TCP/IP基础概念(一)

一 TCP/IP模型

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二 数据链路层

  数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:
  (1)点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。
  (2)广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式, 因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多,因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
  数据链路层的三个基本问题: 封装成帧、 透明传输和差错检测。
  点对点协议PPP;广播信道协议是 CSMA/CD,意思是载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)。

三 网络层

  作用:编址,路由;
  编址协议:IPV4IPV6IPXappletalknovellNSAP
  与 IP 协议配套使用的还有三个协议:地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)
  虚拟互连网络:全世界数以百计的网络进行互通有无,需要解决很多问题,毕竟使用的网络是不相同的。从一般的概念来讲, 将网络互相连接起来要使用一些中间设备。 根据中间设备所在的层次, 可以有以下四种不同的中间设备:
  (1) 物理层使用的中间设备叫做转发器(repeater)。
  (2) 数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器(bridge)。
  (3) 网络层使用的中间设备叫做路由器(router)。
  (4) 在网络层以上使用的中间设备叫做网关(gateway) 用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。
  当中间设备是转发器或网桥时,这仅仅是把一个网络扩大了,而从网络层的角度看,这仍然是一个网络,一般并不称之为网络互连。因此现在我们讨论网络互连时,都是指用路由器进行网络互连和路由选择。路由器其实就是一台专用计算机,用来在互联网中进行路由选择。许多计算机网络通过一些路由器进行互连。 由于参加互连的计算机网络都使用相同的网际协议 IP (Internet Protocol),因此可以把互连以后的计算机网络看成一个虚拟互连网络(internet) 所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络 , 它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的,但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。

四 IP地址

  从 IP 地址的结构来看, IP 地址并不仅仅指明一台主机, 而是还指明了主机所连接到的网络。
  IPV4编址:
  使用32bit 二进制组成:01010101 01010101 00101010 11110000
  点分十进制:0000 0000. 0000 0000.0000 0000.0000 0000
  根据用途和安全性级别的不同,IP地址还可以大致分为两类:公共地址和私有地址。公用地址在Internet中使用,可以在Internet中随意访问。私有地址只能在内部网络中使用,只有通过代理服务器才能与Internet通信。

1 A类IP地址

  0XXX XXXX,1-126,固定掩码为255.0.0.0,地址数量2^24。
  一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成,网络地址的最高位必须是“0”, 地址范围1.0.0.1-126.255.255.254(二进制表示为:00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111110 11111111 11111111 11111110)。可用的A类网络有126个,每个网络能容纳16777214个主机。
  A类地址的私有地址和保留地址:
  10.X.X.X是私有地址,范围:10.0.0.0-10.255.255.255127.X.X.X是保留地址,用做循环测试用的。

2 B类IP地址

  10XX XXXX, 128-191,固定掩码为255.255.0.0,地址数量2^16。
  一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“10”,地址范围128.0.0.1-191.255.255.254(二进制表示为:10000000 00000001 00000000 00000001 - 10111111 11111111 11111111 11111110)。可用的B类网络有16384个,每个网络能容纳65534主机 。
  B类地址的私有地址和保留地址:
  172.16.0.0 - 172.31.255.255是私有地址;169.254.0.0 - 169.254.255.255是保留地址,如果你的IP地址是自动获取IP地址,而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器,这时你将会从169.254.0.0到169.254.255.255中临得获得一个IP地址。

3 C类IP地址

  C类地址:110X XXXX, 192-223, 固定掩码为255.255.255.0 ,地址数量2^8。
  一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“110”。范围192.0.0.1-223.255.255.254(二进制表示为: 11000000 00000000 00000001 00000001 - 11011111 11111111 11111111 11111110)。C类网络可达2097150个,每个网络能容纳254个主机。
  C类地址中的私有地址:
  192.168.X.X是私有地址,范围:192.168.0.0 - 192.168.255.255

4 D类IP地址

  D类地址不分网络地址和主机地址,:1110 XXXX,224-239,无掩码,组播地址。
  D类IP地址第一个字节以“1110”开始,它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络,目前这一类地址被用在多点广播(Multicast)中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机,它标识共享同一协议的一组计算机。地址范围224.0.0.1-239.255.255.254

