共享式以太網(wǎng)（即用HUB連接的局域網(wǎng)）采用帶沖突檢測的載波幀聽多路訪問（CSMA/CD）機(jī)制。
以太網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)都可以看到在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的所有信息，因此，我們說以太網(wǎng)是一種廣播網(wǎng)絡(luò)。
在新近的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)一般采用物理上是星型結(jié)構(gòu)，邏輯上是總線結(jié)構(gòu)。
以太網(wǎng)幀格式
以太網(wǎng)出現(xiàn)兩種MAC幀結(jié)構(gòu)：
一種是以太網(wǎng)DIX V2標(biāo)準(zhǔn)定義的幀結(jié)構(gòu)；
一種是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的MAC幀結(jié)構(gòu)。
DIX V2 標(biāo)準(zhǔn)與 IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，通?？梢詫?802.3 局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。
DIX Ethernet V2幀格式
引導(dǎo)碼為 1 和 0 交替的64比特，其最后兩位是 “11”，可以通知目標(biāo)站作好接收準(zhǔn)備。
類型字段說( 正如端口號 )用于指定接收數(shù)據(jù)的高層協(xié)議。
數(shù)據(jù)字段 至少 46 字節(jié)，但不超過 1500 字節(jié)。
如果數(shù)據(jù)大于 1500 字節(jié), 該幀有錯(cuò)，被視為超長幀 ( Jabber)。
如果數(shù)據(jù)小于 46 字節(jié)，則必須加填充字節(jié)( pad )，或被視為超短幀 (runt )。
FSC是指幀校驗(yàn)序列。
802.3 幀格式
IEEE 802.3幀的前導(dǎo)碼占用7個(gè)字節(jié)，緊隨其后的是長度為1個(gè)字節(jié)的幀首定界符，表示一幀實(shí)際開始。
源地址，目的地址，F(xiàn)CS字段與 Ethernet 的定義相同。
類型字段則由長度字段替代，在該字段后是數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。
需要額外的字段來規(guī)定上一層的協(xié)議。此字段定義為目的地服務(wù)訪問點(diǎn) (DSAP)、 源服務(wù)訪問點(diǎn) (SSAP)。
控制字段 (CTRL) 對LAN 并不附任何功能。
以太網(wǎng)分類
IEEE802.3規(guī)定了包括物理層的連線、電信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容，以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。
以太網(wǎng)包括：
標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（10Mbit/s)
快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）
千兆以太網(wǎng)（1000Mbit/s）
10G（10Gbit/s）以太網(wǎng)
標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)
快速、可靠、低廉、易于安裝維護(hù)
使用粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖等多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接
傳輸速率是10Mbps，不同傳輸介質(zhì)支持的最大網(wǎng)段長度不一樣
快速以太網(wǎng)
快速、可靠、低廉、易于安裝維護(hù)
支持3、4、5類雙絞線以及光纖的連接，支持全/半雙工工作方式
傳輸速率是100Mpbs，在使用單模光纖為傳輸介質(zhì)時(shí)，最大通信距離能達(dá)到3000米
千兆以太網(wǎng)
快速、可靠、低廉、易于安裝維護(hù)
采用了與10M以太網(wǎng)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)
千兆以太網(wǎng)技術(shù)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纖和短程銅線連接方案的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3ab制定了五類雙絞線上較長距離連接方案的標(biāo)準(zhǔn)。
傳輸速率是1000Mpbs
萬兆以太網(wǎng)
以全雙工方式連接到網(wǎng)絡(luò)交換器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并不支持半雙工模式與CSMA/CD
只能在光纖上傳輸，傳輸速率是10GMbps
二、常用網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備
互聯(lián)網(wǎng)（Internet）概述
隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，大量的微型計(jì)算機(jī)是通過局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)，而局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連是通過路由器實(shí)現(xiàn)的；
