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網(wǎng)絡(luò)知識的基礎(chǔ)原理的初步理解，想了解的小伙伴們搬好小板凳。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本原理我們從以下的11個目錄中了解：

     1. 網(wǎng)絡(luò)層次劃分
     2. OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型
     3. IP地址
     4. 子網(wǎng)掩碼及網(wǎng)絡(luò)劃分
     5. ARP/RARP協(xié)議
     6. 路由選擇協(xié)議
     7. TCP/IP協(xié)議
     8. UDP協(xié)議
     9. DNS協(xié)議
     10. NAT協(xié)議
     11. DHCP協(xié)議
     12. HTTP協(xié)議

      計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議同我們的語言一樣，多種多樣。而ARPA公司與1977年到1979年推出了一種名為ARPANET的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議受到了廣泛的熱捧，其中最主要的原因就是它推出了人盡皆知的TCP/IP標準網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。目前TCP/IP協(xié)議已經(jīng)成為Internet中的“通用語言”，下圖為不同計算機群之間利用TCP/IP進行通信的示意圖。

1. 網(wǎng)絡(luò)層次劃分

 為了使不同計算機廠家生產(chǎn)的計算機能夠相互通信，以便在更大的范圍內(nèi)建立計算機網(wǎng)絡(luò)，國際標準化組織（ISO）在1978年提出了“開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它將計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議劃分為七層，自下而上依次為：物理層（Physics Layer）、數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）、網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）、傳輸層（Transport Layer）、會話層（Session Layer）、表示層（Presentation Layer）、應(yīng)用層（Application Layer）。其中第四層完成數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，上面三層面向用戶。

2. OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型

       TCP/IP協(xié)議毫無疑問是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議，沒有它就根本不可能上網(wǎng)，任何和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的操作都離不開TCP/IP協(xié)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(xié)議，完成自己相應(yīng)的工作以及與上下層級之間進行溝通。由于OSI七層模型為網(wǎng)絡(luò)的標準層次劃分，所以我們以O(shè)SI七層模型為例從下向上進行一一介紹。

1）物理層（Physical Layer）

激活、維持、關(guān)閉通信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(xié)議提供了一個傳輸數(shù)據(jù)的可靠的物理媒體。簡單的說，物理層確保原始的數(shù)據(jù)可在各種物理媒體上傳輸。物理層記住兩個重要的設(shè)備名稱，中繼器（Repeater，也叫放大器）和集線器。

2）數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）

數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，其最基本的服務(wù)是將源自網(wǎng)絡(luò)層來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點的目標機網(wǎng)絡(luò)層。為達到這一目的，數(shù)據(jù)鏈路必須具備一系列相應(yīng)的功能，主要有：如何將數(shù)據(jù)組合成數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)鏈路層中稱這種數(shù)據(jù)塊為幀（frame），幀是數(shù)據(jù)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(diào)節(jié)發(fā)送速率以使與接收方相匹配；以及在兩個網(wǎng)絡(luò)實體之間提供數(shù)據(jù)鏈路通路的建立、維持和釋放的管理。數(shù)據(jù)鏈路層在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯、重發(fā)等。

有關(guān)數(shù)據(jù)鏈路層的重要知識點：

1> 數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸；

2> 基本數(shù)據(jù)單位為幀；

3> 主要的協(xié)議：以太網(wǎng)協(xié)議；

4> 兩個重要設(shè)備名稱：網(wǎng)橋和交換機


3）網(wǎng)絡(luò)層（etwork Layer）

網(wǎng)絡(luò)層的目的是實現(xiàn)兩個端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)透明傳送，具體功能包括尋址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等。它提供的服務(wù)使傳輸層不需要了解網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸和交換技術(shù)。如果您想用盡量少的詞來記住網(wǎng)絡(luò)層，那就是“路徑選擇、路由及邏輯尋址”。

網(wǎng)絡(luò)層中涉及眾多的協(xié)議，其中包括最重要的協(xié)議，也是TCP/IP的核心協(xié)議——IP協(xié)議。IP協(xié)議非常簡單，僅僅提供不可靠、無連接的傳送服務(wù)。IP協(xié)議的主要功能有：無連接數(shù)據(jù)報傳輸、數(shù)據(jù)報路由選擇和差錯控制。與IP協(xié)議配套使用實現(xiàn)其功能的還有地址解析協(xié)議ARP、逆地址解析協(xié)議RARP、因特網(wǎng)報文協(xié)議ICMP、因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP。具體的協(xié)議我們會在接下來的部分進行總結(jié)，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的重點為：

