計算機網(wǎng)絡(luò)（一）——互聯(lián)網(wǎng)層

  計算機網(wǎng)絡(luò)，顧名思義，是由若干鏈路組成的，這些鏈路結(jié)點可以是計算機，集線器，交換機或路由器等；網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)之間可以通過路由器進行互聯(lián)，這就是互聯(lián)網(wǎng)的由來，而因特網(wǎng)就是最大的互聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)的存在是將許多計算機連接在一起，而因特網(wǎng)的存在是將許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起；網(wǎng)絡(luò)的主要功能是讓不同的主機之間進行數(shù)據(jù)的通信，實現(xiàn)大范圍的資源共享；計算機之間的數(shù)據(jù)通信是通過接口來實現(xiàn)的；

  因特網(wǎng)的組成部分分為邊緣部分和核心部分；邊緣部分為網(wǎng)絡(luò)中的各個主機組成，核心部分是由連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成，為邊緣部分的主機提供服務(wù)；

  計算機網(wǎng)絡(luò)之間的通信是一個十分復(fù)雜的問題，為了實現(xiàn)計算機之間的通信，人們提出了關(guān)于是各種計算機能夠在世界各個范圍內(nèi)通信的開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM；只要遵循OSI定律的計算機，就可以在世界任何一個地方進行通信；OSI的七層協(xié)議由底向上為物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，運輸層，會話層，表示層，以及應(yīng)用層；其中運輸層是為了協(xié)調(diào)上三層與下三層之間的關(guān)系，上三層是資源子網(wǎng)，實現(xiàn)了資源共享的功能，下三層是通信子網(wǎng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信的功能；層次結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了下一層的協(xié)議為上層提供服務(wù)，要實現(xiàn)本層的協(xié)議，還需要下一層協(xié)議所提供的服務(wù)；OSI的協(xié)議實現(xiàn)太過復(fù)雜，且運行效率太低，層次劃分不夠合理，有些功能在多個層次中出現(xiàn)，這些都是導(dǎo)致OSI協(xié)議失敗的原因；但這不妨礙我們?nèi)チ私庖幌玛P(guān)于這老牌的通信協(xié)議OSI；

  OSI協(xié)議：

  物理層：其作用是盡可能的屏蔽掉傳輸媒體和通信手段的差異，使上層的數(shù)據(jù)鏈路層沒有感覺到這些差異；物理層還可以通過使用信道復(fù)用技術(shù)，如頻分復(fù)用，時分復(fù)用，和統(tǒng)計時分復(fù)用等，節(jié)省系統(tǒng)資源；

  數(shù)據(jù)鏈路層：其主要使用的是點對點通信以及廣播通信，首先將一段數(shù)據(jù)封裝成幀，進行透明傳輸處理，進行差錯檢測，若無差錯則將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)往網(wǎng)絡(luò)層；

  網(wǎng)絡(luò)層：主要是為了網(wǎng)上不同主機提供通信服務(wù)，以及選擇合適的路由，使從運輸層傳下來的數(shù)據(jù)能夠通過合適的路由找到目的主機；

  運輸層：屏蔽上三層與下三層的細節(jié)，上三層不需要理會下三層是如何實現(xiàn)，反之亦然；起到一個紐帶的作用；在傳輸層將數(shù)據(jù)分為更小的數(shù)據(jù)段，以此實現(xiàn)更可靠的數(shù)據(jù)傳輸機制，防止資源狼糞；可以進行虛電路機制，流量控制等功能；

  會話層：會話層定義了如何開始結(jié)束一個會話；

  表示層：編碼和解碼，加密和解密，壓縮和解壓縮；表示層是為了統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式；確保某一個系統(tǒng)應(yīng)用層所發(fā)送的信息能夠正確的理解；

  應(yīng)用層：應(yīng)用層是與其他計算機進行通信的一個應(yīng)用，他是對應(yīng)應(yīng)用程序的通信服務(wù)；

  OSI的七層協(xié)議的概念雖然清楚但卻不夠?qū)嵱?；反之TCP/IP協(xié)議是一個四層的體系結(jié)構(gòu)，它包含著應(yīng)用層，運輸層，網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)接口層；

  在這里先講解一下關(guān)于網(wǎng)絡(luò)層的主要功能；網(wǎng)路層負責(zé)為不同的主機傳遞信息，在TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)封裝成IP數(shù)據(jù)報的形式進行傳輸；在網(wǎng)絡(luò)層所具有的協(xié)議有ARP，RARP,ICMP,IGMP；IP協(xié)議需要依賴于ARP與RARP協(xié)議所提供的服務(wù)，而ICMP,IGMP協(xié)議的實現(xiàn)需要依賴于IP協(xié)議；

