計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)（一）網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議

問(wèn)問(wèn)你身邊的運(yùn)維吧，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議這個(gè)東西隨便說(shuō)說(shuō)就是能寫一本跟字典一樣的書的。不要被嚇到了，這是真事。不僅僅是運(yùn)維，包括網(wǎng)絡(luò)管理員以及我們這些 Web 開(kāi)發(fā)工程師來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)課程。只要你是在 IT 行業(yè)，那么必然就要和網(wǎng)絡(luò)打交道，多少了解一點(diǎn)也是沒(méi)毛病的。

今天的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)、運(yùn)維工程師、計(jì)算機(jī)專業(yè)正常上過(guò)課靠自己實(shí)力過(guò)了網(wǎng)絡(luò)考試的同學(xué)可以不用看了。如果有興趣的話歡迎批評(píng)指正，估計(jì)很多內(nèi)容是入不了各位大佬的法眼的。在這里，僅以一個(gè)不太懂網(wǎng)絡(luò)為了通過(guò)考試為目的的初學(xué)者的視角進(jìn)行講解。

OSI協(xié)議

OSI（Open System Interconnect，OSI）的意思是 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型 ，它的目的是為了不同各類的計(jì)算機(jī)互連提供一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)和框架，并為保持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和兼容性提供共同的參考。

不同的種類的計(jì)算機(jī)？不對(duì)呀，我們看到的計(jì)算機(jī)不都一樣的嘛？關(guān)于這個(gè)東西嘛，大家可以了解一下計(jì)算機(jī)相關(guān)的歷史，在早期來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)還真不是我們現(xiàn)在看到的統(tǒng)一的 PC 機(jī)樣式。就拿現(xiàn)在來(lái)說(shuō)，蘋果電腦 和 PC 電腦其實(shí)在很多方面都不是兼容的，特別是操作系統(tǒng)。為了解決不同的網(wǎng)卡、操作系統(tǒng)之間的互連互通問(wèn)題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 和 國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì) CCITT 共同制定了這個(gè) OSI 協(xié)議。它是一個(gè)分層協(xié)議，一共分為七層。

• 1）物理層。就是我們看到的網(wǎng)線、中繼器、集線器之類的，在它們的內(nèi)部所有的數(shù)據(jù)都通過(guò) 二進(jìn)制 在傳輸。光纖或者網(wǎng)線的亮和滅就是代表的 1 和 0 ，這個(gè)就是物理信號(hào)的傳輸，想象用一個(gè)發(fā)光二極管的開(kāi)關(guān)做與非門的邏輯運(yùn)算。雖不嚴(yán)謹(jǐn)，但大體就是這個(gè)意思。

• 2）數(shù)據(jù)鏈路層?？刂凭W(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 幀 。常見(jiàn)的設(shè)備包括網(wǎng)橋、交換機(jī)、網(wǎng)卡，常見(jiàn)的協(xié)議有 PPTP、L2TP、SLIP、PPP、CSMA/CD、ToingRing 等。交換機(jī)這個(gè)名詞經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)吧，PPTP/L2TP 是我們搭建內(nèi)網(wǎng) VPN 常用的協(xié)議，PPP 是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議，一般用于撥號(hào)建立連接進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

• 3）網(wǎng)絡(luò)層。主要是將 網(wǎng)絡(luò)地址（如IP）轉(zhuǎn)換成物理地址（如網(wǎng)卡地址 MAC），并且決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方。這一層非常重要，為什么呢？最出名的協(xié)議 IP 就在這一層，最出名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 路由器 也是工作在這一層。除此之外，還有 ARP、ICMP、IGMP、IPX 協(xié)議也都是這一層的。注意，三層交換機(jī) ，也就是帶路由功能的交換機(jī)，也是這一層的設(shè)備。而普通的交換機(jī)則是第二層數(shù)據(jù)鏈路層的。

• 4）傳輸層。這一層主要是負(fù)責(zé)確保數(shù)據(jù)安全可靠、順序、無(wú)錯(cuò)地從 A 點(diǎn)傳輸?shù)?B 點(diǎn)。主要就是提供建立、維護(hù)和拆除傳送連接的功能。沒(méi)錯(cuò)，我們非常熟悉的 TCP/IP 協(xié)議中的 TCP 協(xié)議就是工作在這一層，另外還包括 UDP 、SPX 協(xié)議。這一層主要是提供端到端的傳輸控制。

