第3讲计算机网络通信协议

head data ⽹络基础之⽹络协议篇⼀.操作系统基础操作系统:(Operating System，简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运⾏在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的⽀持下才能运⾏。

注：计算机(硬件)－>os－>应⽤软件⼆.⽹络通信原理2.1 互联⽹的本质就是⼀系列的⽹络协议⼀台硬设有了操作系统，然后装上软件你就可以正常使⽤了，然⽽你也只能⾃⼰使⽤像这样，每个⼈都拥有⼀台⾃⼰的机器，然⽽彼此孤⽴如何能⼤家⼀起玩耍然⽽internet为何物？其实两台计算机之间通信与两个⼈打电话之间通信的原理是⼀样的（中国有很多地区，不同的地区有不同的⽅⾔，为了全中国⼈都可以听懂，⼤家统⼀讲普通话）普通话属于中国国内⼈与⼈之间通信的标准，那如果是两个国家的⼈交流呢？问题是，你不可能要求⼀个⼈／计算机掌握全世界的语⾔／标准，于是有了世界统⼀的通信标准：英语结论：英语成为世界上所有⼈通信的统⼀标准，如果把计算机看成分布于世界各地的⼈，那么连接两台计算机之间的internet实际上就是⼀系列统⼀的标准，这些标准称之为互联⽹协议，互联⽹的本质就是⼀系列的协议，总称为‘互联⽹协议’（Internet Protocol Suite).互联⽹协议的功能：定义计算机如何接⼊internet，以及接⼊internet 的计算机通信的标准。

2.2 osi七层协议互联⽹协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层每层运⾏常见物理设备OSI七层协议数据传输的封包与解包过程2.3 tcp/ip五层模型讲解我们将应⽤层，表⽰层，会话层并作应⽤层，从tcp／ip五层协议的⾓度来阐述每层的由来与功能，搞清楚了每层的主要协议就理解了整个互联⽹通信的原理。

⾸先，⽤户感知到的只是最上⾯⼀层应⽤层，⾃上⽽下每层都依赖于下⼀层，所以我们从最下⼀层开始切⼊，⽐较好理解每层都运⾏特定的协议，越往上越靠近⽤户，越往下越靠近硬件2.3.1 物理层物理层由来：上⾯提到，孤⽴的计算机之间要想⼀起玩，就必须接⼊internet，⾔外之意就是计算机之间必须完成组⽹物理层功能：主要是基于电器特性发送⾼低电压(电信号)，⾼电压对应数字1，低电压对应数字02.3.2 数据链路层数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位⼀组，每组什么意思数据链路层的功能：定义了电信号的分组⽅式以太⽹协议：早期的时候各个公司都有⾃⼰的分组⽅式，后来形成了统⼀的标准，即以太⽹协议ethernetethernet规定⼀组电信号构成⼀个数据包，叫做‘帧’每⼀数据帧分成：报头head和数据data两部分head包含：(固定18个字节)发送者／源地址，6个字节接收者／⽬标地址，6个字节数据类型，6个字节data包含：(最短46字节，最长1500字节)数据包的具体内容head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最⼤限制就分⽚发送mac地址：head中包含的源和⽬标地址由来：ethernet规定接⼊internet的设备都必须具备⽹卡，发送端和接收端的地址便是指⽹卡的地址，即mac地址mac地址：每块⽹卡出⼚时都被烧制上⼀个世界唯⼀的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表⽰（前六位是⼚商编号，后六位是流⽔线号）⼴播：有了mac地址，同⼀⽹络内的两台主机就可以通信了（⼀台主机通过arp协议获取另外⼀台主机的mac地址）ethernet 采⽤最原始的⽅式，⼴播的⽅式进⾏通信，即计算机通信基本靠吼2.3.3 ⽹络层⽹络层由来：有了ethernet、mac地址、⼴播的发送⽅式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联⽹是由⼀个个彼此隔离的⼩的局域⽹组成的，那么如果所有的通信都采⽤以太⽹的⼴播⽅式，那么⼀台机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，这会是⼀种灾难上图结论：必须找出⼀种⽅法来区分哪些计算机属于同⼀⼴播域，哪些不是，如果是就采⽤⼴播的⽅式发送，如果不是，就采⽤路由的⽅式（向不同⼴播域／⼦⽹分发数据包），mac地址是⽆法区分的，它只跟⼚商有关⽹络层功能：引⼊⼀套新的地址⽤来区分不同的⼴播域／⼦⽹，这套地址即⽹络地址IP协议：规定⽹络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，⼴泛采⽤的v4版本即ipv4，它规定⽹络地址由32位2进制表⽰范围0.0.0.0-255.255.255.255⼀个ip地址通常写成四段⼗进制数，例：172.16.10.1ip地址分成两部分⽹络部分：标识⼦⽹主机部分：标识主机注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从⽹络部分或主机部分都⽆法辨识⼀个ip所处的⼦⽹例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定⼆者处于同⼀⼦⽹⼦⽹掩码所谓”⼦⽹掩码”，就是表⽰⼦⽹络特征的⼀个参数。

