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[计算机网络基础tcp / ip]

电脑杂谈　发布时间：2020-03-29 23:11:37　来源：网络整理

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OSI / RM（开放系统互连参考模型）: 在OSI出现之前，计算机网络中有许多体系结构，其中最著名的是IBM的SNA（系统网络体系结构）和DEC的DNA（数字网络体系结构）. 这些公司生产的大多数网络设备与通讯不兼容. 为了解决不同体系结构的网络通信，国际标准化组织（ISO）于1981年制定了开放系统互连参考模型OSI / RM.

OSI参考模型没有提供可以实现的方法，但是描述了一些概念以协调进程间通信标准的开发. 也就是说，OSI参考模型不是标准，而是用于标准制定的概念框架.

TCP / IP协议套件: TCP / IP的简称. 因为网络通信协议通常使用分层结构，所以当多层协议一起工作时，类似于计算机科学中的堆栈，它也被称为TCP / IP协议栈.

TCP / IP提供了一种点对点链接机制，该机制标准化了如何在目的地封装，寻址，传输，路由和接收数据. 它将软件通信过程抽象为四个抽象层，并采用协议栈来实现不同的通信协议. 协议族下的各种协议根据其不同的功能分为这四个层次结构，通常被认为是简化的七层OSI模型. 由于OSI模型的复杂性，它尚未得到广泛使用. 由于其开放性和易用性，TCP / IP模型已在实践中被广泛使用. TCP / IP也已成为Internet的主流协议.

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TCP / IP是网络通信协议的集合，包括许多协议. 它的名称来自两个主要协议，TCP（传输控制协议）和IP（互联网协议）. TCP / IP负责确保网络设备之间的通信. 这是一组规则，用于指定如何通过网络传输信息.

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TCP / IP的每一层都允许通过网络传输数据. 这些层使用PDU（协议数据单元）相互交换信息，以确保网络设备可以通信.

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此协议栈将数据向下传递并添加头和尾的过程称为封装. 数据封装并通过网络传输后，接收设备将删除添加的信息，并决定如何使用标头中的信息. 数据沿着协议栈上载到适当的应用程序. 此过程称为解封装. 不同设备的对等层依靠封装和解封装来实现相互通信.

为了更好地理解TCP / IP模型，将TCP / IP模型分为五个层次进行理解.

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物理层标准指定了物理介质以及用于将设备连接到物理介质的连接器.

如上图所示，局域网中常用的物理层标准包括以太网标准802.3，令牌总线标准802.4，令牌环网标准802.5和光缆标准FDDI（X3T9.5委员会）美国国家标准组织）. 光纤分布式数据接口）. 广域网中常用的物理层标准包括电子工业协会和电信工业协会EIA / TIA制定的公共物理层接口标准EIA / TIA-232（即RS-232）和串行接口标准国际电信联盟ITU开发的V.24. V.35，以及用于各种数字接口的物理和电气特性的标准G.703.

物理层介质和物理层设备:

同轴电缆:

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同轴电缆是一种早期的传输介质. 同轴电缆标准有两种类型，即10BASE2和10BASE5. 两种标准均支持10Mbps的传输速率，最长的传输距离分别为185米和500米. 仪表. 用于10BASE5和10BASE2同轴电缆的同轴电缆的直径分别为9.5mm和5mm，因此前者也称为粗电缆同轴电缆网卡，后者也称为细电缆. 通常，10BASE2同轴电缆使用BNC连接器，而10BASE5同轴电缆使用N型连接器. 目前，10Mbps的传输速率一直无法满足当前企业网络的需求，因此在当前企业网络中很少使用同轴电缆.

双绞线

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双绞线使用一对相互绝缘的金属线互相缠绕以抵抗某些外部电磁波干扰. 将两根绝缘的铜线以一定的密度缠绕在一起可以降低信号干扰的程度. 在传输过程中，每根导线辐射的波将被另一根导线的波抵消. 那是名字的来历.