1> 網(wǎng)絡(luò)層負責對子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)包進行路由選擇。此外，網(wǎng)絡(luò)層還可以實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)際互連等功能；

2> 基本數(shù)據(jù)單位為IP數(shù)據(jù)報；

3> 包含的主要協(xié)議：

IP協(xié)議（Internet Protocol，因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議）;

ICMP協(xié)議（Internet Control Message Protocol，因特網(wǎng)控制報文協(xié)議）;

ARP協(xié)議（Address Resolution Protocol，地址解析協(xié)議）;

RARP協(xié)議（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析協(xié)議）。

4> 重要的設(shè)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(shù)據(jù)分段并提供端到端的、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(wù)是根據(jù)通信子網(wǎng)的特性，最佳的利用網(wǎng)絡(luò)資源，為兩個端系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸。在這一層，信息傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為段或報文。

網(wǎng)絡(luò)層只是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址將源結(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)包傳送到目的結(jié)點，而傳輸層則負責將數(shù)據(jù)可靠地傳送到相應(yīng)的端口。

有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的重點：

1> 傳輸層負責將上層數(shù)據(jù)分段并提供端到端的、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；

2> 包含的主要協(xié)議：TCP協(xié)議（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）、UDP協(xié)議（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）；

3> 重要設(shè)備：網(wǎng)關(guān)。

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(shù)據(jù)中插入校驗點來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。

6）表示層

表示層對上層數(shù)據(jù)或信息進行變換以保證一個主機應(yīng)用層信息可以被另一個主機的應(yīng)用程序理解。表示層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)的加密、壓縮、格式轉(zhuǎn)換等。

7）應(yīng)用層

為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口。

會話層、表示層和應(yīng)用層重點：

1> 數(shù)據(jù)傳輸基本單位為報文；

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

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3. IP地址

1）網(wǎng)絡(luò)地址

IP地址由網(wǎng)絡(luò)號（包括子網(wǎng)號）和主機號組成，網(wǎng)絡(luò)地址的主機號為全0，網(wǎng)絡(luò)地址代表著整個網(wǎng)絡(luò)。

2）廣播地址

廣播地址通常稱為直接廣播地址，是為了區(qū)分受限廣播地址。

廣播地址與網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的廣播地址發(fā)送消息時，該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有主機都能收到該廣播消息。

3）組播地址

D類地址就是組播地址。

先回憶下A，B，C，D類地址吧：

A類地址以0開頭，第一個字節(jié)作為網(wǎng)絡(luò)號，地址范圍為：0.0.0.0~127.255.255.255；(modified @2016.05.31)

B類地址以10開頭，前兩個字節(jié)作為網(wǎng)絡(luò)號，地址范圍是：128.0.0.0~191.255.255.255;

C類地址以110開頭，前三個字節(jié)作為網(wǎng)絡(luò)號，地址范圍是：192.0.0.0~223.255.255.255。

D類地址以1110開頭，地址范圍是224.0.0.0~239.255.255.255，D類地址作為組播地址（一對多的通信）；

E類地址以1111開頭，地址范圍是240.0.0.0~255.255.255.255，E類地址為保留地址，供以后使用。

注：只有A,B,C有網(wǎng)絡(luò)號和主機號之分，D類地址和E類地址沒有劃分網(wǎng)絡(luò)號和主機號。

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(qū)別在于，受限廣播地址只能用于本地網(wǎng)絡(luò)，路由器不會轉(zhuǎn)發(fā)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(wǎng)段廣播。例如：主機192.168.1.1/30上的直接廣播數(shù)據(jù)包后，另外一個網(wǎng)段192.168.1.5/30也能收到該數(shù)據(jù)報；若發(fā)送受限廣播數(shù)據(jù)報，則不能收到。

注：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。

5）0.0.0.0

常用于尋找自己的IP地址，例如在我們的RARP，BOOTP和DHCP協(xié)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，向本地范圍（具體而言是被各個路由器屏蔽的范圍內(nèi)）的服務(wù)器發(fā)送IP請求分組。

6）回環(huán)地址

127.0.0.0/8被用作回環(huán)地址，回環(huán)地址表示本機的地址，常用于對本機的測試，用的最多的是127.0.0.1。

7）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，范圍是：10.0.0.0~10.255.255.255

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

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

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4. 子網(wǎng)掩碼及網(wǎng)絡(luò)劃分