• 5）會(huì)話層。主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中兩節(jié)點(diǎn)之間建立和維持通信，以及提供交互會(huì)話的管理功能。比較典型的協(xié)議有 RPC（遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用）、SQL（數(shù)據(jù)庫(kù)）、NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）。從這幾個(gè)協(xié)議也能看出，Sockets 也是工作在這一層的。

• 6）表示層。數(shù)據(jù)將按照網(wǎng)絡(luò)能理解的方案進(jìn)行格式化。表示層管理數(shù)據(jù)的解密加密、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、格式化和文本壓縮。常見(jiàn)的有 JPEG、ASC2、GIF、DES、MPEG，另外我們做后端開(kāi)發(fā)非常熟悉的 Gzip 也是在這里。

• 7）應(yīng)用層。這一層就是對(duì)軟件提供接口以使程序能使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如 HTTP、Telnet、FTP、SMTP 等。

從我們的電腦來(lái)看，操作系統(tǒng)是最高的層級(jí)，它會(huì)管理硬件以及這些服務(wù)端口協(xié)議。比如說(shuō)，我們的瀏覽器，需要訪問(wèn)某個(gè)網(wǎng)址的 80 端口，這就是瀏覽器通過(guò)應(yīng)用層調(diào)用 HTTP ，然后 HTTP 會(huì)向下依次通過(guò)表示、會(huì)話層，到達(dá)傳輸層后開(kāi)始使用 TCP/IP 協(xié)議，然后通過(guò)電腦上的二層設(shè)備網(wǎng)卡轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)發(fā)送給最近的路由器。路由器通過(guò)路由表不停地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，直到轉(zhuǎn)發(fā)到指定的網(wǎng)站，網(wǎng)站服務(wù)器通過(guò)一個(gè)反向的操作，也就是從底層到高層的一層層數(shù)據(jù)解包，獲得客戶端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。有一張圖非常形象地解釋了這個(gè)過(guò)程。

雖說(shuō)我們的考試中不會(huì)考這個(gè)過(guò)程，但是這個(gè)圖其實(shí)是我們互聯(lián)網(wǎng)能夠正常運(yùn)行的一個(gè)最最基礎(chǔ)的一個(gè)過(guò)程，所以我覺(jué)得大家能夠了解一下會(huì)更好。在發(fā)送的過(guò)程中，我們每一層都會(huì)向數(shù)據(jù)增加一些頭信息，然后在接收方，會(huì)逐一地再處理并摘離這些信息，這就是非常典型的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)包的過(guò)程。當(dāng)然，更詳細(xì)的內(nèi)容，大家可以自己再找找相關(guān)的知識(shí)去了解一下，對(duì)于 信管師考試 來(lái)說(shuō)，記住這七個(gè)層的名字以及它們大概的功能就可以了，主要以下面這個(gè)表為主。

最后，對(duì)于這種東西來(lái)說(shuō)，口訣是不能少的，記住每個(gè)層級(jí)的第一個(gè)字然后不停地重復(fù)就好啦！

“物數(shù)網(wǎng)傳會(huì)表應(yīng)”

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)

上面我們說(shuō)過(guò)，OSI 是一種標(biāo)準(zhǔn)模型框架，主要是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸規(guī)范。而另一個(gè) IEEE 802 規(guī)范則是定義了網(wǎng)卡如何訪問(wèn)傳輸介質(zhì)（如光纜、雙絞線、無(wú)線等），以及如何在傳輸介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)的方法，還定義了傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立、維護(hù)和拆除的途徑。在這個(gè)協(xié)議中，有兩個(gè)非常出名的協(xié)議，一個(gè)是 802.3（以太網(wǎng)的 CSMA/CD 載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)協(xié)議），另一個(gè)是 802.11（無(wú)線局域網(wǎng) WLAN 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議）。打開(kāi)你的電腦或者手機(jī)，查看連接屬性里面的協(xié)議，就能看到，比如說(shuō)我的電腦就是下圖這個(gè) 802.11n 。

