计算机网络基础：2.TCP/IP模型中的各层协议、IP地址

一、TCP/IP模型中的各层协议

        接着第一篇餐厅运营的例子来解释一下TCP/IP五层模型中的每一层协议：

1. 应用层（餐饮一体机）

        在TCP/IP模型中，应用层直接与用户交互，提供网络服务。这一层将OSI模型的应用层（点餐应用）、表示层（菜单）和会话层（预订系统）合并为一个应用层。具体的协议包括：

• HTTP/HTTPS：用于网页浏览（类似于菜单展示和在线点餐）。
• FTP：用于文件传输（像是顾客点的外带订单）。
• SMTP：用于电子邮件传输（如餐厅的电子订餐确认）。
• DNS：用于域名解析（类似于将顾客的名字转换为餐桌号）。

2. 传输层（调度员）

        传输层负责端到端的通信服务，确保数据完整性和顺序，类似于厨房的调度员，确保每道菜按顾客要求顺序送达。主要协议包括：

• TCP（Transmission Control Protocol）：提供可靠的、有序的数据传输（确保每道菜按顺序送达）。
• UDP（User Datagram Protocol）：提供不可靠但快速的数据传输（类似于不按顺序但快速送出的快餐）。

3. 网络层（前台）

        网络层处理数据包的路由和转发，类似于餐厅的前台，负责接收订单并分发到正确的厨房区域。主要协议包括：

• IP（Internet Protocol）：负责数据包的路由和地址识别（类似于前台根据订单内容分发到相应的厨房）。
• ICMP（Internet Control Message Protocol）：用于网络故障检测和报告（比如餐厅前台报告食材短缺或服务异常）。

4. 数据链路层（服务员）

        数据链路层确保数据在物理链路上的可靠传输，类似于餐厅的服务员，负责将订单从顾客传递到厨房。主要协议包括：

• Ethernet：常用的有线网络协议（有线点餐设备的传输方式）。
• Wi-Fi：常用的无线网络协议（无线点餐设备的传输方式）。

5. 物理层（设施）

        物理层负责传输原始比特流，类似于餐厅的物理设施，如餐桌、椅子、厨房设备等。它涉及实际的硬件连接和信号传输，相关协议包括：

• 光纤：高效的物理传输介质（类似于高效的物流系统）。
• 铜线：常见的电信传输介质（类似于常见的餐厅设施）。

二、IP地址

(一)概念

        在TCP/IP模型中，IP(Internet Protocol)地址就是餐厅的餐桌编号。每个餐桌（设备）都有一个唯一的编号，这样服务员（数据链路层）和前台（网络层）就能准确地将订单（数据包）送到正确的位置。

1. 唯一性：每个IP地址在全球范围内都是独一无二的，就像每个餐桌在餐厅中都有一个唯一的编号。这确保了每个设备（餐桌）都能被准确识别和定位。

2. 分层结构：IP地址通常分为网络部分和主机部分，类似于餐厅的区域编号和具体餐桌编号。例如，一个IP地址可能表示“东区-3号桌”，其中“东区”是网络部分，“3号桌”是主机部分。