隨著互連網(wǎng)應(yīng)用的不斷擴大，原先的IPv4的弊端也逐漸暴露出來，即網(wǎng)絡(luò)號占位太多，而主機號位太少，所以其能提供的主機地址也越來越稀缺，目前除了使用NAT在企業(yè)內(nèi)部利用保留地址自行分配以外，通常都對一個高類別的IP地址進行再劃分，以形成多個子網(wǎng)，提供給不同規(guī)模的用戶群使用。

這里主要是為了在網(wǎng)絡(luò)分段情況下有效地利用IP地址，通過對主機號的高位部分取作為子網(wǎng)號，從通常的網(wǎng)絡(luò)位界限中擴展或壓縮子網(wǎng)掩碼，用來創(chuàng)建某類地址的更多子網(wǎng)。但創(chuàng)建更多的子網(wǎng)時，在每個子網(wǎng)上的可用主機地址數(shù)目會比原先減少。

什么是子網(wǎng)掩碼？

子網(wǎng)掩碼是標志兩個IP地址是否同屬于一個子網(wǎng)的，也是32位二進制地址，其每一個為1代表該位是網(wǎng)絡(luò)位，為0代表主機位。它和IP地址一樣也是使用點式十進制來表示的。如果兩個IP地址在子網(wǎng)掩碼的按位與的計算下所得結(jié)果相同，即表明它們共屬于同一子網(wǎng)中。

在計算子網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)地址全為“ 0”或“ 1”時的IP地址，它們代表著本網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址，一般是不能被計算在內(nèi)的。

子網(wǎng)掩碼的計算：

對于無須再劃分成子網(wǎng)的IP地址來說，其子網(wǎng)掩碼非常簡單，即按照其定義即可寫出：如某B類IP地址為 10.12.3.0，無須再分割子網(wǎng)，則該IP地址的子網(wǎng)掩碼255.255.0.0。如果它是一個C類地址，則其子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0。其它類推，不再詳述。下面我們關(guān)鍵要介紹的是一個IP地址，還需要將其高位主機位再作為劃分出的子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號，剩下的是每個子網(wǎng)的主機號，這時該如何進行每個子網(wǎng)的掩碼計算。

下面總結(jié)一下有關(guān)子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)絡(luò)劃分常見的面試考題：

1）利用子網(wǎng)數(shù)來計算

在求子網(wǎng)掩碼之前必須先搞清楚要劃分的子網(wǎng)數(shù)目，以及每個子網(wǎng)內(nèi)的所需主機數(shù)目。

(1) 將子網(wǎng)數(shù)目轉(zhuǎn)化為二進制來表示;

如欲將B類IP地址168.195.0.0劃分成27個子網(wǎng)：27=11011；

(2) 取得該二進制的位數(shù)，為N；

該二進制為五位數(shù)，N = 5

(3) 取得該IP地址的類子網(wǎng)掩碼，將其主機地址部分的的前N位置1即得出該IP地址劃分子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼。

將B類地址的子網(wǎng)掩碼255.255.0.0的主機地址前5位置 1，得到 255.255.248.0

2）利用主機數(shù)來計算

如欲將B類IP地址168.195.0.0劃分成若干子網(wǎng)，每個子網(wǎng)內(nèi)有主機700臺：

(1) 將主機數(shù)目轉(zhuǎn)化為二進制來表示；

700=1010111100；

(2) 如果主機數(shù)小于或等于254（注意去掉保留的兩個IP地址），則取得該主機的二進制位數(shù)，為N，這里肯定 N

該二進制為十位數(shù)，N=10；

(3) 使用255.255.255.255來將該類IP地址的主機地址位數(shù)全部置1，然后從后向前的將N位全部置為 0，即為子網(wǎng)掩碼值。

將該B類地址的子網(wǎng)掩碼255.255.0.0的主機地址全部置1，得到255.255.255.255，然后再從后向前將后 10位置0,即為：11111111.11111111.11111100.00000000，即255.255.252.0。這就是該欲劃分成主機為700臺的B類IP地址 168.195.0.0的子網(wǎng)掩碼。

3）還有一種題型，要你根據(jù)每個網(wǎng)絡(luò)的主機數(shù)量進行子網(wǎng)地址的規(guī)劃和計算子網(wǎng)掩碼。這也可按上述原則進行計算。

比如一個子網(wǎng)有10臺主機，那么對于這個子網(wǎng)需要的IP地址是：

10＋1＋1＋1＝13

注意：加的第一個1是指這個網(wǎng)絡(luò)連接時所需的網(wǎng)關(guān)地址，接著的兩個1分別是指網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址。