在這里，我們先了解一下以太網(wǎng)的 802.3 協(xié)議，這也是我們的有線局域網(wǎng)協(xié)議，后面的文章在講 網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 的時(shí)候我們還會(huì)再來(lái)說(shuō)說(shuō) 802.11 WLAN 的相關(guān)協(xié)議信息。802.3 主要包括：

現(xiàn)在我們家里或者公司基本都是千兆以太網(wǎng)了，這個(gè)東西和交換機(jī)接口、路由接口以及網(wǎng)線質(zhì)量都有關(guān)系，有可能質(zhì)量差的網(wǎng)線或者沒(méi)有切好的水晶頭就會(huì)導(dǎo)致千兆變成百兆。這一塊的內(nèi)容切過(guò)網(wǎng)線玩過(guò)交換機(jī)的同學(xué)們一定不會(huì)陌生啦！我們后面講 網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 的時(shí)候還會(huì)講相關(guān)的內(nèi)容，大家可以先預(yù)習(xí)了解下。

TCP/IP

到了重頭戲了。如果說(shuō)，OSI 七層協(xié)議是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，那么 TCP/IP 就是整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，OSI 還是更底層一些，TCP/IP 我們?cè)趯W(xué)習(xí) OSI 的時(shí)候也看出來(lái)了，它是位于 3、4 層的協(xié)議。

我們先來(lái)簡(jiǎn)單了解下 TCP 和 UDP ，這倆貨是傳輸層的核心協(xié)議，對(duì)于我們做后端的碼農(nóng)們來(lái)說(shuō)，TCP 和 UDP 的區(qū)別可以說(shuō)是面試?？碱}目前三名的。

TCP 是有連接的，保證傳輸接收穩(wěn)定，需要三次握手四次揮手來(lái)建立和斷開(kāi)連接，面向單播傳輸，比較可靠，面向字節(jié)流。

UDP 是無(wú)連接的，不一定穩(wěn)定，但是速度快，面向報(bào)文，可以單播（一對(duì)一視頻聊天）、多播（多人視頻聊天）、廣播（在線教學(xué)）， 不可靠可能會(huì)丟包。

大家看出來(lái)了嗎？傳統(tǒng)的網(wǎng)站、APP、在線聊天這些基礎(chǔ)應(yīng)用，都是 TCP 的，而現(xiàn)在非?；鸬闹辈ァ⒁曨l網(wǎng)站、在線課堂之類的應(yīng)用，都是 UDP 的。其實(shí)也就是充分運(yùn)用它們兩個(gè)的特點(diǎn)，UDP 對(duì)于大文件的實(shí)時(shí)推流效果非常好，平常我們看直播的時(shí)候卡頓了其實(shí)就是 UDP 丟包了。而正常的網(wǎng)站、APP 應(yīng)用，我們每一次的請(qǐng)求都是需要有一個(gè)確定的結(jié)果返回的，如果中間發(fā)生丟包或者請(qǐng)求失敗了，那么這整個(gè)請(qǐng)求就會(huì)是失敗的。比如說(shuō)我們網(wǎng)站打不開(kāi)白屏了，或者報(bào)出了 404、500 之類的錯(cuò)誤。記住，要使用 UDP 的應(yīng)用是可以容忍這些偶爾丟包無(wú)連接的情況的，而 TCP 是絕對(duì)不允許的。

我們?cè)谶@里，更重要的還是要了解一些 TCP 基礎(chǔ)上的應(yīng)用，UDP 方向的上直播推流之類的協(xié)議大家可以自己去了解一下。在 TCP/IP 協(xié)議中，其實(shí)也是分了層的。

其實(shí)就是把 OSI 的七層進(jìn)行一些合并重組形成了一個(gè) TCP/IP 的四層協(xié)議模型。接下來(lái)我們就一個(gè)一個(gè)的看看在 TCP/IP 協(xié)議中每一層都有什么應(yīng)用協(xié)議。

應(yīng)用層

在應(yīng)用層中，最主要就是要實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)中相關(guān)軟件服務(wù)的調(diào)用，也就是這一層的協(xié)議是面對(duì)客戶端軟件的。比如說(shuō)最典型的就是我們的瀏覽器。大家舉手回答，網(wǎng)站用得是什么協(xié)議？