⽹络通信协议（互联⽹协议）阅读⽬录⼀.操作系统基础 操作系统:(Operating System，简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运⾏在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的⽀持下才能运⾏。

注：计算机(硬件)－>os－>应⽤软件 有关操作系统详细的介绍和原理请看这⾥>>>，不是你们现在这个阶段需要学习的，还是⽼样⼦，先⼤致了解⼀下就⾏啦。

⼆.⽹络通信原理 2.1 互联⽹的本质就是⼀系列的⽹络协议 当我们通过⾃⼰电脑的浏览器访问京东的时候，，我们是在浏览器上输⼊了⼀个⽹址，但是我们都知道，互联⽹连接的电脑互相通信的是电信号，我们的电脑是怎么将我们输⼊的⽹址变成了电信号然后发送出去了呢，并且我们发送出去的消息是不是应该让京东的服务器能够知道，我们是在请求它的⽹站呢，也就是说京东是不是应该知道我发送的消息是什么意思呢。

是不是发送的消息应该有⼀些固定的格式呢？让所有电脑都能识别的消息格式，他就像英语成为世界上所有⼈通信的统⼀标准⼀样，如果把计算机看成分布于世界各地的⼈，那么连接两台计算机之间的internet实际上就是⼀系列统⼀的标准，这些标准称之为互联⽹协议，互联⽹的本质就是⼀系列的协议，总称为‘互联⽹协议’（Internet Protocol Suite)。

互联⽹协议的功能：定义计算机如何接⼊internet，以及接⼊internet的计算机通信的标准。

先看⼀下⽹络通信的整个流程，下⾯是图解，关于⽹络通信流程的⼤致介绍(包含路由器、交换机、DNS服务器等等的内容，请看这⾥>>>) 2.2 osi七层协议 互联⽹协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层 下⾯这些协议简单知道⼀些常⽤的就⾏。

（不是重点）各层的功能简述：【1】物理层：主要定义物理设备标准，如⽹线的接⼝类型、光纤的接⼝类型、各种传输介质的传输速率等。

TCP/IP协议课程教学大纲（TCP/IPProtoco1）学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：网络工程一、课程的性质、目的和任务本课程是为网络工程专业本科生开设的专业方向选修课，通过本课程的学习，学生应该能够了解多个物理网络为什么能够互连成为一个协调得很好的系统，互连网络协议是怎样工作的，应用程序怎样使用互连网络系统。

学生还可以了解到TCP/IPInternet的许多技术细节。

二、课程教学的基本要求本课程是网络工程专业的一门重要的专业方向选修课，其理论性和应用性均较强。

在教学方法上，采用课堂讲授，课后自学，课堂讨论等教学形式。

教师在课堂上应对TCP/IP协议的基本概念、原理和协议进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点、难点内容；讲授中应注意理论联系实际，TCP/IP协议联系网络程序设计。