双绞线的制造和部署成本低于同轴电缆，因此在企业网络中得到了广泛的应用. 双绞线可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）. 屏蔽双绞线在双绞线与外部绝缘护套之间具有金属屏蔽层，可以屏蔽电磁干扰.

双绞线有很多类型. 不同类型的双绞线电缆通常支持不同的传输速率. 例如，第3类双绞线支持10Mbps的传输速率. 5类双绞线支持100Mbps传输速率，符合快速以太网标准；超级5类双绞线和更高级别的双绞线支持千兆以太网传输.

双绞线的导线顺序:

568A线路顺序:

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1绿白，2绿，3橙白，4蓝，5蓝白，6橙，7棕白，8棕

568B行顺序:

1橙白，2橙，3绿白，4蓝，5蓝白，6绿，7棕白，8棕

根据连接到网络设备的网络电缆两端之间的差异，将网络电缆分为直线（平行线）和交叉线.

直线（平行线）是根据较早引入的568A标准或568B标准制作的（即双绞线两端的线序相同，不常用568A的线序，当前主流是568B行顺序）<

交叉线的一端保持原始的线序，另一端交换1和3以及2和5.

通过和交叉线的应用:

光纤

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双绞线和同轴电缆使用电信号传输数据，而光纤使用光信号传输数据. 光纤支持的传输速率包括10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps甚至更高. 根据不同的光纤传输光信号模式，可以将光纤分为单模光纤和多模光纤. 单模光纤只能以一种模式传输光，并且没有模间色散，因此适用于长距离高速传输. 多模光纤允许不同模式的光在一根光纤上传输. 由于较大的模间色散，信号脉冲被广泛展宽. 因此，多模光纤主要用于局域网中的短距离传输. 光纤连接器的类型很多. 常用的连接器包括ST，FC，SC，LC连接器.

串行电缆

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网络通信中经常使用各种串行电缆. 常用的串行电缆标准是RS-232，这也是推荐的标准. 但是，RS-232的传输速率有限，传输距离仅为6米. 其他串行电缆标准可以支持更长的传输距离，例如RS-422和RS-485传输距离可达1200米. RS-422和RS-485串行电缆通常使用V.35连接器. 该连接器在1980年代被淘汰，但仍在帧中继和ATM等传统网络上使用. V.24是RS-232标准的欧洲版本. RS-232本身未定义连接器标准. 常见的连接器类型为DB-9和DB-25. 现在，RS-232已被FireWire和USB等新标准逐渐取代. 新产品和新设备普遍采用了USB标准.

物理层设备: 中继器和集线器

一个简单的例子来说明:

A在河北石家庄，需要去法国巴黎. 假设A采取行动:

汽车: 出发地-石家庄火车站；

火车: 北京石家庄；

汽车: 北京火车站-北京机场；

飞机: 北京-法国巴黎；

汽车: 巴黎-目的地；

从此示例可以明显看出，A是数据，而这些运载工具就像数据链路层.

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数据链路层分为MAC子层和LLC子层

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MAC子层: 媒体访问控制子层. MAC子层负责指定如何通过物理线路传输数据以及如何与物理层向下通信. 它定义了物理寻址，网络拓扑，线路规格，错误通知以及诸如顺序传送和流控制之类的功能.

LLC子层: 逻辑链路控制子层. LLC子层负责标识协议类型并封装数据以通过网络传输. LLC子层主要执行数据链路层的大部分功能以及网络层的某些功能. 例如，帧的发送和接收功能，在发送时，帧由发送的数据加上地址和CRC校验组成. 接收时，打开框架，并执行地址识别和CRC检查. 它还具有帧顺序控制，错误控制和流. 控制等功能. 此外，它还执行一些网络层功能，例如数据报，虚拟电路和多路复用.

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数据链路层协议指定了数据链路层帧的封装方法.

