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计算机网络能够把分布在各地的计算机和其他专门的外部设备用通信线路连接起来，形成一个功能强大的系统，使众多的计算机之间可以方便地传递信息，共享软硬件资源及信息数据。网络中的每个设备都称为节点。
计算机网络是非常复杂的系统，其中的计算机及其他设备要进行数据传输和交换需要建立共同遵守的规则，一般是由大量的协议和应用程序组成。为了降低对这种系统设计的复杂度，以分层的方式组织协议，其中每一层都建立在下一层的基础上并负责完成该层的功能，并为其上一层提供特定的服务。分层的方式有很多种，现在最受广泛认可的是国际标准化组织ISO的OSI参考模型。
OSI参考模型，全称是开放系统互连参考模型，包括7层结构，各层定义了不同的网络功能。OSI通过为开发商提供一个在设计硬件、协议和操作系统环境时遵守的体系结构，来实现相同或不同系统之间的通信。

1. OSI分层模型：

OSI只是一个概念框架，它包括一系列标准，定义如何封装数据以便数据能通过线路传送到远端主机。至于各层功能如何实现，主要由制造和实现硬件及协议的开发商和制造商去决定。只要一个部门或开发商遵循了OSI为某个特定层制定的规范，其产品就可以很容易地与其他遵循该标准的产品集成。
1）物理层：
传递信息需要利用一些物理介质，如双绞线、同轴缆等，但物理介质并不在OSI模型内。这里说的物理层提供接口和传输媒体的机械和电气规范，定义物理设备和接口在传输时所必须执行的过程和功能，如电缆和接头的类型、传送信号的电压、信号编码等。
2）数据链路层：
负责两个节点间无差错地传送以帧为单位的数据，以及物理寻址。在传送每一帧前，数据链路层在帧前面加一个头，在帧尾加4字节校验信息，由此组成一个数据帧。
制造商在每个网卡上写入MAC地址，6字节长，前3个字节主要指制造商，而后3个字节由厂商唯一分配，与数据链路层有关的设备必须能够识别出这些地址。
数据链路层给帧的头部加上源和目的的MAC地址，以标识发送该帧的设备的网卡地址和应该接收该帧的设备的地址。每一个MAC地址必须在整个网络中是唯一的。
3）网络层：
进行通信的计算机之间可能存在多个数据链路，也可能要经过多个通信子网。网络层的任务是确定数据报从源端到目的端的路由，负责将发送端的数据报能够按目的地址传送到接收端，包括分配源端和目的端的逻辑地址，并且为网络之间的数据流动选择最佳路径。管理员可以手工或以动态的方式分配逻辑地址，为了取得数据的最佳路由采用分组交换技术。
网络层用于地址解析或配置的协议有RARP、ARP、BootP、DHCP，用于诊断和控制的协议有ICMP，用于路由选择的协议有RIP、IGRP、EIGRP、OSPF、BGP。
4）传输层：
传输层标识每一个主机上通信的进程，管理数据的流动，并且处理面向连接的会话的流量控制。传输层采用客户和服务器的端口号标识运行于同一主机内的不同进程，利用Socket处理编址，标识在特定的设备上想要通信的一个高层程序或者进程地址。
传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP均属于传输层。无论是面向连接的或无连接的服务，传输层都处理端口或进程地址。
5）会话层：
管理和建立会话。一个会话由两个或多个系统上的一个对话组成。该层也处理对系统不同服务的请求同步，并对系统间请求的响应进行管理，还控制不同主机上两个应用之间的对话以及管理数据流。
网络基本输入输出系统NetBIOS是Microsoft所用的一个真正的会话层协议，提供了名字服务以及使用简单的名字服务的两个设备之间的会话服务。
6）表示层：
提供了跨越不同平台的公共数据格式，包括数据转换和翻译、压缩和解压缩、加密和解密。
7）应用层：
应用层的功能是为用户的协议栈提供一个接口，让一个用户能通过网络从一个应用到另一个应用访问数据，是为用户的数据提供封装和在网络上发送的窗口。
应用层部分服务包括：文件和打印服务、电子邮件、Web访问和HTTP、对远程主机的Telnet、文件传输协议FTP等。

当计算机将数据从一层传送到另一层时，每一层都加入头或控制信息，每一层仅仅将从上层传来的任何信息视为普通的高层数据。每一个低层都忽视高层的控制信息、头信息或数据，而仅仅把其作为本层的数据看待。每一层只使用远程主机上的对应层的头信息、控制信息和数据。每一个随后的低层加入自己的头和控制信息，并且传送到下一层。
一旦数据到达了数据链路层，系统就会运行一个循环冗余校验码CRC或帧校验序列FCS算法，然后系统把CRC作为校验加入到信息末尾。术语帧，指的是数据链路层的数据信息组。
一旦收到信息，接收方采用与发送方相反的处理过程，每一层去掉头信息并且将数据传送到高层，露出该层的头信息、控制信息和数据，直到应用层。
在实际传输过程中，各对等实体之间进行的通信是虚通信，也称为逻辑通信，而数据的实际传输方向是垂直的，只有物理介质上进行的通信是实通信。
目前计算机网络最普遍使用的是传输控制协议/网际协议（TCP/IP）。TCP/IP实际上是一系列协议，包括上百个各种功能的协议，而TCP和IP协议是保证数据完整传输的两个最基本的重要协议。
TCP/IP协议是在OSI模型之前已经建立，所以并不完全符合OSI的分层模型，但可以依照OSI模型的分层方式来分析其协议功能。