因為13小于16（16等于2的4次方），所以主機位為4位。而256－16＝240，所以該子網(wǎng)掩碼為255.255.255.240。

如果一個子網(wǎng)有14臺主機，不少人常犯的錯誤是：依然分配具有16個地址空間的子網(wǎng)，而忘記了給網(wǎng)關(guān)分配地址。這樣就錯誤了，因為14＋1＋1＋1＝17，17大于16，所以我們只能分配具有32個地址（32等于2的5次方）空間的子網(wǎng)。這時子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.224。

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5. ARP/RARP協(xié)議

地址解析協(xié)議，即ARP（Address Resolution Protocol），是根據(jù)IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協(xié)議。主機發(fā)送信息時將包含目標IP地址的ARP請求廣播到網(wǎng)絡(luò)上的所有主機，并接收返回消息，以此確定目標的物理地址；收到返回消息后將該IP地址和物理地址存入本機ARP緩存中并保留一定時間，下次請求時直接查詢ARP緩存以節(jié)約資源。地址解析協(xié)議是建立在網(wǎng)絡(luò)中各個主機互相信任的基礎(chǔ)上的，網(wǎng)絡(luò)上的主機可以自主發(fā)送ARP應(yīng)答消息，其他主機收到應(yīng)答報文時不會檢測該報文的真實性就會將其記入本機ARP緩存；由此攻擊者就可以向某一主機發(fā)送偽ARP應(yīng)答報文，使其發(fā)送的信息無法到達預期的主機或到達錯誤的主機，這就構(gòu)成了一個ARP欺騙。ARP命令可用于查詢本機ARP緩存中IP地址和MAC地址的對應(yīng)關(guān)系、添加或刪除靜態(tài)對應(yīng)關(guān)系等。

ARP工作流程舉例：

主機A的IP地址為192.168.1.1，MAC地址為0A-11-22-33-44-01；

主機B的IP地址為192.168.1.2，MAC地址為0A-11-22-33-44-02；

當主機A要與主機B通信時，地址解析協(xié)議可以將主機B的IP地址（192.168.1.2）解析成主機B的MAC地址，以下為工作流程：

（1）根據(jù)主機A上的路由表內(nèi)容，IP確定用于訪問主機B的轉(zhuǎn)發(fā)IP地址是192.168.1.2。然后A主機在自己的本地ARP緩存中檢查主機B的匹配MAC地址。

（2）如果主機A在ARP緩存中沒有找到映射，它將詢問192.168.1.2的硬件地址，從而將ARP請求幀廣播到本地網(wǎng)絡(luò)上的所有主機。源主機A的IP地址和MAC地址都包括在ARP請求中。本地網(wǎng)絡(luò)上的每臺主機都接收到ARP請求并且檢查是否與自己的IP地址匹配。如果主機發(fā)現(xiàn)請求的IP地址與自己的IP地址不匹配，它將丟棄ARP請求。

（3）主機B確定ARP請求中的IP地址與自己的IP地址匹配，則將主機A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP緩存中。

（4）主機B將包含其MAC地址的ARP回復消息直接發(fā)送回主機A。

（5）當主機A收到從主機B發(fā)來的ARP回復消息時，會用主機B的IP和MAC地址映射更新ARP緩存。本機緩存是有生存期的，生存期結(jié)束后，將再次重復上面的過程。主機B的MAC地址一旦確定，主機A就能向主機B發(fā)送IP通信了。

逆地址解析協(xié)議，即RARP，功能和ARP協(xié)議相對，其將局域網(wǎng)中某個主機的物理地址轉(zhuǎn)換為IP地址，比如局域網(wǎng)中有一臺主機只知道物理地址而不知道IP地址，那么可以通過RARP協(xié)議發(fā)出征求自身IP地址的廣播請求，然后由RARP服務(wù)器負責回答。

RARP協(xié)議工作流程：

（1）給主機發(fā)送一個本地的RARP廣播，在此廣播包中，聲明自己的MAC地址并且請求任何收到此請求的RARP服務(wù)器分配一個IP地址；

（2）本地網(wǎng)段上的RARP服務(wù)器收到此請求后，檢查其RARP列表，查找該MAC地址對應(yīng)的IP地址；

（3）如果存在，RARP服務(wù)器就給源主機發(fā)送一個響應(yīng)數(shù)據(jù)包并將此IP地址提供給對方主機使用；

（4）如果不存在，RARP服務(wù)器對此不做任何的響應(yīng)；

（5）源主機收到從RARP服務(wù)器的響應(yīng)信息，就利用得到的IP地址進行通訊；如果一直沒有收到RARP服務(wù)器的響應(yīng)信息，表示初始化失敗。

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