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OSI/RM 七层模型
OSI/RM 七层模型
OSI/RM七层模型见表，需要明确各层的功能、设备及协议
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| 层次 | 名称 | 主要功能 | 主要设备及协议 |
| 7 | 应用层 | 实现具体的应用功能 | POP3、FTP、HTTP、Telnet、SMTP、DHCP、TFTP、SNMP、DNS |
| 6 | 表示层 | 数据的格式与表达、加密、压缩 | POP3、FTP、HTTP、Telnet、SMTP、DHCP、TFTP、SNMP、DNS |
| 5 | 会话层 | 建立、管理和终止会话 | POP3、FTP、HTTP、Telnet、SMTP、DHCP、TFTP、SNMP、DNS |
| 4 | 传输层 | 端到端的连接 | TCP、UDP |
| 3 | 网络层 | 分组传输和路由选择 | 三层交换机、路由器 ARP、RARP、IP、ICMP、IGMP |
| 2 | 数据链路层 | 传送以帧为单位的信息 | 网桥、交换机、网卡 PPTP、L2TP、SLIP、PPP |
| 1 | 物理层 | 二进制传输 | 中继器、集线器 |
各层介绍及硬件设备
物理层：直接是二进制传输，最底层，中继器和集线器都是中转设备，能够延长信号。
数据链路层：将数据封装成帧进行传输，网桥、交换机、网卡这些设备能形成局域网，局域网内主机可以通信，可识别MAC物理地址，准确传送至局域网内的物理主机上。
网络层：将帧分组传输，路由器用来连接到互联网上，实现网络共享。能准确地将数据传送至互联网的网络主机上。
传输层：端到端的连接，传送至主机端口上，TCP和UDP协议需要掌握。
会话层：管理主机之间的会话，提供会话管理服务。
表示层：提供会话数据之间的格式转换、压缩、加密等操作，对数据进行处理。包括MPEG等数据、图像处理协议。
应用层：是两个进程之间的直接通信。网关是应用层物理设备，连接不同类型且协议差别较大的网络，可以转换协议。
传输介质
双绞线：将多根铜线按规则缠绕在一起，能够减少干扰；分为无屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP，都是由一对铜线簇组成，也就是常说的网线；双绞线的传输距离在100m以内。
无屏蔽双绞线UTP：价格低，安装简单，但可靠性相对较低，分为CAT3(3类UTP，速率为10Mb/s)、CAT4(4类UTP，与3类差不多，无应用）、CAT5(5类UTP，速率为100Mb/s，用于快速以太网）、CAT5E（超5类UTP，速率为1000Mb/s)、CAT6(6类UTP，用来替代CAT5E，速率也是1000Mb/s)。
屏蔽双绞线STP：与UTP相比增加了一层屏蔽层，可以有效地提高可靠性，但对应的价格高，安装麻烦，一般用于对传输可靠性要求很高的场合。
光纤：由纤芯和包层组成，传输的光信号在纤芯中传输，然而从PC端出来的信号都是电信号，要经过光纤传输，就必须将电信号转换为光信号。
多模光纤MMF：纤芯半径较大，因此可以同时传输多种不同的信号，光信号在光纤中以全反射的形式传输，采用发光二极管LED为光源，成本低，但是传输的效率和可靠性都较低，适合于短距离传输，其传输距离与传输速率相关，速率为100Mb/s时为2km，速率为1000Mb/s时为550m。
单模光纤SMF：纤芯半径很小，一般只能传输一种信号，采用激光二极管LD作为光源，并且只支持激光信号的传播，同样是以全反射形式传播，只不过反射角很大，看起来像一条直线，成本高，但是传输距离远，可靠性高。传输距离可达5km。
TCP/IP 协议簇
网络层协议
IP：最核心的协议，无连接、不可靠。
ICMP：因特网控制信息协议，用来检测网络通信是否顺畅，其报文封装在IP数据报中。
ARP：地址解析协议，将IP地址转换为物理地址，其报文封装在数据链路层以太网帧中。
RARP：是将物理地址转换为IP地址。
传输层协议
(1)TCP协议。
可靠连接，因为有验证机制，TCP建立连接需要三次握手过程，这种方法可以防止出现错误的连接。如2-1-2图所示，其中，seq是当前TCP报文的序号，ack是确认号，ACK是确认位，SYN是同步位，同一个TCP报文里seq和ack之间无关联，ack是对接收到的报文的seq做出响应的，如seq=x，表示期望接收编号为x的字节，那么下次就会发送ack=x+1，至于seq=y表示当前报文字节序号。
