层，每一层都由特定的协议与对方进行通信，而 协议之间的通信最终都要转化为 0 和 1 的电信号，通过物理介质进行传输才能到达对方的电脑 ，因此物理介质是网络通信的基石。 　　网络通信就像送快递一样，用户买的商品被一层层包裹就是各种协议，协议描述了商品的大小、收件人、联系方式以及配送地址，而实际的配送交通工具就是物理介质。其次对于一些偏远的地方，快递是不能直达的，需要中途转发，这时候快递上的各种协议就起作用了，它记录了要转发的地址、揽件人信息等，这就是TCP

第四章 网络层 1.网络层提供的服务 负责在不同网络之间尽力转发数据包。 基于数据包的IP地址转发。 不负责丢失重传。 不负责发送顺序。 1.数据包在互联网（internet）网络层中的传送 数据包在网络层中传送考虑的问题： 源地址到目的地址的路径是否最优。 2.互联网络与虚拟互联网络 2.验证网络层功能 工具：Cisco Packet Tracer 子网掩码的作用：限定网络部分 10.0.0.0 255.0.0.0–该局域网内的计算机的IP地址必须是10.x.x.x。网络部分为10 10.0.0.0 255.255.0.0–该局域网内的计算机的IP地址必须是10.0.x.x。网络部分为10.0 相关命令： 查看路由表： 在路由表中添加IP 3.网络设备与OSI参考模型的关系 计算机通信的过程 1.ARP协议：用于解析目的主机MAC地址。即假设在同一网段下（局域网），源主机发送广播包询问目的主机的MAC地址，但源主机发送的广播包会先到交换机，交换机会向局域网内所有的计算机转发此广播包，目的主机收到广播包后，会将自己的MAC地址回馈给源主机。 2.传输数据前的准备工作： 发送端： 应用层：应用程序准备要传输的文件。 传输层：将文件分段，并编号。 网络层：给每个分段文件添加源IP地址和目的IP地址。 数据链路层： 使用自己的子网掩码，判断自己在哪个网段。 使用自己的子网掩码

1.网卡的基本结构 网卡包含7个功能模块，分别是CU（Control Unit，控制单元）、OB（Output Buffer，输出缓存）、IB（Input Buffer，输入缓存）、LC（Line Coder，线路编码器）、LD（Line Decoder，线路解码器）、TX（Transmitter，发射器）、RX（Receiver，接收器）。 2.网卡信息的发送 2.1 计算机的应用软件会产生等待发送的原始数据，这些数据经过TCP/IP模型的应用层、传输层、网络层处理后，得到一个一个的数据包（Packet）。然后，网络层会将这些数据包逐个下传给网卡的CU。 2.2 CU 从网络层哪里接收到数据包之后，会将每个数据包封装成帧（Frame）。在以太网中封装的数据帧为以太帧（Ethernet Frame）。然后CU单元会将这些帧逐个传递给OB。 2.3 OB从CU哪里接收到帧以后，会按帧的接收顺序将这些帧排成一个队列，然后将队列中的帧逐个传递给LC。先从CU哪里接收的帧会先传给LC。 2.4 LC从OB哪里接收到帧之后，会对这些帧进行线路编码。从逻辑上讲，一个帧就是一个长度有限的一串“0”和“1”。OB中的“0”和“1”所对应的物理量（指电平、电流、电荷等）只适合于待在缓存之中，而不适合于在线路上进行传输。LC的作用就是将这些“0”和“1

计算机网络第一章概述 第一章 计算机网络概述 1.1 MAC地址 1.2 数据包和数据帧 1.3 OSI参考模型 1.4 故障排错 1.5 OSI参考模型与网络安全 1.6 OSI参考模型与TCP/IP协议 1.7 数据封装过程 1.8 计算机网络性能 第一章 计算机网络概述 1.1 MAC地址 某个网段：13.0.0.0 则对应的子网掩码：255.0.0.0 这表示13是网络部分，后面0.0.0就是主机部分 如果子网掩码是：255.255.0.0 则13.0是网络部分，后面的0.0是主机部分 以此类推 MAC地址：每台电脑或是路由器的每个接口（网卡）都有的物理地址，出厂的时候就设置好了的，全球唯一网站域名通过DNS解析成IP地址 1.2 数据包和数据帧 传送的数据包： 其中传送的物理地址实时更新，记录的是路由器的源接口和目标接口。 1.3 OSI参考模型 应用层 ：所有能产生网络流量的程序 表示层 ：在传输之前是否进行加密、压缩处理，传输的是二进制还是ASCII（出现乱码是表示层出错） 会话层 ：查木马，只要电脑有与外界建立会话，就可以通过cmd窗口，输入netstat -n查看建立的会话，netstat -nb查看建立会话的进程（用管理员身份运行cmd） 传输层 ：可靠传输 不可靠传输 流量控制 纠错 网络层 ：负责选择传输路径，规划IP地址 数据链路层 ：定义帧的开始和结束