5 E类IP地址

  E类地址不分网络地址和主机地址:1111 0XXX,240-255,用于科研,为将来使用保留。E类地址保留,仅作实验和开发用。
  E类地址范围:240.0.0.1 - 247.255.255.254
  全零(“0.0.0.0”)地址指任意网络。全“1”的IP地址(“255.255.255.255”)是当前子网的广播地址。

6 特殊地址

  0.0.0.0:无效地址;
  127.0.0.0:本地换回地址 ,测试地址;

7 子网划分

  IP地址如果只使用ABCDE类来划分,会造成大量的浪费:一个有500台主机的网络,无法使用C类地址。但如果使用一个B类地址,6万多个主机地址只有500个被使用,造成IP地址的大量浪费。因此,IP地址还支持VLSM技术,可以在ABC类网络的基础上,进一步划分子网。

8 虚拟IP

  实体的 IP 已经有点不足了,好在早在规划 IP 时就已经预留了三个网段的 IP 做为内部网域的虚拟 IP 之用。这三个预留的 IP 分别为:
  A级:10.0.0.0 - 10.255.255.255
  B级:172.16.0.0 - 172.31.255.255
  C级:192.168.0.0 - 192.168.255.255
  上述中最常用的是192.168.0.0这一组。不过,由于是虚拟 IP ,所以当您使用这些地址的时候﹐当然是有所限制的,限制如下:
  私有位址的路由信息不能对外散播
  使用私有位址作为来源或目的地址的封包﹐不能透过Internet来转送
  关于私有位址的参考纪录(如DNS)﹐只能限于内部网络使用
  由于虚拟 IP 的计算机并不能直接连上 Internet ,因此需要特别的功能才能上网。不过,这给我们架设IP网络做成很大的方便﹐比如﹕即使您目前的公司还没有连上Internet﹐但不保证将来不会啊。如果使用公共IP的话﹐如果没经过注册﹐等到以后真正要连上网络的时候﹐就很可能和别人冲突了。也正如前面所分析的﹐到时候再重新规划IP的话﹐将是件非常头痛的问题。这时候﹐我们可以先利用私有位址来架设网络﹐等到真要连上internet的时候﹐我们可以使用IP转换协定﹐如 NAT (Network Addresss Translation)等技术﹐配合新注册的IP就可以了。

9 静态IP与动态IP

  基本上,这两个东西是由于近来网络公司大量的成长下的产物,例如,你如果向中国电信申请一个商业型态的 ADSL 专线,那他会给你一个固定的实体 IP ,这个实体 IP 就被称为『固定 IP 』了。而若你是申请计时制的 ADSL ,那由于你的 IP 可能是由数十人共同使用,因此你每次重新开机上网时,你这部计算机的 IP 都不会是固定的!于是就被称为『动态 IP』或者是『浮动式IP』。基本上,这两个都是『实体IP』,只是网络公司用来分配给用户的方法不同而产生不同的名称而已!

五 单播、组播、广播和任播

1 单播(unicast)

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  是指封包在计算机网络的传输中,目的地址为单一目标的一种传输方式。它是现今网络应用最为广泛,通常所使用的网络协议或服务大多采用单播传输,例如一切基于TCP的协议。
  此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行。在收发电子邮件、浏览网页时,必须与邮件服务器、Web服务器建立连接,此时使用的就是单播数据传输方式。但是通常使用“点对点通信”(Point to Point)代替“单播”,因为“单播”一般与“多播”和“广播”相对应使用。
  单播的优点:(1)服务器及时响应客户机的请求;(2)服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据,容易实现个性化服务。
  单播的缺点:(1)服务器针对每个客户机发送数据流,服务器流量=客户机数量×客户机流量;在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。(2)现有的网络带宽是金字塔结构,城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5%。如果全部使用单播协议,将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞。而将主干扩展20倍几乎是不可能。

2 组播(multicast)

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  也叫多播,多点广播或群播,这个词通常用来指代IP组播。指把信息同时传递给一组目的地址。它使用策略是最高效的,因为消息在每条网络链路上只需传递一次,而且只有在链路分叉的时候,消息才会被复制。此外,它还常用来与RTP等音视频协议相结合。 在网络技术的应用并不是很多,网上视频会议、网上视频点播特别适合采用多播方式。IP网络的多播一般通过多播IP地址来实现。多播IP地址就是D类IP地址,即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址。Windows 2000中的DHCP管理器支持多播IP地址的自动分配。
  主机之间一对一组的通讯模式,也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据,网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组,网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据,即只将组内数据传输给那些加入组的主机。这样既能一次将数据传输给多个有需要(加入组)的主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的其他通讯。
  组播的优点:(1)需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流,节省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。(2)由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发,所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个组播,所以其提供的服务可以非常丰富。(3)此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。
  组播的缺点:(1)与单播协议相比没有纠错机制,发生丢包错包后难以弥补,但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。(2)现行网络虽然都支持组播的传输,但在客户认证、QOS等方面还需要完善,这些缺点在理论上都有成熟的解决方案,只是需要逐步推广应用到现存网络当中。

