企業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實施 課件 第1章 網(wǎng)絡(luò)通信模型

第1章網(wǎng)絡(luò)通信模型1.1網(wǎng)絡(luò)參考模型1.2數(shù)據(jù)封裝與傳輸1.3數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.4IP地址與子網(wǎng)掩碼本章小結(jié)

1.1網(wǎng)絡(luò)參考模型

1.1.1OSI參考模型OSI參考模型是一個開放式體系結(jié)構(gòu)，它規(guī)定將網(wǎng)絡(luò)分為七層，從下往上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，如圖1.1所示。

圖1.1OSI七層模型

OSI各層的功能如表1-1所示。

1.物理層

物理層的主要功能是完成相鄰節(jié)點之間原始比特流的傳輸。

物理層協(xié)議關(guān)心的是：使用什么樣的物理信號來表示數(shù)據(jù)1和0；數(shù)據(jù)傳輸是否可同時在兩個方向上進行；連接如何建立以及完成通信后連接如何終止；物理接口(插頭和插座)有多少針以及各針的用處；等等。

2.數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將上層數(shù)據(jù)封裝成固定格式的幀，在數(shù)據(jù)幀內(nèi)封裝發(fā)送和接收端的數(shù)據(jù)鏈路層地址(例如在以太網(wǎng)中為MAC地址)。為了防止在數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生誤碼，要在幀尾部加上校驗信息。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，則可以重傳數(shù)據(jù)幀。

3.?網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)從源端到目的端的傳輸。在網(wǎng)絡(luò)層，使用邏輯地址來標(biāo)識一個點，將上層數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包的頭部封裝源和目的端的邏輯地址。網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)數(shù)據(jù)包頭部的邏輯地址選擇最佳的路徑，將數(shù)據(jù)送達目的端。

4.?傳輸層

傳輸層的主要功能是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中不同主機上用戶進程之間的數(shù)據(jù)通信。

網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)送達目的端的主機，傳輸層用于確定這個數(shù)據(jù)需要什么用戶進程去處理。

5.?會話層

會話層的功能是在不同機器上的用戶之間建立會話關(guān)系。

會話層提供的服務(wù)之一是管理對話控制。會話層允許信息同時雙向傳輸，或任意一個時刻只能單向傳輸。

6.?表示層

表示層用于完成某些特定功能，如數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)壓縮和解壓、數(shù)據(jù)加密和解密等。

7.?應(yīng)用層

應(yīng)用層包含人們普遍需要的協(xié)議，提供應(yīng)用程序間的通信。

1.1.2TCP/IP協(xié)議族

TCP/IP是傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)的簡稱。TCP/IP是一系列協(xié)議的集合，所以嚴(yán)格的稱呼應(yīng)該是TCP/IP協(xié)議族。

如圖1.2所示。

圖1.2OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議族

TCP/IP五層模型應(yīng)用得更廣泛，該模型的一些常見協(xié)議如圖1.3所示。圖1.3TCP/IP五層模型的常見協(xié)議

需要注意的是，在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，TCP/IP并沒有定義任何特定的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)可以是局域網(wǎng)、城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議又由四個支撐協(xié)議組成：ARP(地址解析協(xié)議)、RARP(逆地址解析協(xié)議)、ICMP(互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議)和IGMP(互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議)。

1.2數(shù)據(jù)封裝與傳輸

1.2.1數(shù)據(jù)封裝與解封裝為了能夠明確地說明數(shù)據(jù)封裝與解封裝過程，我們以兩臺主機的通信為例進行講解，如圖1.4所示。

圖1.4數(shù)據(jù)封裝與解封裝

協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ProtocolDataUnit，PDU)是指同層之間傳遞的數(shù)據(jù)單位。對于OSI參考模型而言，每一層都是通過PDU來進行通信的。而對于TCP/IP?五層結(jié)構(gòu)，上層數(shù)據(jù)被封裝TCP頭部后，這個單元稱為段(Segment)；數(shù)據(jù)段向下傳到網(wǎng)絡(luò)層，被封裝IP頭部后，這個單元稱為包(Packet)；數(shù)據(jù)包繼續(xù)向下傳送到數(shù)據(jù)鏈路層，被封裝MAC頭部和尾部后，這個單元稱為幀(Frame)；最后幀傳送到物理層，數(shù)據(jù)幀變成比特(Bit)流。