局域网中常用的数据链路层协议是IEEE802.2 LLC标准.

WAN中常用的数据链路层协议是:

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网络设备的MAC地址是全局唯一的. MAC地址由48个二进制位组成，通常用十六进制数字表示. IEEE将前六个十六进制数字统一分配给设备制造商，最后六个数字由制造商分配.

功能: 在不同网络之间转发数据包并提供逻辑地址. 如果数据是通过网络传输的，则需要使用逻辑地址进行寻址.

路由: 将数据包从一个网络转发到另一个网络.

设备: 路由器，第3层交换机

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常见的网络层协议是:

网络层地址

网络地址在网络层唯一地标识网络设备.

网络地址包含两部分: 网络ID +主机ID（下一部分的主要内容）

主要功能:

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传输层协议主要包括TCP（传输控制协议）和用户数据报协议（UDP）

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TCP提供面向连接的可靠字节流服务. 面向连接的意思是，使用TCP协议作为传输层协议的两个应用程序必须先建立TCP连接，然后才能相互交换数据. TCP通过确认，验证和重组之类的机制为上层应用程序提供可靠的传输服务. 但是，建立TCP连接和机制（例如确认和验证）需要大量工作，并且会带来大量开销. 由于TCP是面向连接的，因此只能用于端到端通信.

UDP提供简单的，面向数据报的服务. UDP不保证可靠性，即不保证数据包可以到达目的地. UDP适用于更注重传输效率的应用程序，例如SNMP，Radius等. SNMP监视网络并间歇性发送消息（例如警报）. 如果发送少量信息并需要TCP连接，则无疑会降低传输效率. 更加关注传输效率的应用程序将选择UDP作为传输层协议. 此外，UDP还适用于具有其自身可靠性机制的应用程序层协议. 由于UDP不需要连接，因此可以进行广播传输.

应用层功能

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在TCP协议上运行的协议:

在UDP协议上运行的协议:

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其他:

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将TCP或UPD作为传输层，将IP作为网络层，将以太网作为链路层. 您可以看到TCP / IP中的数据包封装过程，如上图所示. 用户数据被应用程序层协议封装后，传递到传输层. 传输层封装TCP报头，并将其传递到网络层. 网络层封装了IP标头后，它将其传递到数据链路层. 数据链路层封装了以太网帧头，并将帧的末尾移交给物理层，然后以比特流的形式将数据发送到物理线.

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TCP协议概述:

TCP可靠性:

TCP标头格式

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TCP使用IP作为网络层协议，并且TCP数据段封装在IP数据包中. TCP数据段由TCP头和TCP数据组成. TCP的标头最多60个字节. 如果没有可选字段，则正常长度为20个字节. TCP头由上图中标识的一些字段组成. 这是一些常用字段.

TCP的三路握手（建立连接）和四波握手（断开连接）

TCP连接的建立是三向握手. 如图所示:

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这三个部分完成了TCP连接的建立.

TCP连接的建立是三向握手，而TCP连接的终止则需要四次握手.

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以上四个交互在两个方向上都关闭了连接.

TCP滑动窗口机制

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TCP滑动窗口技术通过动态更改窗口大小来调整两个主机之间的数据传输. 每个TCP / IP主机都支持全双工数据传输，因此TCP具有两个滑动窗口: 一个用于接收数据，另一个用于发送数据. TCP使用肯定确认，该确认指的是下一个预期的字节.

如图所示，以一个方向的数据传输为例，介绍如何实现滑动窗口的流量控制. 服务器将4个大小为1024字节的数据段发送给客户端. 发送方的窗口大小为4096，并且客户端使用ACK4097进行响应. 窗口大小调整为2048，表示客户端（即）缓冲区只能处理2048字节的数据段. 然后，发件人更改其发送速率. 发送和接收端可以接收的数据段大小为2048.

UDP协议概述

UDP标头格式

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