三、课程教学的内容、重点和难点由于IP协议大部分内容在计算机网络课程中已经讲过，本课程不全面学习IP协议。

第一章概述（2学时）一、主要内容：（一）了解计算机网络、TCP/IP协议的产生和TCP/IP协议簇（二）理解TCP/IP协议的体系结构和TCP/IP协议的工作过程重点：计算机网络，Internet简介，TCP/IP协议的产生难点：TCP/IP协议的体系结构，TCP/IP协议的工作过程，TCP/IP协议簇。

第二章差错与控制报文协议（3学时）一、主要内容：（一）理解ICMP的应用环境，了解ICMP报文的类型（二）理解各种ICMP报文的应用和结构，掌握ICMP地址掩码请求与应答的工作过程（三）掌握ICMP时间戳请求与应答的工作过程，掌握ICMP端口不可达差错的工作过第三章传输层协议（3学时）一、主要内容：（一）理解进程间通信和TCP段格式，掌握TCP连接的建立和拆除（二）掌握TCP流量控制、拥塞控制和差错控制（三）理解TCP状态转换图，掌握用户数据报协议。

重点：TCP连接的建立和拆除，TCP流量控难点：TCP拥塞控制，TCP差错控制第四章域名系统（3学时）一、主要内容：（-）理解命名机制、因特网域名和DNS服务器（二）掌握域名解析、DNS报文格式、DNS资源记录和DNS配置重点：命名机制与名称管理，因特网域名，DNS服务器难点：DNS配置及数据库文件第五章引导协议与动态主机配置协议（3学时）一、主要内容：（一）理解BOOTP原理和DHCP/B00TP中继代理，掌握BOOTP报文和DHCP运行方式（二）了解启动配置文件和DHCP基。

计算机各种协议讲解 计算机⽹络学习的核⼼内容就是⽹络协议的学习。

⽹络协议是为计算机⽹络中进⾏数据交换⽽建⽴的规则、标准或者说是约定的集合。

因为不同⽤户的数据终端可能采取的字符集是不同的，两者需要进⾏通信，必须要在⼀定的标准上进⾏。

⼀个很形象地⽐喻就是我们的语⾔，我们⼤天朝地⼴⼈多，地⽅性语⾔也⾮常丰富，⽽且⽅⾔之间差距巨⼤。

A地区的⽅⾔可能B地区的⼈根本⽆法接受，所以我们要为全国⼈名进⾏沟通建⽴⼀个语⾔标准，这就是我们的普通话的作⽤。

同样，放眼全球，我们与外国友⼈沟通的标准语⾔是英语，所以我们才要苦逼的学习英语。

计算机⽹络协议同我们的语⾔⼀样，多种多样。

⽽ARPA公司与1977年到1979年推出了⼀种名为ARPANET的⽹络协议受到了⼴泛的热捧，其中最主要的原因就是它推出了⼈尽皆知的TCP/IP标准⽹络协议。

⽬前TCP/IP协议已经成为Internet中的“通⽤语⾔”，下图为不同计算机群之间利⽤TCP/IP进⾏通信的⽰意图。

1. ⽹络层次划分 为了使不同计算机⼚家⽣产的计算机能够相互通信，以便在更⼤的范围内建⽴计算机⽹络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了“开放系统互联参考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。

它将计算机⽹络体系结构的通信协议划分为七层，⾃下⽽上依次为：物理层（Physics Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、⽹络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表⽰层（Presentation Layer）、应⽤层（Application Layer）。

其中第四层完成数据传送服务，上⾯三层⾯向⽤户。

除了标准的OSI七层模型以外，常见的⽹络层次划分还有TCP/IP四层协议以及TCP/IP五层协议，它们之间的对应关系如下图所⽰：2. OSI七层⽹络模型 TCP/IP协议毫⽆疑问是互联⽹的基础协议，没有它就根本不可能上⽹，任何和互联⽹有关的操作都离不开TCP/IP协议。