1.?數(shù)據(jù)封裝過程

1)?應(yīng)用層

2)?傳輸層

3)?網(wǎng)絡(luò)層

4)?數(shù)據(jù)鏈路層

5)?物理層

2.?數(shù)據(jù)解封裝過程

數(shù)據(jù)解封裝是封裝過程的逆過程。

1)?物理層

2)?數(shù)據(jù)鏈路層

3)?網(wǎng)絡(luò)層

4)?傳輸層

5)?應(yīng)用層

3.?數(shù)據(jù)封裝實戰(zhàn)

使用科來網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)抓包，可以查看各層的封裝，如圖1.5所示。

圖1.5查看各層的封裝

1.2.2網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸過程

需要注意的是，發(fā)送方與接收方各層之間必須采用相同的協(xié)議才能建立連接，實現(xiàn)正常的通信，如圖1.6所示。例如，應(yīng)用層之間必須采用相同的編碼、解碼規(guī)則，才能保證信息傳輸?shù)恼_性。

圖1.6對等層通信

在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，發(fā)送方和接收方之間有可能相隔十萬八千里，它們中間會有很多硬件設(shè)備來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。我們可以通過一種簡化的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)來說明整個過程，如圖1.7所示。

圖1.7網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸過程

1.3數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1.3.1數(shù)制1.?基本概念數(shù)制：計數(shù)的方法，是指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法，如在計數(shù)過程中采用進位的方法稱為進位計數(shù)制。數(shù)位：指數(shù)字符號在一個數(shù)中所處的位置?；鶖?shù)：指在某種進位計數(shù)制中數(shù)位上所能使用的數(shù)字符號的個數(shù)。位權(quán)：指在某種進位計數(shù)制中數(shù)位所代表的大小，即處在某一位上的1所表示的數(shù)值的大小。

2.?數(shù)制的表示方法

對不同的數(shù)制，可以給數(shù)字加上括號并使用下標(biāo)來表示該數(shù)字的數(shù)制(十進制可以不用下標(biāo))。

例如，(1110)2、113、(2A1E)16分別代表不同數(shù)制的數(shù)。

除了用下標(biāo)表示外，還可以用后綴字母來表示數(shù)制。

(1)?十進制數(shù)(DecimalNumber)用后綴D表示或無后綴。

(2)?二進制數(shù)(BinaryNumber)用后綴B表示。

(3)?十六進制數(shù)(HexadecimalNumber)用后綴H表示。

例如，2A1EH等同于(2A1E)16。

3.?常用的數(shù)制

計算機中常用的數(shù)制有十進制、二進制和十六進制。

1)?十進制(Decimal)

(1)?基數(shù)是10，數(shù)值部分用十個不同的數(shù)字符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9來表示。

(2)?逢十進一。

2)?二進制(Binary)

(1)?基數(shù)為2，數(shù)值部分用兩個不同的數(shù)字符號0、1來表示。

(2)?逢二進一。

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，例如：

3)?十六進制(Hexadecimal)

(1)?基數(shù)是16，它有16個數(shù)字符號0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中A～F分別代表十進制數(shù)的10～15。

(2)?逢十六進一。

計算機中網(wǎng)卡的物理地址通常是用十六進制表示的，如圖1.8所示。

十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，例如：

圖1.8網(wǎng)卡的物理地址

1.3.2數(shù)制轉(zhuǎn)換

1.二、十進制的轉(zhuǎn)換

1.3.1節(jié)已經(jīng)介紹了二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的內(nèi)容，那么如何將一個十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)呢？可以使用余數(shù)法：將要轉(zhuǎn)換的十進制整數(shù)除以2，取余數(shù)；再用商除以2，再取余數(shù)，直到商等于0為止；將每次得到的余數(shù)按照倒序的方法排列起來作為結(jié)果。