在Internet中，用戶計(jì)算機(jī)需要通過校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或ISP聯(lián)入地區(qū)主干網(wǎng)，地區(qū)主干網(wǎng)通過國家主干網(wǎng)聯(lián)入國家間的高速主干網(wǎng)，這樣就形成一種由路由器互聯(lián)的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
交換機(jī)
交換機(jī)(英文：Switch，意為“開關(guān)”)是一種用于電（光）信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它工作在數(shù)據(jù)鏈路層，可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號通路。
交換機(jī)在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨(dú)立的物理網(wǎng)段（注：非IP網(wǎng)段），連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用
交換機(jī)的三個(gè)主要功能：
學(xué)習(xí)：以太網(wǎng)交換機(jī)了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。
轉(zhuǎn)發(fā)/過濾：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時(shí)，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口）。
消除回路：當(dāng)交換機(jī)包括一個(gè)冗余回路時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時(shí)允許存在后備路徑。
集線器（HUB）
集線器，英文稱為“Hub”。
HUB是一個(gè)多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，當(dāng)以HUB為中心設(shè)備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中某條線路產(chǎn)生了故障，并不影響其它線路的工作。所以HUB在局域網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
集線器的主要功能是對接收到的信號進(jìn)行再生整形放大，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時(shí)把所有節(jié)點(diǎn)集中在以它為中心的節(jié)點(diǎn)上。
Hub屬于純硬件網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備，基本上不具有類似于交換機(jī)的"智能記憶"能力和"學(xué)習(xí)"能力。它也不具備交換機(jī)所具有的MAC地址表，所以它發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)都是沒有針對性的，而是采用廣播方式發(fā)送。
中繼器（Repeater）
中繼器（Repeater）工作于OSI的物理層，是局域網(wǎng)上所有節(jié)點(diǎn)的中心，它的作用是放大信號，補(bǔ)償信號衰減，支持遠(yuǎn)距離的通信。
實(shí)際上，通過中繼器連接起來的網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于同一條電線組成的更大的網(wǎng)絡(luò)。
中繼器也能把不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)連在一起，多用在數(shù)據(jù)鏈路層以上相同的局域網(wǎng)的互連中。
路由器（Router）
路由器（Router），是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的重要設(shè)備之一，工作在網(wǎng)絡(luò)層，路由器最基本的功能是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。
在同個(gè)路由器實(shí)現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，路由器要對數(shù)據(jù)包進(jìn)行檢測，判斷其中所含的目的地址，若數(shù)據(jù)包不是發(fā)向本地網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)，路由器就要轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，并決定轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)目的地址（可能是路由器，也可能是最終目的節(jié)點(diǎn)）以及從哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。
路由器的功能：
隔絕廣播，劃分廣播域
通過路由選擇算法決定最優(yōu)路徑
轉(zhuǎn)發(fā)基于三層目的地址的數(shù)據(jù)包
典型IP城域網(wǎng)拓?fù)?/p>
寬帶接入服務(wù)器（BAS）
BAS 全稱：Broadband Access Server/ Broadband Remote Access Server)
BAS是一種設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)匯聚層的用戶接入服務(wù)設(shè)備，可以智能化地實(shí)現(xiàn)用戶的匯聚、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等服務(wù)
BAS還可以根據(jù)用戶的需要，方便地提供多種IP增值業(yè)
BRAS