  ARP協(xié)議是一種地址解析協(xié)議，將描述范圍的邏輯地址轉(zhuǎn)化為具體描述的物理地址；

  RARP協(xié)議則與ARP協(xié)議相反，是將具體描述的物理地址轉(zhuǎn)化為描述范圍的邏輯地址；

  IGMP：完成互聯(lián)網(wǎng)多播通信的協(xié)議；

  ICMP：用于在IP主機與路由器之間傳遞控制消息；  

  IP：

  IP地址一共32位二進制構(gòu)成，由兩部分組成，網(wǎng)絡(luò)位部分以及主機位部分，根據(jù)不同類型的IP地址網(wǎng)絡(luò)號與主機號之間的分配存在變化；

  A類IP地址：第一位二進制位必須為0，網(wǎng)絡(luò)位有八位，主機位有24位；

  B類IP地址：前兩位二進制位必須為10，網(wǎng)絡(luò)位為16位，主機位為16位；

  C類IP地址：前三位二進制位必須為110，網(wǎng)絡(luò)位為24位，主機位為8位；

  D類IP地址：前四位二進制位必須為1110，網(wǎng)絡(luò)位為32位，通常用于組播通信，不給主機用；

  E類IP地址：前四個二進制位必須為1111，保留用于科學(xué)研究；

  IP地址

  A類

  00000000 00000000 00000000 00000000—011111111 11111111 11111111 11111111

  0.0.0.0-127.255.255.255

  第一個8位組全為0的，是無效的IP，因為其表示整個IP地址棧；

  第一個8位組，除了第一位以外全部為1，稱為環(huán)回地址；兩者皆非有效地址；

  所以A類地址可指派的網(wǎng)絡(luò)位有2^7-2；可指派的主機位有2^24-2

  B類：128.0.0.0~191.255.255.255

  10000000.00000000.00000000.00000000

  10111111.11111111.11111111.11111111

  C類：192.0.0.0~223.255.255.255

  11000000.00000000.00000000.00000000

  11011111.11111111.11111111.11111111

  D類：224.0.0.0~239.255.255.255

  11100000.00000000.00000000.00000000

  11101111.11111111.11111111.11111111

  E類：240.0.0.0~255.255.255.255

  11110000.00000000.00000000.0000000

  11111111.11111111.11111111.1111111

  IP地址適用于點分十進制表示法：

  1.將32位的IP地址位，以8位為一組，共劃分為4組；

  2.每一組之間使用“.”符號進行分隔；

  3.將每個8位組轉(zhuǎn)換為十進制表示；

  如：10000000 00001011 00000011 00011111

     128     11     3     31

  IP地址2：

  保留地址：不能選擇為其他主機配置使用的IP地址；

  0.0.0.0-0.255.255.255

  127.0.0.0-127.255.255.255

  自動分配地址段：

  169.254.0.0-169.254.255.255

  網(wǎng)絡(luò)地址：主機位全為0的地址；

  1.0.0.0：表示一個范圍的名稱；

  廣播地址：主機位全為1的地址；

  1.255.255.255：作為目的地址代表整個網(wǎng)段中的所有IP地址；

  定向廣播地址：往這個地址發(fā)送數(shù)據(jù)，所有主機都可收到；

  255.255.255.255

  IPv4：的地址總數(shù)：2^32=42億9400萬

  去除的IP地址：

  D類和E類：5億

  0和127網(wǎng)段的地址：3500萬

  169，254的網(wǎng)段地址：65536

  網(wǎng)絡(luò)地址：126+16384+209萬

  廣播地址：126+16384+209萬

  可以分配給主機使用的IP地址為36億

  為了解決IP地址枯竭的問題，人們采用了私有地址與公有地址轉(zhuǎn)換的方式來提高IP地址利用率，減少IP地址的消耗；

  私有地址：可以在不同互聯(lián)網(wǎng)中使用；

  公有地址：可以在互聯(lián)網(wǎng)中使用但地址必須唯一；

  NAT：地址轉(zhuǎn)換；

  SNAT：源地址轉(zhuǎn)化；使用公有IP地址替換私有IP地址，但用戶需要訪問另一個網(wǎng)絡(luò)時可以通過將私有IP地址轉(zhuǎn)化為公有IP地址進行訪問；在多個網(wǎng)絡(luò)中進行訪問的公有地址，若想訪問一個網(wǎng)絡(luò)，需要將公有地址的外殼換成私有地址，才能在該網(wǎng)絡(luò)中使用；

  DNAT：目的地址轉(zhuǎn)換，使用私有IP地址替換數(shù)據(jù)包中的公有IP地址；

  IP數(shù)據(jù)報：

  IP數(shù)據(jù)報的格式能夠說明IP協(xié)議都具有什么功能，一個數(shù)據(jù)報由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成，首部的固定長度共20個字節(jié)，下面介紹各個字段的含義；

