網絡基本概念及OSI參考模型、TCP/IP協議簡介

本節索引：

一、網絡概念

二、OSI參考模型

三、TCP/IP協議及模型

四、常見網絡設備

 

當今時代，運行一臺沒有連接網絡的計算機幾乎是難以想象的，幸運的是，Linux從一開始就是為

網絡開發的，并且網絡也是Linux做的最好的事情之一。掌握網絡知識，對于Linux學習而言，就顯

得非常有必要了。本節我們將帶大家了解一些網絡的基本概念，以及OSI參考模型和TCP/IP協議。

 

一、網絡概念

什么是網絡？

網絡是由節點和連線構成，表示諸多對象及其相互聯系。在計算機領域中，網絡是信息傳輸、接收、

共享的虛擬平臺，通過它把各個點、面、體的信息聯系到一起，從而實現這些資源的共享。

網絡是人類發展史來最重要的發明，提高了科技和人類社會的發展。

 

網絡應用程序：

Web 瀏覽器（Chrome、IE、Firefox等）

即時消息（QQ、微信、釘釘等）

電子郵件（Outlook、foxmail 等）

協作（視頻會議、VNC、Netmeeting、WebEx 等）

web網絡服務（apache,nginx,IIS）

文件網絡服務（ftp,nfs,samba）

數據庫服務（ MySQL,MariaDB, MongoDB)

中間件服務（Tomcat，JBoss）

安全服務（ Netfilter）

 

網絡的特征：

速度

成本

安全性

可用性

可擴展性

可靠性

拓撲

 

拓撲結構：

網絡拓撲可分為物理拓撲和邏輯拓撲

物理拓撲描述了物理設備的布線方式

邏輯拓撲描述了信息在網絡中的流動方式

 

物理拓撲中又分為多種拓撲結構，常見類型有：

總線拓撲：所有設備均可接收信號

星型拓撲：通過中心點傳輸；單一故障點

拓展星型拓撲：比星型拓撲的復原能力更強

環拓撲：信號繞環傳輸；單一故障點

雙環拓撲：信號沿相反方向傳輸；比單環復原能力更強

全網狀拓撲：容錯能力強；但實施成本高

部分網狀拓撲：在容錯能力與成本之間尋求平衡

 

 

三種通訊模式：

單播unicast

廣播broadcast

組播multicast

 

非屏蔽式雙絞線UTP：交叉線，直通線

 

UTP交叉線線序

T568B：橙白 橙 綠白 藍 藍白 綠 棕白 棕

T568A：綠白 綠 橙白 藍 藍白 橙 棕白 棕

 

網絡通訊傳輸模式

單工：單詞傳播，如收音機，廣播電臺

雙工：雙向

全雙工：同時雙向，如手機

半雙工：輪流雙向，如對講機

 

 

二、OSI參考模型

OSI(Open System Interconnect）開放系統互連參考模型是國際標準化組織(ISO)和國際電

報電話咨詢委員會(CCITT)聯合制定的開放系統互連參考模型，為開放式互連信息系統提供了一種

功能結構的框架。它從低到高分別是：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層

和應用層。

 

其目的是為異種計算機互連提供一個共同的基礎和標準框架，并為保持相關標準的一致性和兼容性

提供共同的參考。OSI參考模型如下圖所示：

 

 

OSI模型的七層結構：下層為相鄰的上層提供服務

 

應用層：

作用：針對特定應用的協議

PDU：message

協議有：HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP

特性：網絡進程訪問應用層

為應用程序進行（如電子郵件、文件傳輸和終端仿真）提供網絡服務

提供用戶身份驗證

 

 

表示層：

作用：設備固有數據格式和網絡標準數據格式的轉換

PDU：message

格式有，JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等

特性：數據表示

確保接收系統可以讀出該數據

格式化數據

構建數據

協商用于應用層的數據傳輸語法

提供加密

 

 

會話層：

作用：通信管理。負責建立和斷開通信連接（數據流動的邏輯通路）。管理傳輸層

以下的分層

PDU：message

對應主機進程，指本地主機與遠程主機正在進行的會話

特性：主機間通信

建立、管理和終止在應用程序之間的會話

 

 

傳輸層：

作用：管理兩個節點之間的數據傳輸，負責可靠傳輸（確保數據被可靠的傳送到目

的地址）。

PDU：段segment

協議有：TCP UDP，數據包一旦離開網卡即進入網絡傳輸層

特性：傳輸問題

確保數據傳輸的可靠性

建立、維護和終止虛擬電路

通過錯誤檢測和恢復

信息流控制來保障可靠性

 

 

網絡層：

作用：地址管理與路由選擇

PDU：包packet

邏輯地址：IP地址

協議有：ICMP IGMP IP（IPV4 IPV6） ARP RARP

特性：數據傳輸

路由數據包

選擇傳遞數據的最佳路徑

支持邏輯尋址和路徑選擇

 