數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器（DSLAM）
DSLAM是Digital Subscriber Line Access Multiplexer的簡稱，即數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器。
DSLAM是各種DSL系統(tǒng)的局端設(shè)備，屬于最后一公里接入設(shè)備（the last mile）
其功能是接納所有的DSL線路，匯聚流量，相當(dāng)于一個(gè)二層交換機(jī)。
光通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
光線路終端（OLT）
OLT: optical line terminal(光線路終端），用于連接光纖干線的終端設(shè)備
向ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元）以廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)；
發(fā)起并控制測距過程，并記錄測距信息；
OLT除了提供業(yè)務(wù)匯聚的功能外，還是集中網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)。
在OLT上可以實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備的網(wǎng)元管理和基于業(yè)務(wù)的安全管理和配置管理。
不僅可以監(jiān)測、管理設(shè)備及端口，還可以進(jìn)行業(yè)務(wù)開通和用戶狀態(tài)監(jiān)測，而且還能夠針對不同用戶的QoS/SLA要求進(jìn)行帶寬分配。
光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）
ONU (Optical Network Unit) 光網(wǎng)絡(luò)單元，ONU分為有源光網(wǎng)絡(luò)單元和無源光網(wǎng)元單元
選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)；
響應(yīng)OLT發(fā)出的測距及功率控制命令；并作相應(yīng)的調(diào)整；
對用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送；
家庭網(wǎng)關(guān)（HomeGate）
一個(gè)在家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化信息設(shè)備與智能寬帶接入網(wǎng)之間的智能化網(wǎng)關(guān)，將家庭外部的接入網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。
作為所有外部接入網(wǎng)連接到家庭內(nèi)部，同時(shí)將家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到外部的一種物理接口；
使住宅用戶可以獲得各種家庭服務(wù)（包括現(xiàn)有的服務(wù)和未來可能出現(xiàn)的服務(wù)）的平臺(tái)。
三、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
接入網(wǎng)技術(shù) － ADSL
ADSL屬于DSL技術(shù)的一種，全稱Asymmetric Digital Subscriber Line（ 非對稱數(shù)字用戶線路），亦可稱作非對稱數(shù)字用戶環(huán)路,提供的上行和下行帶寬不對稱.
ADSL技術(shù)采用頻分復(fù)用技術(shù)把普通的電話線分成了電話、上行和下行三個(gè)相對獨(dú)立的信道，從而避免了相互之間的干擾。用戶可以邊打電話邊上網(wǎng)，不用擔(dān)心上網(wǎng)速率和通話質(zhì)量下降的情況。
接入網(wǎng)技術(shù) －無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）
Passive Optical Network無源光網(wǎng)絡(luò)。目前PON是實(shí)現(xiàn)FTTB/FTTH的主要技術(shù)。
PON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)。PON系統(tǒng)由局端的光線路終端（OLT）、光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）和用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成，為單纖雙向系統(tǒng)。在下行方向（OLT到ONU），OLT發(fā)送的信號通過ODN到達(dá)各個(gè)ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU發(fā)送的信號只會(huì)到達(dá)OLT，而不會(huì)到達(dá)其他ONU。為了避免數(shù)據(jù)沖突并提高網(wǎng)絡(luò)效率，上行方向采用TDMA多址接入方式，并對各ONU的數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)行管理。ODN在OLT和ONU間提供光通道。
接入網(wǎng)技術(shù) － EPON/GPON
Ethernet Passive Optical Network，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)，EPON是基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入系統(tǒng)，它利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的接入。它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。EPON不僅能綜合現(xiàn)有的有線電視、數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)，還能兼容未來業(yè)務(wù)如數(shù)字電視、VoIP、電視會(huì)議和VOD等，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)接入。