• HTTP （Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議），你看到的網(wǎng)站，你現(xiàn)在看到的這篇文章，就是通過(guò) HTTP 傳輸給你看到的。甚至你用的 APP 的后端接口、你玩的游戲的接口，全都是 HTTP 實(shí)現(xiàn)的。WWW 就是它的代名詞，夠不夠高大上！HTTP 是 TCP 應(yīng)用，一次 HTTP 請(qǐng)求就會(huì)建立 TCP 連接（當(dāng)然，現(xiàn)在也有長(zhǎng)連接和連接復(fù)用等技術(shù)，這些不在我們的學(xué)習(xí)范圍內(nèi)）。

• SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議），電子郵件全是走的這個(gè)協(xié)議，EMAIL其實(shí)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)還好，但在國(guó)外的話，EMAIL就非常重要了，合同、帳單、發(fā)票都是通過(guò) EMAIL 發(fā)送的，目前我們的電子發(fā)票不也都是郵件來(lái)留存的嘛。

• FTP（File Transport Protocol，文件傳輸協(xié)議），早期有一些下載網(wǎng)站就會(huì)給你一個(gè) ftp:// 開(kāi)頭文件地址讓你自己去下載文件，或者我們?cè)缜白鲩_(kāi)發(fā)往服務(wù)器或者虛擬空間上傳代碼的時(shí)候也經(jīng)常會(huì)用這個(gè) FTP ，另外還有小公司的內(nèi)網(wǎng)搭建共享文件空間也可以使用 FTP ，非常簡(jiǎn)單方便。FTP 還有一個(gè)兄弟 TFTP（Trivial File Transfer Protocol，簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議），它是基于 UDP 的，這個(gè)協(xié)議會(huì)有什么問(wèn)題呢？數(shù)據(jù)傳輸不可靠，沒(méi)有認(rèn)證與授權(quán)機(jī)制，但是速度可以，適合大量零散小程序的快速傳輸。

• DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議），建立在 UDP 之上，用來(lái)管理 IP 地址的，在路由配置的時(shí)候你肯定見(jiàn)過(guò)它。它可以用來(lái)為你的局域網(wǎng)中的設(shè)備自動(dòng)分配 IP 地址。這個(gè)協(xié)議是你在局域網(wǎng)中能不能上網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵的協(xié)議。

• Telnet（遠(yuǎn)程登錄協(xié)議），這個(gè)嘛，也是做 Web 開(kāi)發(fā)的同學(xué)多少都會(huì)用過(guò)的，一般用它來(lái)測(cè)端口的連接情況。如果不是做開(kāi)發(fā)的同學(xué)嘛，記住意思就好了，有興趣的自己查一下吧。

• DNS（Domain Name System，域名系統(tǒng)），域名其實(shí)就是與服務(wù)器IP地址對(duì)應(yīng)的一個(gè)好記的名稱。比如說(shuō)在我這里訪問(wèn)百度的 IP 地址是 112.80.248.76 ，這玩意誰(shuí)記得住啊，而且不同地區(qū)的人訪問(wèn)的服務(wù)器可能還不一樣（負(fù)載均衡與CDN技術(shù)）。這時(shí)候，只需要將 www.baidu.com 和這個(gè) 112.80.248.76 綁定上就好了，我們只需要記住這個(gè)非常簡(jiǎn)單的域名地址就可以了。這個(gè)就是 DNS 的作用。在操作系統(tǒng)的連接配置里可以動(dòng)態(tài)的修改 DNS 解析服務(wù)器的地址，比如修改成騰訊的公共 DNS 地址或者阿里的公共 DNS 地址，如果不修改的話就是默認(rèn)會(huì)走我們買的寬帶供應(yīng)商的 DNS 解析服務(wù)器。這個(gè)設(shè)置主要就是有可能有些網(wǎng)站或者玩某些游戲的時(shí)候，使用一些特定的 DNS 解析服務(wù)器速度會(huì)更快一些。

• SNMP（Simple Network Managment Protocol，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議），這個(gè)主要是與路由相關(guān)的協(xié)議，可以在 IP 、IPX 等傳輸協(xié)議上使用。它是一系列網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范的集合，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和平臺(tái)都是基于 SNMP 的。這個(gè)東西就比較專業(yè)了，主要是幫助企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理人員更方便了解網(wǎng)絡(luò)性能、發(fā)現(xiàn)并解決網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)用得，具體的內(nèi)容我也不是太了解，有接觸過(guò)的特別是網(wǎng)絡(luò)工程相關(guān)專業(yè)的同學(xué)可以在留言區(qū)講解講解哦！