计算机网络协议分析教案一、引言1.1计算机网络协议的定义与重要性1.1.1定义：计算机网络协议是计算机网络中用于数据交换的规则集合。

1.1.2重要性：协议确保了不同计算机和网络设备之间的有效通信。

1.1.3应用范围：涵盖了互联网、局域网、广域网等多种网络环境。

1.1.4发展历程：从ARPANET到现代互联网，协议不断演进和更新。

1.2教学目的与背景1.2.1教学目的：使学生理解并掌握计算机网络协议的基本原理和应用。

1.2.2背景介绍：互联网的快速发展对计算机网络协议提出了更高的要求。

1.2.3与现实生活的联系：日常生活中的网络活动都离不开网络协议的支持。

1.2.4未来趋势：5G、物联网等新兴技术对协议发展的影响。

1.3教学内容概述1.3.1教学重点：TCP/IP协议族、网络层和传输层协议。

1.3.2教学难点：协议的工作原理和配置管理。

1.3.3教学方法：理论讲解、案例分析、实验操作相结合。

1.3.4教学资源：教科书、在线资源、实验室设备。

二、知识点讲解2.1网络协议的基本概念2.1.1协议的三要素：语法、语义、时序。

2.1.2协议分层：OSI七层模型与TCP/IP四层模型。

2.1.3协议标准化：国际组织与标准制定过程。

2.1.4协议的类型：应用层、传输层、网络层等。

2.2TCP/IP协议族2.2.1TCP/IP模型结构：应用层、传输层、网络层、链路层。

2.2.2IP协议：数据包的传输和路由选择。

2.2.3TCP协议：提供可靠的数据传输服务。

2.2.4常见应用层协议：、FTP、DNS等。

2.3网络层与传输层协议2.3.1网络层协议：IP、ICMP、IGMP等。

2.3.2传输层协议：TCP、UDP、SCTP等。

2.3.3协议的功能与特点：数据包封装、路由选择、流量控制等。

2.3.4协议的选择与配置：根据应用需求选择合适的协议。

三、教学内容3.1网络协议的基本原理3.1.1数据封装与解封装：数据在网络中的传输过程。

协议的定义（1）、两个计算机间通信时对传输信息内容的理解、信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必需进行一个共同的约定，我们称为协议（Protocol）。

一般来说，协议要由如下三个要素组成：（1）语义（Semantics）。

涉及用于协调和差错处理的控制信息。

（2）语法（Syntax）。

涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。

（3）定时（Timing）。

涉及速度匹配和排序等。

协议本质上无非是一种网上交流的约定，由于联网的计算机类型可以各不相同，各自使用的操作系统和应用软件也不尽相同，为了保持彼此之间实现信息交换和资源共享，它们必须具有共同的语言，交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵行某种互相都能够接受的规则。

目前，全球最大的网络是因特网（Internet），它所采用的网络协议是TCP/IP协议。

它是因特网的核心技术。

TCP/IP协议，具体的说就是传输控制协议（Transmission Control Protocol，即TCP）和网际协议（Internet Protocol，即IP）。

其中TCP协议用于负责网上信息的正确传输，而IP协议则是负责将信息从一处传输到另一处。

TCP/IP协议本质上是一种采用分组交换技术的协议。

其基本思想是把信息分割成一个个不超过一定大小的信息包来传送。

目的是：一方面可以避免单个用户长时间地占用网络线路；另一方面，可以在传输出错时不必重新传送全部信息，只需重传出错的信息包就行了。

网络协议及其功能1 概述网络协议是控制计算机在网络传输介质上进行信息交换的规则和约定。

按照国际标准化组织( ISO) 制定的网络体系结构参考模型(OSI) , 共分为7 层: 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

会话层、表示层和应用层往往被合并称为高层网络协议, 因此整个网络体系结构也可分为物理层协议、数据链路层协议、网络层协议、传输层协议及高层协议。

通常, 一个协议可以实现OSI 的一层或多层功能。