2. IEEE802.3标准：

目前，最常用的数据链路网络结构是以太网Ethernet，严格说是IEEE802.3标准，其定义了数据链路层和物理层的所有构件、功能、信道和距离限制，传输速率从最早的10Mbit/s，发展到100Mbit/s及1000Mbit/s，传输介质也从比较贵并难以铺设的同轴线缆变为廉价而铺设简易的双绞线。
IEEE802.3标准定义了一个基于广播传输的总线型网络体系，采用CSMA/CD竞争信道访问方法，CSMA/CD含义是载波侦听多路访问/冲突检测。当有多个设备在同一个信道同时传送数据时，就会发生信号冲突和帧的损坏。以太网只在信道空闲时传送数据，设备采用载波侦听的方式来检测信道是否空闲。如果线路上没有数据发送，则设备就访问该信道并立即传送数据，数据传送完后就释放该信道，并且在等待至少9.6us后才重新访问该信道。这样，就给了其他设备发送数据帧的机会。
在传输过程中，收发器对网络上的信号进行编码并且侦听冲突，当有冲突时，收发器内部冲突检测电路就向网卡发送一个信号通知它停止发送数据。
802.3规范把一帧内第64字节传送后发生的冲突称为迟冲突。超过介质的最大界定范围（传播延迟）或硬件错误都会发生迟冲突。基本的IEEE802.3的帧格式：

Preamble：前同步字符，64位，包括7字节的交替1和0
DA：目的地址，6字节
SA：源地址，6字节
Length：长度，2字节，帧内数据量必须小于等于1500，即05DC
Data：高层协议、数据和填充符
CRC：循环冗余校验，4字节
IEEE802.3允许的最小帧长是64字节，小于64字节的帧必须填充，最大帧长是1518字节。
现在实用的以太网主要是星形结构，用Hub连接各个本地节点设备组成局域网LAN，然后各个局域网之间通过网关或路由器连接而形成广域网WAN。这些都是目前遍及世界的互联网Internet的组成部分。

3.MAC地址：

计算机的物理地址是指分配给网卡的地址。对于Internet中的每个物理网络来说，其中的物理设备都有唯一的地址，以便可以在同一个物理网络内能彼此识别。
在以太网中，物理地址是一个长度为48位的地址，此地址在网卡的生产过程中就被固化在卡上。TCP/IP参考模型的网络接口层只能通过物理地址与其他计算机通信。以太网的地址是不能改动的。
以太网的硬件地址也称为介质访问（MAC）地址。MAC地址有3种类型：单播、多播和广播，三种地址都为6字节，即48位，其中广播地址固定为FFFFFFFFFFFF。
网络上的节点能够将数据帧传输给单个站点的帧称为单播帧，传输给多个站点的帧称为多播帧，传输给所有站点的帧称为广播帧。当NIC（Network Interface Card，网络接口卡）不传输数据时，就在线路上侦听MAC帧并检查其中的目的地址，如果看到自己的地址在MAC帧的目的地址时，就会复制该帧并传到上层协议。当一个站点看到目的地址全由F组成时，知道是广播地址，也必须复制并查看该帧。
MAC地址有一个唯一的方法来标识它们所属的硬件，每个MAC地址的前3个字节称为组织唯一标识符（Origanizationally Unique Identifier，OUI）。任何一个供应商制作NIC卡都要从IEEE那里请求一个OUI，供应商使用得到的3个字节作为他们生产的NIC卡的前3个字节，然后再去分配其余的3个字节。由于前3个字节是固定的，因此每个供应商可以利用其余3个字节生产大约150万个NIC卡。供应商通常的OUI示例：

在IEEE注册的OUI清单地址：http://standards.ieee.org/regauth/oui/oui.txt
MAC的第1比特在多播和广播中总是设为1，第2比特是为那些使用非公共用途NIC卡的组织保留的，这个比特让这些组织可以选择自己的OUI而不必考虑那些为其他供应商保留的OUI。如果这个本地比特设为1，则这就是个非公共用途的NIC，用于特殊目的，通常不能与由NIC卡制造商出售的通用NIC混用。
上面介绍的是以太网Ethernet的物理地址。但不同的物理网络的硬件编码方法、编址空间都不同，当不同的物理网络组织在一起时，物理设备就无法用物理地址对其唯一标识，因此TCP/IP协议族中引入了IP地址来统一Internet中所有的物理设备的编址。