GPON(Gigabit-Capable PON) 技術(shù)是基于ITU-TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無源光綜合接入標(biāo)準(zhǔn)，具有高帶寬，高效率，大覆蓋范圍，用戶接口豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)，被大多數(shù)運(yùn)營商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化，綜合化改造的理想技術(shù)。
虛擬局域網(wǎng)（VLAN）
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)可以被劃分為多個(gè)不同的廣播域，一個(gè)廣播域?qū)?yīng)了一個(gè)特定的用戶組，默認(rèn)情況下這些不同的廣播域是相互隔離的。不同的廣播域之間想要通信，需要通過一個(gè)或多個(gè)路由器。這樣的一個(gè)廣播域就稱為VLAN。
虛擬局域網(wǎng)（VLAN）中設(shè)備和用戶并不受物理位置的限制，可以根據(jù)功能、部門及應(yīng)用等因素將它們組織起來，相互之間的通信就好像它們在同一個(gè)網(wǎng)段中一樣
與傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術(shù)相比較，VLAN技術(shù)更加靈活，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的移動(dòng)、添加和修改的管理開銷減少；可以控制廣播活動(dòng)；可提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。
四、IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概述
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中為進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而建立的一系列規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Protocol）。
網(wǎng)絡(luò)層次的概念
不同系統(tǒng)中的實(shí)體的通信任務(wù)十分復(fù)雜，相互間不可能作為一個(gè)整體來處理，否則任何一方的改變，就要修改整個(gè)軟件包。
層次結(jié)構(gòu)使用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，即把協(xié)議按功能分為若干層次，每層完成一定的功能（同層協(xié)議），并對其上層提供支持（接口）。
由于通信功能是分層實(shí)現(xiàn)的，因而進(jìn)行通信的兩個(gè)系統(tǒng)就必須具有相同的層次結(jié)構(gòu)，兩個(gè)不同系統(tǒng)上的相同層稱為同等層或?qū)Φ葘印?/p>
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用層次化結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性
各層之間相互獨(dú)立。
靈活性好。
易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。
有利于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化。
OSI參考模型
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO，international standards organization）和一些科研機(jī)構(gòu)、大的網(wǎng)絡(luò)公司做了大量的工作，在1983年提出了開放式系統(tǒng)互連參考模型（ISO/OSI RM，international standards organization/open system interconnect reference model）。
OSI參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的功能劃分為7個(gè)層次，由底層到高層分別是物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。
每層完成一定的功能，都直接為其上層提供服務(wù)，并且所有層次都互相支持。
第4層到第7層主要負(fù)責(zé)互操作性，而1～3層則用于創(chuàng)造兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的物理連接。
OSI七層參考模型層次劃分
物理層:規(guī)定了通信連接端口與傳輸媒體的物理和電氣特性，比特?cái)?shù)據(jù)的同步和傳輸方式。
數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)建立和管理節(jié)點(diǎn)間的鏈路，通過各種控制協(xié)議，將有差錯(cuò)的物理信道變?yōu)闊o差錯(cuò)的、能可靠傳輸數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)鏈路。。
網(wǎng)絡(luò)層：控制數(shù)據(jù)鏈路層與傳輸層之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)，建立、維持和終止網(wǎng)絡(luò)的連接。