  （1）版本：4位，指IP協(xié)議的版本，通信雙方所使用的IP協(xié)議必須一樣；

  （2）首部長度：4位，表示首部的長度，首部長度最少20字，最多達60字；

  （3）區(qū)分服務(wù)：8位，用來獲得更好的服務(wù)；

  （4）總長度：16位，表示包括首部的整個數(shù)據(jù)報的長度；

  （5）標識：16位，標識數(shù)據(jù)來源以及由哪個數(shù)據(jù)分片得來的；

  （6）標志：3位，最低位記為MF標志后面是否還有分片，中間位DF標志該數(shù)據(jù)段是否不能分片，最后          一位無意義；

  （7）片偏移：13位，較長的數(shù)據(jù)段通過分組成多個片，某片在分組中的相對位置；

  （8）生存時間：8位，表明數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中的壽命；

  （9）協(xié)議：8位，協(xié)議字段表示該數(shù)據(jù)段使用的是哪種協(xié)議；

  （10）首部檢驗和：16位，這個字段只檢驗首部，不檢驗數(shù)據(jù)部分；每經(jīng)過一個路由器，都要重新檢       驗一個首部檢驗和，因為首部可能會發(fā)生變化；

  （11）源地址：32位，發(fā)送方地址；

  （12）目的地址：32位，接收方地址；

  使用IP地址：

  使用IP地址進行數(shù)據(jù)的通信，最基本的就是要知道兩個進行通信的主機的源地址和目的地址，在這里講述一下如何獲得通信雙方的源地址以及目的地址;

  源IPv4地址，發(fā)送數(shù)據(jù)的主機上配置的IP地址；

  源IPv4的配置方式：

  手動配置：

   手動配置必須要對各個IP地址非常了解，避免IP地址選擇錯誤，這種方式定義的IP地址雖然精確到    位，但也容易發(fā)生手誤，這在某些特殊環(huán)境中是不被允許的，所以不建議使用；

 自動配置：

 BOOTP：啟動協(xié)議，這種協(xié)議下分配的IP地址其周期是永久的，即主機分配的IP地址永久使用，不更改

 但這種情況的弊端也很明顯，那就是浪費IP資源，針對目前世界IP地址匱乏的環(huán)境下，這種浪費資源  的做法并不可??；

 DHCP：動態(tài)主機配置協(xié)議；這個協(xié)議下所分配的IP地址,并不是永久分配給一個主機使用的，它存在      著“租約”協(xié)定，即當分配一個IP地址后，由服務(wù)器給定一個租約時間，當租約到期時，視情      況而定是否續(xù)租，或者不再使用這個IP地址；當?shù)竭_租約的50%時，主機就會向分配此IP地址的      服務(wù)器發(fā)出續(xù)租請求，發(fā)送三次仍沒有回應(yīng)時放棄，當?shù)竭_租約的87.5%時，廣播信道，看是否      有服務(wù)器能夠提供與當前使用的相同的IP地址，若有則建立聯(lián)系，若無則在IP地址租約滿時，      放棄此IP地址，采用其他IP地址；

 DHCP協(xié)議客戶端地址的租借過程——四線會話

 ①客戶端發(fā)送DHCP Discover消息，搜索當前網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器是否有合適的IP地址給主機使用；

 ②接收到DHCP Discover的服務(wù)器查看自身的地址池中是否有合適的IP地址，若有則將該IP地址的信  息，封裝到DHCP Offer中發(fā)送給客戶端；

 ③客戶端接收到的第一個DHCP Offer的消息作為IP地址的首選，因為第一個到達的，他的服務(wù)器的效  率較高，在續(xù)租時也會容易些；客戶端接受到后，發(fā)送DHCP request的消息給服務(wù)器，表示可以使用  此IP地址；

 ④提供IP地址的服務(wù)器收到DHCPRequest消息后，將IP地址和對應(yīng)主機的物理地址臨時綁定；并且開始  租約計時；發(fā)生DHCP ACK確認消息；不是提供該IP地址的服務(wù)器收到DHCP Request，將該IP地址重新  放入地址池中，并給客戶端發(fā)送DHCP NAK消息，非確認消息；

 配置目的IP地址：

 手動解析：在地址欄中直接指定目標的IP地址，不過這種形式，要記住幾種常用的IP地址還行，若是         大量的IP地址，則明顯不適用；

 自動解析：

   DNS協(xié)議：使用域名的方式代替IP地址，解析域名獲得其IP地址并跳轉(zhuǎn)；在DNS服務(wù)器上保存在特定  的域名和IP地址的映射關(guān)系；可以完成地址解析的任務(wù)；

   正向解析協(xié)議：將域名解析成IP地址進行跳轉(zhuǎn)；

   反向解析協(xié)議：將IP地址解析成域名進行跳轉(zhuǎn)；

   DNS解析的結(jié)果會還存在本地服務(wù)器中，需要我們網(wǎng)卡配置中開啟才可使用；