3. 路由和转发：前台（网络层）根据IP地址将订单（数据包）分发到正确的厨房区域（目标网络），然后再由服务员（数据链路层）送到具体的餐桌（目标设备）。

4. 动态和静态：IP地址可以是动态分配的，类似于餐厅临时为顾客分配的餐桌；也可以是静态的，类似于餐厅中固定的VIP餐桌，总是为特定的顾客保留。

(二)分类

(1)IPv4与IPv6

        IPv4

        IPv4地址类似于较短的餐桌编号系统，只有32位二进制，约有42.28亿个地址，但实际可用的地址约为36.47亿。

        这种地址系统已经使用了很多年，但由于地址数量有限，逐渐枯竭，像一个有固定数量座位的餐厅，越来越多的顾客需要座位，导致座位不够用。

        IPv6

        IPv6地址类似于一个非常大的餐桌编号系统，使用128位二进制，提供约3.4×10^38个地址，几乎可以分配给每一粒沙子一个编号，远超过IPv4的能力。

        这种新地址系统解决了地址不足的问题，为未来的网络扩展提供了足够的空间，类似于一个可以容纳无数顾客的大型餐厅，永远不会遇到座位不足的问题。

(2)公网IP与私有IP

        公网IP

        公网IP地址就像是餐厅的街道地址（例如：6.6.6.6），这意味着任何人都可以通过这个地址找到餐厅并访问它。这是一个全球唯一的地址，可以在广域网上直接使用。

        一个设备拥有公网IP地址，就能在全球互联网上被其他设备访问，就像餐厅有一个公共的街道地址，任何顾客都能找到并前往用餐。

        私有IP

        私有IP地址就像是餐厅内部的桌子编号（例如：192.168.0.1至192.168.0.5）。这些编号仅在餐厅内部使用，不能在餐厅外部直接找到这些编号对应的具体位置。

        在局域网（餐厅内部）中，每个设备（桌子）都有一个私有IP地址，用于内部通信。但这些私有IP地址不能直接在全球互联网上使用，就像外部顾客不能通过桌子编号直接找到餐厅里的具体桌子。

(三)查看

        点设置，打开网络连接，选择更改适配器选项，选择一个网卡，右键点属性，选择Internet 协议版本4（TCP/IPv4）或者下面的IPv6，双击点入即可查看IP地址，也可以自己手动设置。

        或者命令行（cmd）：使用 ipconfig 命令快速查看。

(四)格式与子网掩码

        IP地址由四个十进制数字组成，每个数字范围在0到255之间，用点（.）分隔。例如：192.168.1.1。

1. 网络部分：类似于餐厅的大致区域。例如，192.168.1.1中的“192.168”部分可以表示餐厅的东区。
2. 主机部分：类似于餐厅的具体桌子编号。例如，192.168.1.1中的“1.1”部分可以表示东区的第1号桌子。

        子网掩码

        子网掩码就像是餐厅中的一个分区图，用来定义哪些桌子在同一个区域（网络）内，哪些在不同区域（网络）。

1. 作用：子网掩码用于区分IP地址的网络部分和主机部分。它定义了哪些位是网络位，哪些位是主机位，用于区分同一网络内的设备。

2. 格式：子网掩码通常表示为四个十进制数字，每个数字范围在0到255之间，用点（.）分隔。例如：255.255.255.0。

3. 例子：

   • 255.255.255.0：前24位为网络位（255），后8位为主机位（0）。
   • 255.255.0.0：前16位为网络位（255），后16位为主机位（0）。

4. 功能：子网掩码确定了IP地址的网段，影响数据包的路由方式。它帮助路由器决定数据包应该发送到哪个网络区域，就像餐厅前台通过分区图决定订单应该送到哪个区域的桌子。

   假设有一个IP地址和子网掩码：

• IP地址：192.168.1.10
• 子网掩码：255.255.255.0

   计算过程：

1. IP地址和子网掩码的二进制表示：

   • IP地址：192.168.1.10 转换成二进制是：11000000.10101000.00000001.00001010
   • 子网掩码：255.255.255.0 转换成二进制是：11111111.11111111.11111111.00000000

2. 网络部分和主机部分的区分：

   • 根据子网掩码，前24位是网络部分，后8位是主机部分。
   • 网络部分：11000000.10101000.00000001（192.168.1）
   • 主机部分：00001010（10）

3. 网络地址：

   • 通过将IP地址和子网掩码进行按位与操作（AND），得到网络地址：
     • 11000000.10101000.00000001.00001010
     • AND
     • 11111111.11111111.11111111.00000000
     • 结果是：11000000.10101000.00000001.00000000（192.168.1.0）

4. 广播地址：

   • 将子网掩码的主机部分全设为1，得到广播地址：
     • 11000000.10101000.00000001.00000000（网络地址）
     • OR
     • 00000000.00000000.00000000.11111111（子网掩码取反的主机部分）
     • 结果是：11000000.10101000.00000001.11111111（192.168.1.255）    

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_53529450/article/details/140627759

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！