3 广播(broadcast)

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  是指封包在计算机网络中传输时,目的地址为网络中所有设备的一种传输方式。实际上,这里所说的“所有设备”也是限定在一个范围之中,称为“广播域”。
  “广播”在网络中的应用较多,如客户机通过DHCP自动获得IP地址的过程就是通过广播来实现的。但是同单播和多播相比,广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。拿开会打一个比方吧,在会场上只能有一个人发言,想象一下如果所有的人同时都用麦克风发言,那会场上就会乱成一锅粥。集线器由于其工作原理决定了不可能过滤广播风暴,一般的交换机也没有这一功能,不过现在有的网络交换机(如全向的QS系列交换机)也有过滤广播风暴功能了,路由器本身就有隔离广播风暴的作用。广播风暴不能完全杜绝,但是只能在同一子网内传播,就好像喇叭的声音只能在同一会场内传播一样,因此在由几百台甚至上千台电脑构成的大中型局域网中,一般进行子网划分,就像将一个大厅用墙壁隔离成许多小厅一样,以达到隔离广播风暴的目的。在IP网络中,广播地址用IP地址“255.255.255.255”来表示,这个IP地址代表同一子网内所有的IP地址。
  并非所有的计算机网络都支持广播,例如X.25网络和帧中继都不支持广播,而且也没有在“整个互联网范围中”的广播。IPv6亦不支持广播,广播相应的功能由任播(anycast)代替。通常,广播都是限制在局域网中的,比如以太网或令牌环网络。因为广播在局域网中造成的影响远比在广域网中小得多。
  以太网和IPv4网都用全1的地址表示广播,分别是ff:ff:ff:ff:ff:ff和255.255.255.255。 令牌环网络使用IEEE 802.2控制域中的一个特殊值来表示广播。
  你在公司大喊一声“放假了”, 全部同事都会响应,大叫爽死了。
  有线电视网就是典型的广播型网络,我们的电视机实际上是接受到所有频道的信号,但只将一个频道的信号还原成画面。在数据网络中也允许广播的存在,但其被限制在二层交换机的局域网范围内,禁止广播数据穿过路由器,防止广播数据影响大面积的主机。
  广播的优点:(1)网络设备简单,维护简单,布网成本低廉。(2)由于服务器不用向每个客户机单独发送数据,所以服务器流量负载极低。
  广播的缺点:(1)无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。(2)网络允许服务器提供数据的带宽有限,客户端的最大带宽=服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道(如果采用数字压缩技术,理论上可以提供500个频道),即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干,也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。(3)广播禁止允许在Internet宽带网上传输。

4 任播(anycast)

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  是一种网络寻址和路由的策略,使得资料可以根据路由拓朴来决定送到“最近”或“最好”的目的地。在任播中,在网络位址和网络节点之间存在一对多的关系:每一个位址对应一群接收节点,但在任何给定时间,只有其中之一可以接收到传送端来的资讯。 在互联网中,通常使用边界网关协议来实现任播。
  作为老板,你在公司大喊一声“开发组的过来一个人”, 总会有一个人灰溜溜去响应, 挨批还是发钱啊?
  以上内容转自这里

六 传输层

1 ICMP协议

七 应用层

1 端口

  Port:范围1-65535;静态端口号:1-1023;动态端口号:1024-65535;
  DNS:53;HTTP:80;HTTPS:443。

八 计算机网络的性能

  mtu:是网络传输最大报文包;
  mss:是网络传输数据最大值;
  mss加包头数据就等于mtu. 简单说拿TCP包做例子。 报文传输1400字节的数据的话,那么mss就是1400,再加上20字节IP包头,20字节tcp包头,那么mtu就是1400+20+20。当然传输的时候其他的协议还要加些包头在前面,总之mtu就是总的最后发出去的报文大小。mss就是你需要发出去的数据大小。

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