傳輸層：向用戶提供可靠的端到端的差錯(cuò)和流量控制，保證報(bào)文的正確傳輸。
會(huì)話層：負(fù)責(zé)建立、管理和終止表示層實(shí)體之間的通信會(huì)話。該層的通信由不同設(shè)備中的應(yīng)用程序之間的服務(wù)請求和響應(yīng)組成。
表示層：提供各種用于應(yīng)用層數(shù)據(jù)的編碼和轉(zhuǎn)換功能，確保一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層發(fā)送的數(shù)據(jù)能被另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層識(shí)別。
應(yīng)用層：OSI參考模型中最靠近用戶的一層，為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從邏輯上可以劃分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)。
從功能的角度看，OSI參考模型的下四層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層）主要提供電信傳輸功能，以節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)之間的通信為主；
上三層（會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層）則以提供使用者與應(yīng)用程序之間的處理功能為主。
即下四層屬于通信功能（通信子網(wǎng)），上三層屬于處理功能（資源子網(wǎng)）。
TCP/IP協(xié)議
TCP/IP協(xié)議是目前最流行的商業(yè)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，盡管它不是某一標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的正式標(biāo)準(zhǔn)，但它已經(jīng)被公認(rèn)為目前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或“事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)”。因特網(wǎng)之所以能迅速發(fā)展，就是因?yàn)門CP/IP協(xié)議能夠適應(yīng)和滿足世界范圍內(nèi)數(shù)據(jù)通信的需要。
TCP/IP協(xié)議具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
（1）開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。
（2）獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，以及互聯(lián)網(wǎng)中。
（3）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都有惟一的地址。
（4）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。
TCP/IP參考模型
與ISO/OSI參考模型不同，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)劃分為應(yīng)用層、傳輸層、互聯(lián)層、和網(wǎng)絡(luò)接口層4層。
TCP/IP的分層體系結(jié)構(gòu)與ISO/OSI參考模型有一定的對應(yīng)關(guān)系
TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中各層的功能
網(wǎng)絡(luò)接口層：網(wǎng)絡(luò)接入層與OSI參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相對應(yīng)。它負(fù)責(zé)監(jiān)視數(shù)據(jù)在主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間的交換。事實(shí)上，TCP/IP本身并未定義該層的協(xié)議，而由參與互連的各網(wǎng)絡(luò)使用自己的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，然后與TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接入層進(jìn)行連接。地址解析協(xié)議（ARP）工作在此層，即OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層。
互聯(lián)層：網(wǎng)際互聯(lián)層對應(yīng)于OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層，主要解決主機(jī)到主機(jī)的通信問題。它所包含的協(xié)議設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的邏輯傳輸。注重重新賦予主機(jī)一個(gè)IP地址來完成對主機(jī)的尋址，它還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包在多種網(wǎng)絡(luò)中的路由。該層有三個(gè)主要協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（IP）、互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）和互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）。