(2)TCP传输协议。
停止等待协议：TCP保证可靠传输的协议，"停止等待"就是指发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认，只有对方确认过，才发送下一个分组。
连续ARQ协议：TCP保证可靠传输的协议，它是指发送方维护着一个窗口，这个窗口中不止一个分组，窗口的大小是由接收方返回的win值决定的，所以窗口的大小是动态变化的，只要在窗口中的分组都可以被发送，这就使得TCP一次不是只发送一个分组了，从而大大提高了信道的利用率。并且它采用累积确认的方式，对于按序到达的最后一个分组发送确认。
滑动窗口协议：TCP流量控制协议，可变的窗口是不断向前走的，该协议允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组。由于发送方不必每发一个分组就停下来等待确认，因此该协议可以加速数据的传输，还可以控制流量的问题。
TCP协议采用的是可变大小的滑动窗口协议。
(3)UDP协议。
不可靠连接，因为数据传输只管发送，不用对方确认，因此可能会有丢包现象。一般用于视频、音频数据传输，连接无需确认，消耗少。
应用层协议
应用层协议如图2-1-3所示，牢记基于TCP和UDP的应用层协议。
FTP：可靠的文件传输协议。
HTTP：超文本传输协议，用于上网。使用SSL加密后的安全网页协议为HTTPS。SMTP和POP3：邮件传输协议，邮件报文采用ASCⅡ格式表示。
Telnet：远程连接协议。
TFTP：不可靠的小文件传输协议。
SNMP：简单网络管理协议，必须以管理员的身份登录才能完成配置。
(1)DHCP协议。动态分配IP地址协议，DHCP客户端能从DHCP服务器获得DHCP服务器的IP地址、DNS服务器的IP地址、默认网关的IP地址等。但是，不能获得Web服务器的IP地址和邮件服务器地址。
自动分配规则为客户机/服务器模型，租约默认为8天，当租约过半时，客户机需要向DHCP服务器申请续租，当租约超过87.5%时，如果仍然没有和当初提供IP地址的DHCP服务器联系上，则开始联系其他DHCP服务器。
(2)DNS协议。将域名解析为IP地址，输入网址（即域名）后，首先会查询本地DNS缓存，然后查询hosts文件，无果后再查询本地DNS服务器，DNS协议又分为递归查询和迭代查询两种方式。协议端口号对照见表2-1-2。
递归查询：主机提出一个查询请求，本地服务器会自动一层一层地查询下去，直到找到满足查询请求的IP地址，再返回给主机。即问一次，就得最终结果。
迭代查询：服务器收到一次查询请求，就回答一次，但是回答的不一定是最终地址，也可能是其他层次服务器的地址，然后等待客户端再去提交查询请求。即问一次答一次，而后再去问其他服务器，直至问到结果。
完整 URL 的组成
URL由五个部分组成，以http://www.taobao.com/tmail/xiaomi/index.html为例说明如下：
(1)http是协议名，还有https。
(2)www是万维网服务，其他服务还包括fp、mail等。
(3)taobao.com是域名（也可以用服务器的IP地址表示），在域名中，顶级域名在最右边（根域名被省略），主机名在最左边，即taobao是主机名。
(4)域名之后，从第一个/到最后一个/是虚拟目录名，也即tmail/xiaomi/
(5)index.html是文件名。
IP 地址表示与计算
分类地址格式
IP地址分4段，每段8位，共32位二进制数组成。
在逻辑上，这32位IP地址分为网络号和主机号，依据网络号位数的不同，可以将IP地址分为以下几类：
A类地址网络号占8位，主机号则为32-8=24位，能分配的主机个数为224-2个(注意：主机号为全0和全1的不能分配，是特殊地址)。
同理，B类地址网络号为16位，C类地址网络号为24位，同样可推算出主机号位数和主机数。
图2-1-4中加阴影或加下划线显示的位数表示该位固定为该值，是每类IP地址的标识。
子网划分和超网聚合
按上述划分的A、B、C三类，一般是最常用的，但是却并不实用，因为主机数之间相差的太大了，不利于分配。因此，我们一般采用子网划分的方法来划分网络，即自定义网络号位数，就能自定义主机号位数，就能根据主机个数来划分出最适合的方案，不会造成资源的浪费。