傳輸層

這里就是兩個(gè)，TCP 和 UDP ，UDP/IP 其實(shí)和 TCP/IP 是一樣的，只不過(guò)我們通常說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候只會(huì)說(shuō) TCP/IP 。它們倆具體的區(qū)別和聯(lián)系在前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，這里就不在重復(fù)了。

網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議主要處理信息的路由和主機(jī)地址解析，包括：

• IP 提供端到端的分組分發(fā)能力。關(guān)于 IP 地址，我們都知道每個(gè)主機(jī)或者說(shuō)連網(wǎng)設(shè)備都會(huì)有一個(gè)，我們連接的寬帶會(huì)有一個(gè)動(dòng)態(tài)的 IP 地址，在重新?lián)芴?hào)之后都會(huì)發(fā)生變化。而網(wǎng)站服務(wù)器之類的則會(huì)是一個(gè)靜態(tài)的 IP 地址。我們?cè)L問(wèn)某個(gè)網(wǎng)站就是通過(guò) DNS 服務(wù)器解析為對(duì)應(yīng)的 IP 地址，然后通過(guò)中轉(zhuǎn)路由不斷地跳到指定的 IP 地址服務(wù)器，然后服務(wù)器將響應(yīng)再傳輸回來(lái)，當(dāng)響應(yīng)到達(dá)你的路由時(shí)，再由你的路由的局域網(wǎng)路由表指定到你的電腦，然后數(shù)據(jù)就回到了你的電腦上。IP 與 電腦網(wǎng)卡 的綁定，也就是和 MAC 地址的綁定是通過(guò)下面另一個(gè)協(xié)議來(lái)完成的。

• ARP動(dòng)態(tài)地址綁定協(xié)議，完成 IP 地址向物理地址的轉(zhuǎn)換，這個(gè)物理地址就是我們常說(shuō)的網(wǎng)卡的那個(gè) MAC 地址。每塊網(wǎng)卡的 MAC 地址都是不同的，全球唯一。MAC 地址是一個(gè) 16進(jìn)制 格式的地址信息。另外還有一個(gè) RARP 協(xié)議是 ARP 協(xié)議的反向協(xié)議，就是從 MAC 地址向 IP 地址轉(zhuǎn)換的。有一個(gè)非常出名的攻擊，也是現(xiàn)在各種安全軟件都會(huì)帶的一個(gè)防護(hù)，就是 ARP 地址欺騙，有興趣的同學(xué)可以自己了解一下哦。

• ICPM 是一個(gè)專門用于發(fā)送差錯(cuò)報(bào)文的協(xié)議，IGMP 計(jì)算機(jī)用做向多目路由報(bào)告多目組成員的協(xié)議。這兩個(gè)了解一下就好了，因?yàn)槲乙膊欢?，而且貌似也不太?huì)考。

好了，TCP/IP 最主要的一些協(xié)議就是這些了，為什么沒(méi)有最后一層 網(wǎng)絡(luò)接口層 的？別忘了，TCP/IP 是建立在 OSI 的第三層以上的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)接口層 是 OSI 的第一、二層，這時(shí)還沒(méi) TCP 它們啥事兒呢。說(shuō)白了，那已經(jīng)不是 TCP/IP 能管到的地方了。

最后，我們將 TCP/IP 相關(guān)的知識(shí)再總結(jié)成一張表，這張表也是一個(gè)重點(diǎn)要記憶的地方。

總結(jié)

對(duì)于信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)就是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)信息便無(wú)法傳遞。今天我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容又是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，也是一切可以實(shí)現(xiàn)的核心。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)的，或者從事代碼開(kāi)發(fā)的同學(xué)來(lái)說(shuō)這一塊還是比較好理解的。如果是完全沒(méi)有接觸過(guò)這一塊內(nèi)容的同學(xué)，如果不是著急考試的話，可以再找一套計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的教程好好系統(tǒng)學(xué)習(xí)一下，如果是準(zhǔn)備馬上要考試的話，那么沒(méi)別的辦法了，背下來(lái)吧！

參考資料：

《信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師教程》

《某機(jī)構(gòu)培訓(xùn)資料》