傳輸層:傳輸層對應(yīng)于OSI參考模型的傳輸層，為應(yīng)用層實(shí)體提供端到端的通信功能，保證了數(shù)據(jù)包的順序傳送及數(shù)據(jù)的完整性。該層定義了兩個(gè)主要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP)。
應(yīng)用層：應(yīng)用層對應(yīng)于OSI參考模型的高層，為用戶提供所需要的各種服務(wù)，例如：HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等
五、IP網(wǎng)絡(luò)通信過程及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
在網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)都是從源端發(fā)出，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)到目的端。若主機(jī)A要與主機(jī)B的交換數(shù)據(jù)，交換過程如圖所示。
網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議流程
1.主機(jī)A在應(yīng)用層的操作
主機(jī)A啟用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)，A自動(dòng)打開本機(jī)上的一個(gè)大于1024的端口（動(dòng)態(tài)端口），做為訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的源端口。目的端口根據(jù)主機(jī)A申請的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)而定，為保留端口。
主機(jī)A的應(yīng)用程序?qū)l(fā)送的數(shù)據(jù)表示為網(wǎng)絡(luò)上通用的格式。（OSI表示層功能）
TCP/IP的應(yīng)用層為每一個(gè)具有源端口與目的端口的數(shù)據(jù)流建立一個(gè)單一的會(huì)話。即使訪問同一網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，源端口是不同的。如同時(shí)訪問HTTP（不同網(wǎng)頁）。
HTTP協(xié)議
超文本傳輸協(xié)議（ HyperText Transfer Protocol）
傳輸互連網(wǎng)Web數(shù)據(jù)的協(xié)議
運(yùn)行在TCP之上——HTTP 的知名端口是 80
HTTP 是傳送頁面內(nèi)容的協(xié)議
頁面的格式是由HTML代碼組成的
HTTP協(xié)議流程
DNS協(xié)議
DNS（Domain Name System），計(jì)算機(jī)域名系統(tǒng)
將主機(jī)名和IP地址對應(yīng)起來的一種機(jī)制
通常情況下 DNS 運(yùn)行在 UDP 之上——DNS 的知名端口是 53
DNS 使用 TCP 來進(jìn)行域名傳送
DNS 查詢示例
2.主機(jī)A在傳輸層的操作
傳輸層在傳輸數(shù)據(jù)前將數(shù)據(jù)分段，每個(gè)分段稱為Segment。
主機(jī)A在傳輸層為數(shù)據(jù)分段添加控制信息，TCP或UDP頭。主要是源端口、目的端口和順序號。源端口和目的端口表示數(shù)據(jù)是由哪個(gè)協(xié)議或應(yīng)用程序發(fā)出的，送到哪個(gè)應(yīng)用程序及協(xié)議。順序號是該數(shù)據(jù)段在整個(gè)數(shù)據(jù)流中的位置。
傳輸層協(xié)議：TCP
Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議，是第 4 層面向連接的協(xié)議。
TCP 提供下列可靠流的功能：
— 在網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)間的數(shù)據(jù)可靠，透明傳送。
— 端到端差錯(cuò)檢測和恢復(fù)以及數(shù)據(jù)流控制。
— 用戶數(shù)據(jù)和高層協(xié)議的分段和重組。
TCP三次握手（Three -Way Handshake）
為建立連接,TCP使用三次握手 。
確保雙方準(zhǔn)備好傳送數(shù)據(jù)。
也使雙方明確其初始序列號。
三次握手為的是雙方準(zhǔn)確的同步。
“握手”期間能發(fā)數(shù)據(jù)，但必須保持該數(shù)據(jù)，直到握手完畢。
TCP協(xié)議封裝過程
TCP包頭結(jié)構(gòu)
每個(gè) TCP 段可分為標(biāo)題 ( 首部、或頭標(biāo) ) 和后隨的數(shù)據(jù)兩部分
源端口和宿端口 (Source and Destination ports)識(shí)別連接的每一端的應(yīng)用。
序列號 (Sequence Number) 可識(shí)別數(shù)據(jù)字段中的字節(jié)流位置。
應(yīng)答號 (Ack Number )可視為源端已收到最高字節(jié)的位置。
偏移量 ( Offset )是該段的數(shù)據(jù)位置 (任選字段為可變長 )
UDP協(xié)議
User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議
UDP 是無連接、不可靠的第 4 層協(xié)議。
UDP 消息也許會(huì)丟失、重復(fù) 或無序到達(dá)。
由于無流量控制，消息到達(dá)對方比有流控的來得快。
就象 IP那樣， 從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備運(yùn)載 UDP 消息 。
正如TCP為上層協(xié)議那樣，UDP 使用相同的端口號機(jī)制 。
UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)包頭格式