一般的IP地址按标准划分为A、B、C类后，可以进行再一步的划分，将主机号拿出几位作为子网号，就可以划分出多个子网，此时IP地址组成为：网络号+子网号+主机号。
网络号和子网号都为1，主机号都为0，这样的地址为子网掩码。
要注意的是：子网号可以为全0和全1，主机号不能为全0或全1，因此，主机数需要减2，而子网数不用。
此外，若要判断两个IP地址是否在同一网段，只需要确定其网络号是否相同即可。
除了上述划分子网外，还可以聚合网络为超网，就是划分子网的逆过程，将网络号取出几位作为主机号，此时，这个网络内的主机数量就变多了，成为一个更大的网络。
例：把网络117.15.32.0/23划分为117.15.32.0/27，得到的子网是（）个，每个子网中可使用的主机地址是（）个。
解析：网络号从23变为27，说明拿出了4位作为子网号，可以划分出2⁴=16个子网，此时，主机号是32-27=5位，共2⁵-2=30个主机地址(主机地址不能为全0和全1)。
例：某用户得到的网络地址范围为110.15.0.0～110.15.7.0，这个地址块可以用（）表示，其中可以分配（）个可用主机地址。
解析：110.15.0.0～110.15.7.0,8个子网做汇聚，取这8个子网最长相同前缀作为子网掩码，二进制展开后，可发现汇聚后掩码长度是21位，那么主机位就是11位，可以容纳2¹¹-2=2046个地址。
无分类编址
除了上述的分类编址外，还有无分类编址，即不按照A、B、C类规则，自动规定网络号，无分类编址格式为：IP地址/网络号。
例：128.168.0.11/20表示的IP地址为128.168.0.11，其网络号占20位，因此主机号占32-20=12位，也可以划分子网。可知，后的数字是网络号，32减去此数字就是主机号。
特殊含义的 IP 地址
特殊含义的IP地址要记住并掌握，会出现在选择题中，其总结见表
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| IP | 说明 |
| 127网段 | 回播地址 |
| 网络号全0地址 | 当前子网中的主机 |
| 全1地址 | 本地子网的广播 |
| 主机号全1地址 | 特定子网的广播 |
| 10.0.0.0/8 | 10.0.0.1至10.255.255.254 |
| 172.16.0.0/12 | 172.16.0.1至172.31.255.254 |
| 192.168.0.0/16 | 192.168.0.1至192.168.255.254 |
| 169.254.0.0 | 保留地址，用于DHCP失效（Win) |
| 0.0.0.0 | 保留地址，用于DHCP失效（Linux) |
IPv6 协议
IPv6协议主要是为了解决IPv4地址数不够用的情况而提出的设计方案，IPv6具有以下特性：
（1）IPv6地址长度为128位，地址空间增大了2⁶倍。
（2）灵活的IP报文头部格式，使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPv4中可变长度的选项字段。IPv6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单略过选项而不作任何处理，加快了报文处理速度。
（3）IPv6简化了报文头部格式，加快报文转发，提高了吞吐量。
（4）提高安全性，身份认证和隐私权是IPv6的关键特性。
（5）支持更多的服务类型。
（6）允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展。
过渡技术
IPv4和IPv6的过渡期间，主要采用三种基本技术。
（1）双协议栈：主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，同时支持两套协议，一般来说，IPv4和IPv6地址之间存在某种转换关系，如IPv6的低32位可以直接转换为IPv4地址，实现互相通信。
（2）隧道技术：这种机制用来在IPv4网络之上建立一条能够传输IPv6数据报的隧道，例如可以将IPv6数据报当作IPv4数据报的数据部分加以封装，只需要加一个IPv4的首部，就能在IPv4网络中传输IPv6报文。
（3）翻译技术：利用一台专门的翻译设备（如转换网关），在纯IPv4和纯IPv6网络之间转换IP报头的地址，同时根据协议不同对分组做相应的语义翻译，从而使纯IPv4和纯IPv6站点之间能够透明通信。