 

數據鏈路層：

作用：互連設備之間傳送和識別數據幀

PDU：幀frame

物理地址：MAC地址

特性：訪問介質

定義如何格式化數據以便進行傳輸以及如何控制對網絡的訪問

支持錯誤檢測

 

 

物理層：

作用：以“0”、“1”代表電壓的高低、燈光的閃滅。界定連接器和網線的規格

PDU：節bit

特性：二進制傳輸

為啟動、維護已經關閉物流鏈路定義了電氣規范、機械規范、過程規范和功能規范

單位：位bit

 

 

PDU: Protocol Data Unit,協議數據單元是指對等層次之間傳遞的數據單位

物理層的 PDU是數據位 bit

數據鏈路層的 PDU是數據幀 frame

網絡層的PDU是數據包 packet

傳輸層的 PDU是數據段 segment

其他更高層次的PDU是消息 message

 

三、TCP/IP協議

TCP/IP也稱”國際協議簇”， 即不僅指 TCP/IP協議本身，而且包括與其有關的協議。 TCP

為傳輸控制協議，IP為網際協議，是網絡層最重要的協議。采用TCP/IP協議通過互聯網傳

送信息可減少網絡中的傳輸阻塞，方便大批量的數據在網上傳輸，從而提高網絡的傳輸效率。

TCP/IP協議簇的主要協議有TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等

 

TCP/IP模型共定義了四層，分別是應用層，和OSI參考模型的分層有對應關系：

網絡訪問層(Network Access Layer)與OSI模型中的物理層以及數據鏈路層對應，在TCP/IP參考模

型中并沒有詳細描述，只是指出主機必須使用某種協議與網絡相連。

 

Internet層(Internet Layer)是整個體系結構的關鍵部分，其功能是使主機可以把分組發往任何網

絡，并使分組獨立地傳向目標。這些分組可能經由不同的網絡，到達的順序和發送的順序也可能

不同。高層如果需要順序收發，那么就必須自行處理對分組的排序?；ヂ摼W層使用因特網協議(IP

，Internet Protocol)。TCP/IP參考模型的互聯網層和OSI參考模型的網絡層在功能上非常相似。

 

傳輸層(Tramsport Layer)使源端和目的端機器上的對等實體可以進行會話。在這一層定義了兩個

端到端的協議：傳輸控制協議(TCP，Transmission Control Protocol)和用戶數據報協議(UDP，

User Datagram Protocol)。

 

應用層(Application Layer)包含所有的高層協議，包括：虛擬終端協議(TELNET，

TELecommunications?NETwork)、文件傳輸協議(FTP，File Transfer Protocol)、電子郵件傳輸協議

(SMTP，Simple，Mail Transfer Protocol)、域名服務(DNS，Domain Name Service)、網上新聞傳輸協議

(NNTP，Net News Transfer Protocol)和超文本傳送協議(HTTP，HyperText Transfer Protocol)等。

 

四、常見網絡設備

Hub集線器

Hub：多端口中繼器，現已基本淘汰

Hub并不記憶該信息包是由哪個MAC地址發出，哪個MAC地址在Hub的哪個端口

Hub的特點：

共享帶寬

半雙工

 

以太網橋

交換式以太網的優勢

擴展了網絡帶寬

分割了網絡沖突域，使網絡沖突被限制在最小的范圍內

交換機作為更加智能的交換設備，能夠提供更多用戶所要

求的功能：優先級、虛擬網、遠程檢測…

 

學習時源MAC地址，轉發時目的MAC地址

網橋是不能隔斷廣播的

同一廣播域主機數量越多，網絡性能越差

 

交換機（switch）

交換機是一種基于MAC（網卡的硬件地址）識別，能完成封裝轉發數據

包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內部地址表中，

通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源

地址到達目的地址。

 

Hub和交換機區別

集線器屬于OSI的第一層物理層設備，而網橋屬于OSI的第二層數據鏈路層設備

從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，所有端口在一個沖突域里面。網橋

的可以通過端口隔離沖突

Hub是所有共享總線和共享帶寬。網橋每個端口占一個帶寬

 

 

路由器（router）

路由：把一個數據包從一個設備發送到不同網絡里的另一個設備上去。這些工作

依靠路由器來完成。路由器只關心網絡的狀態和決定網絡中的最佳路徑。路由的實

現依靠路由器中的路由表來完成。為了實現路由,路由器需要做下列事情:

分隔廣播域

選擇路由表中到達目標最好的路徑

維護和檢查路由信息

連接廣域網

 

雙絞線物理層

wifi網絡層

以太網數據鏈路層

 

搭建網絡的分層網絡架構：核心層、分布層、訪問層

核心層Core Layer：企業級應用快速轉發

分布層Distribution Layer：廣播域，路由，安全，遠程接入，訪問層匯聚

訪問層AccessLayer：終端接入