–宿端口(Destination port)指明該數(shù)據(jù)報(bào)直接對應(yīng)的上層協(xié)議。
–源端口(Source port ) 是任選的 (若不用，則為 0 ) ，并記為數(shù)據(jù)報(bào)的源端口。
–長度 (Length )是以包括首部在內(nèi)的八位組( octets )計(jì)。
–校驗(yàn)和 (Checksum)是任選的 (若不用，則為 0 ) ，并且端口號不用。
----帶有UDP的IP數(shù)據(jù)報(bào)獲取 IP 地址，則需計(jì)算。
----如果校驗(yàn)和是正確的，則無錯(cuò)到達(dá)的消息和端口也是正確的。
TCP和UDP協(xié)議之間的比較
UDP和TCP協(xié)議的主要區(qū)別是兩者在如何實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳遞方面不同。
TCP協(xié)議中包含了專門的傳遞保證機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來的信息時(shí)，會(huì)自動(dòng)向發(fā)送方發(fā)出確認(rèn)消息；發(fā)送方只有在接收到該確認(rèn)消息之后才繼續(xù)傳送其他信息，否則將一直等待直到收到確認(rèn)信息為止與TCP不同；
UDP協(xié)議與TCP協(xié)議相比，具有明顯的速度優(yōu)勢，因此在有些情況下，UDP協(xié)議可能會(huì)變得非常有用。因?yàn)殡m然TCP協(xié)議中植入了各種安全保障功能，但是在實(shí)際執(zhí)行的過程中會(huì)占用大量的系統(tǒng)開銷，無疑使速度受到嚴(yán)重的影響。而UDP由于排除了信息可靠傳遞機(jī)制，將安全和排序等功能移交給上層應(yīng)用來完成，極大地降低了執(zhí)行時(shí)間，使速度得到了保證。
3.主機(jī)A在網(wǎng)絡(luò)層的操作
在每個(gè)數(shù)據(jù)分段的前面封裝IP頭，網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)分段封裝為數(shù)據(jù)包（Packet）。包頭中，主要是源IP和目的IP地址。
源IP地址是主機(jī)A的，目的IP地址是主機(jī)B的。
IP協(xié)議
Internet Protocol，網(wǎng)際協(xié)議
IP 顯然是現(xiàn)代網(wǎng)間互聯(lián) (internetworking )的出色協(xié)議。
它也是一個(gè)不可靠的、無連接的投遞機(jī)制 。
任何 IP 數(shù)據(jù)報(bào)也許會(huì)丟失、重復(fù) 或被投錯(cuò)，并不會(huì)予以通。
IP 規(guī)定了數(shù)據(jù)格式、分組處理 和出錯(cuò)處理。
IP報(bào)頭格式
–Version 是 IP 規(guī)范所發(fā)布的版本號 4 （IPv4)或 快要使用的IP版本 6(IPv6)。
–服務(wù)類型(Type of Service)字段可分為 優(yōu)先級 ( Precedence ), D 比特, T 比特和 R比特：
–生存期 (Time to Live：TTL), 度量單位為秒, 表明數(shù)據(jù)報(bào)的壽命。當(dāng)路由表指明為一循環(huán)，該消息將被移去。 它采用一種簡單的時(shí)間估價(jià)，由每個(gè)路由器扣去 1 秒 ( 一個(gè)TTL單位)。
–上層協(xié)議(Next Protocol) 說明了“數(shù)據(jù)”直接投到哪個(gè)高層協(xié)議，如UDP或TCP。該字段的值應(yīng)取自標(biāo)準(zhǔn)表。
DHCP協(xié)議
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）是一個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用UDP協(xié)議工作， 主要有兩個(gè)用途：給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商自動(dòng)分配IP地址，給用戶或者內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理員作為對所有計(jì)算機(jī)作中央管理的手段。
DHCP協(xié)議采用客戶端/服務(wù)器模型，主機(jī)地址的動(dòng)態(tài)分配任務(wù)由網(wǎng)絡(luò)主機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)DHCP服務(wù)器接收到來自網(wǎng)絡(luò)主機(jī)申請地址的信息時(shí)，才會(huì)向網(wǎng)絡(luò)主機(jī)發(fā)送相關(guān)的地址配置等信息，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)地址信息的動(dòng)態(tài)配置。
DHCP請求IP地址過程
–主機(jī)發(fā)送DHCPDISCOVER廣播包在網(wǎng)絡(luò)上尋找DHCP服務(wù)器
–DHCP服務(wù)器向本網(wǎng)絡(luò)發(fā)送DHCPOFFER單播數(shù)據(jù)包（回復(fù)主機(jī)的DHCP報(bào)文、目的地址為主機(jī)地址所以單播），包含IP地址及地址租期等；
–主機(jī)發(fā)送DHCPREQUEST廣播包，正式向服務(wù)器請求分配已提供的IP地址；
–DHCP服務(wù)器向主機(jī)發(fā)送DHCPACK單播包，確認(rèn)主機(jī)的請求
ICMP協(xié)議
Internet Control Message Protocol,互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議，工作在網(wǎng)絡(luò)層。