例如：

把余數(shù)倒排可得到123的二進制數(shù)為1111011B。

2.?十、十六進制的轉(zhuǎn)換

十六進制向十進制轉(zhuǎn)換，按權(quán)展開即可。

從十進制向十六進制轉(zhuǎn)換，也可以采用余數(shù)法。例如：

也就是123＝7BH。

3.二、十六進制的轉(zhuǎn)換

從左向右把二進制數(shù)中每四個分成一組，然后把每一組二進制數(shù)對應(yīng)的十六進制數(shù)寫出來，就得到對應(yīng)的十六進制數(shù)。例如：

01111011B＝01111011B＝7BH

不同數(shù)制之間的對應(yīng)關(guān)系如表1-2所示。

1.4IP地址與子網(wǎng)掩碼

1.4.1IP地址的分類互聯(lián)網(wǎng)上連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和計算機都用唯一的地址來標(biāo)識，即IP地址。IP地址由32位二進制數(shù)組成，通常分成四段，每段八位，中間用圓點隔開，然后將每八位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，這種形式叫作點分十進制，如200.10.2.3。

IP地址由兩部分組成，網(wǎng)絡(luò)部分(netID)和主機部分(hostID)。網(wǎng)絡(luò)部分用于標(biāo)識不同的網(wǎng)絡(luò)，主機部分用于標(biāo)識在一個網(wǎng)絡(luò)中特定的主機。

IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分由IANA(Internet?Assigned?Numbers?Authority，互聯(lián)網(wǎng)地址分配機構(gòu))來統(tǒng)一分配，為了便于分配和管理，IANA將IP地址分為A、B、C、D、E五類，如圖1.9所示。

圖1.9IP地址分類

在IP地址中，還有一些特殊的規(guī)定，如表1-3所示。

另外，為了滿足用戶在私有網(wǎng)絡(luò)使用的需求，從A、B、C這三類地址中分別劃出一部分地址供企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)使用。這部分地址稱為私有地址，私有地址是不能在Internet上使用的。私有地址包括以下三組。

(1)?A類：10.0.0.0～10.255.255.255

(2)?B類：172.16.0.0～172.31.255.255

(3)?C類：192.168.0.0～192.168.255.255

1.4.2子網(wǎng)掩碼

在網(wǎng)絡(luò)中，不同主機之間通信可以在同一個網(wǎng)段中，也可以在不同網(wǎng)段中。

如果是同一網(wǎng)段內(nèi)兩臺主機通信，則主機將數(shù)據(jù)直接發(fā)送給另一臺主機；如果不在同一網(wǎng)段，則主機需要先將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)進行轉(zhuǎn)發(fā)，如圖1.10所示。圖1.10是否同一網(wǎng)段

為了區(qū)分這兩種情況，進行通信的計算機需要做出判斷，如圖1.11所示。圖1.11網(wǎng)絡(luò)地址是否相同

對A、B、C這三類地址，它們都有默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼。

(1)?A類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.0.0.0。

(2)?B類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0。

(3)?C類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0。

在計算機中查看IP地址與子網(wǎng)掩碼，如選中無線網(wǎng)絡(luò)連接，點擊詳細(xì)信息按鈕，可以看到IP地址為192.168.22.102，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，是一個C類地址，同時也是私有地址，如圖1.12、圖1.13和圖1.14所示。

圖1.12查看IP地址與子網(wǎng)掩碼(1)

圖1.13查看IP地址與子網(wǎng)掩碼(2)

圖1.14查看IP地址與子網(wǎng)掩碼(3)

本章小結(jié)

(1)?OSI參考模型的七個層從下往上依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。(2)?TCP/IP五層模型從下往上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層