ICMP 承載差錯(cuò)報(bào)告消息，封裝在 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)字段部分。
當(dāng)裝載在IP中(象一個(gè)第 4 層協(xié)議) ，ICMP 是認(rèn)為IP擴(kuò)展的最佳選擇。
該ICMP消息是 由 IP 數(shù)據(jù)報(bào)上一層協(xié)議字段來標(biāo)注 。
ICMP 報(bào)頭是編了碼的，呈現(xiàn)的差錯(cuò)映射到對應(yīng)的編號。
為了采集和解釋ICMP 消息，分析儀是必不可少的儀器。
ICMP報(bào)頭格式
–ICMP消息類型的擴(kuò)展表，歸納如下：
----信宿不可達(dá) Destination Unreachable (3): 網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)，協(xié)議或端口不可達(dá)。
----請求分片但不允許，源路由失效。
----超時(shí) (11)： 數(shù)據(jù)報(bào)在轉(zhuǎn)送或重裝時(shí)失效。
----參數(shù)問題 (12): 發(fā)送IP報(bào)頭 + 8字節(jié)的 出錯(cuò)報(bào)文。
–這些消息形成了基本的差錯(cuò)報(bào)告功能。
4.主機(jī)A在數(shù)據(jù)鏈路層的操作
數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)包前面封裝數(shù)據(jù)幀頭，主要是源MAC地址和目的MAC地址；在數(shù)據(jù)包后面封裝校驗(yàn)位，從而把數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀(Frame)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的不同，數(shù)據(jù)幀的格式也不同。
同一網(wǎng)段內(nèi)，源MAC為主機(jī)A的，目的MAC為服務(wù)器B的。如果主機(jī)A不知道B的MAC地址，可以向交換網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送ARP廣播，解析到B的MAC地址。
不同網(wǎng)段時(shí)，源MAC為主機(jī)A的，目的MAC為路由器AE0接口的MAC地址。因?yàn)锳RP廣播不能通過路由器。
ARP和RARP
地址解析協(xié)議ARP (Address Resolution Protocol)和反向地址解析協(xié)議RARP
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)之間要進(jìn)行通信時(shí)，必須要知道彼此的物理地址（OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的地址）。因此，在TCP/IP的網(wǎng)際層有ARP協(xié)議和RARP協(xié)議，它們的作用是將源主機(jī)和目的主機(jī)的IP地址與它們的物理地址相匹配。
地址解析協(xié)議ARP
5.主機(jī)A在物理層的操作
物理層負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)化成在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳遞的電子信號。通過接口發(fā)送出去。
6.交換機(jī)A上的工作
不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行任何的改動(dòng)，只是根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給路由器A。
7.路由器A上的工作
拆幀頭，根據(jù)目的IP地址,在自己的路由表里查找路徑，知道必須經(jīng)過路由器B.
源IP地址和目的IP地址是不變的。如果有使用NAT主機(jī)(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)，則源私有IP地址，轉(zhuǎn)換為公有IP地址，路由器A的S0口的IP。
封裝幀頭,源MAC地址是路由器A的S0口的，目的MAC地址是路由器B的S0口的。
將封裝的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給路由器B。
8.路由器B上的工作
拆幀頭；
根據(jù)目的IP查找自己的路由表，看自己是否有到達(dá)該目的地的路徑。發(fā)現(xiàn)目的IP在自己的E0口直連的網(wǎng)段，路由器B向該網(wǎng)段發(fā)出一個(gè)ARP解析廣播，查找服務(wù)器B的MAC地址。
在收到回應(yīng)后，路由器B以自己的E0口的MAC為源MAC,以服務(wù)器B的MAC為目的MAC,封裝數(shù)據(jù)幀。
轉(zhuǎn)發(fā)給交換機(jī)B.
注:IP地址沒有改動(dòng)。
9.交換機(jī)B上的工作
不做改動(dòng)，轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器B。
10.FTP服務(wù)器B上的工作
逐層拆封。在傳輸層將數(shù)據(jù)段組和，傳給應(yīng)用層的端口。
如果FTP服務(wù)器B向主機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)，目的地址時(shí)218.68.45.2,然后，路由器A再轉(zhuǎn)換為其目的IP192.168.1.2。
遠(yuǎn)程主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸是依靠IP地址標(biāo)明目的地，而通過不斷變換源MAC地址與目的MAC地址傳輸數(shù)據(jù)。
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