计算机网络基础(OSI,TCP/IP)

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我是靠谱客的博主干净红牛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍计算机网络基础(OSI,TCP/IP)，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

计算机网络
什么是计算机网络连接，这个连接的意思也就是通过什么样的介质，是电磁波，光钎，以及铜线以及双绞线等将多个计算机集中起来然后通过这些介质进行一个数据共享，在数据共享的时候这些数据将会被调制解调器转换成相应的介质能够传播的信号如将数据转换成电信号在铜线中传播或者将电信号转换成光信号，电磁波等进行传播，简单的几台计算机之间相互连接和数据共享是很容易的并且不会造成大的麻烦但是随着用户量的增多，并且有区域和城市之间的区别如何将这些要素综合的考虑进来组织成一个计算机网络，这就是我所说的计算机网络。
如何将大量的分布在不同地区的计算机让他们畅通无阻的进行信息交换？
加入我们现在有两个场景，A和B在同一个房间他们通过光钎将两台计算机进行连接通信达到目的，但是A还想和C进行通信但是C在另外一个地区和A不再同一个范围并且不能自己通过手动架线进行连接，那么他应该怎么办?这时候就需要一个网络端局，网络端局的作用是帮助你连接到不同地区的不同计算机。如果是无线网络的话可以通过卫星进行一个定位就可以找到你想要找的计算机了但是光钎等一些其他介质还是没这么方便。
这些计算机在物理上达到可以连接的条件后就是关于统一和规范计算机之间如何发送数据，如果找到接收数据的计算机，如何在互联网中定位自己的计算机，如何解析接收发送过来的数据并且在发送过程中有没有出现错误或者发送了但是没有接收到等，并且发送和接收的速度是否适合等这些问题就是计算机协议要处理的问题。

标注的计算机网络通信协议OSI
OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）
七层网络模型称为开放式系统互联参考模型，是一个逻辑上的定义，一个规范，它把网络从逻辑上分为了7层。每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机。OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。
物理层（Physical Layer）
数据链路层（Datalink 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）

TCP/IP计算机通信协议和OSI计算机通信协议的对比

(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
---------------------------------------+------
TCP/IP OSI(Open System Interconnection)
---------------------------------------+------
应用层应用层
表示层
会话层
---------------------------------------+------
主机到主机层（TCP）（又称传输层）传输层
---------------------------------------+------
网络层（IP）网络层
---------------------------------------+------
网络接口层（又称链路层）数据链路层
物理层
---------------------------------------+------
在TCP中用于解决数据传输中遇到的问题如发送没有收到是否需要重新传输
网络层主要用于帮计算机在互联网中进行一个逻辑定位

网络接口层作用
数据链路层负责将网络层的数据包通过物理线路发送出去，或者从物理线路接收帧，形成网络层认识的数据包交给网络层。
常见的接口层协议有:Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame relay、HDLC、PPP ATM等。

网络层作用
网络层负责不同地方的计算机的通信。
一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。　　
二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。　三、处理路径、流控、拥塞等问题。

网络层包括的协议：IP(Internet Protocol）协议、ICMP(Internet Control Message Protocol) 控制报文协议【用于检查两台计算机之间是否建立了有效连接】、
ARP(Address Resolution Protocol）地址转换协议、RARP(Reverse ARP)反向地址转换协议。

ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)是获取物理地址的一个TCP/IP协议。某节点的IP地址的ARP请求被广播到网络上后，这个节点会收到确认其物理地址的应答，这样的数据包才能被传送出去。RARP(逆向ARP)经常在无盘工作站上使用，以获得它的逻辑IP地址。
1. 什么是ARP? ARP (Address Resolution Protocol) 是个地址解析协议。最白的说法是：在IP-以太网中，当一个上层协议要发包时，有了节点的IP地址，ARP就能提供该节点的MAC地址。 2. 为什么要有ARP？ OSI 模式把网络工作分为七层，彼此不直接打交道，只通过接口(layre interface). IP地址在第三层, MAC地址在第二层。协议在发生数据包时，得先封装第三层（IP地址），第二层（MAC地址）的报头, 但协议只知道目的节点的IP地址，不知道其地址，又不能跨第二、三层，所以得用ARP的服务。 3. 什么是ARP cache? ARP cache 是个用来储存(IP, MAC)地址的缓冲区。当ARP被询问一个已只IP地址节点的MAC地址时，先在ARP cache 查看，若存在，就直接返回MAC地址，若不存在，才发送ARP request向局域网查询。 4. ARP 有什么命令行？常用的包括：（格式因操作系统、路由器而异，但作用类似）- 显示ARP cache: show arp; arp -a - 清除ARP cache: arp -d

【原理
　　在TCP/IP协议中，A给B发送IP包，在包头中需要填写B的IP为目标地址，但这个IP包在以太网上传输的时候，还需要进行一次以太包的封装，在这个以太包中，目标地址就是B的MAC地址.
　　计算机A是如何得知B的MAC地址的呢？解决问题的关键就在于ARP协议。
　　在A不知道B的MAC地址的情况下，A就广播一个ARP请求包，请求包中填有B的IP(192.168.1.2)，以太网中的所有计算机都会接收这个请求，而正常的情况下只有B会给出ARP应答包，包中就填充上了B的MAC地址，并回复给A。
　　A得到ARP应答后，将B的MAC地址放入本机缓存，便于下次使用。
　　本机MAC缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。
　　ARP协议并不只在发送了ARP请求才接收ARP应答。当计算机接收到ARP应答数据包的时候，就会对本地的ARP缓存进行更新，将应答中的IP和MAC地址存储在ARP缓存中。因此，当局域网中的某台机器B向A发送一个自己伪造的ARP应答，而如果这个应答是B冒充C伪造来的，即IP地址为C的IP，而MAC地址是伪造的，则当A接收到B伪造的ARP应答后，就会更新本地的ARP缓存，这样在A看来C的IP地址没有变，而它的MAC地址已经不是原来那个了。由于局域网的网络流通不是根据IP地址进行，而是按照MAC地址进行传输。所以，那个伪造出来的MAC地址在A上被改变成一个不存在的MAC地址，这样就会造成网络不通，导致A不能Ping通C！这就是一个简单的ARP欺骗。】

传输层
　　提供应用程序间的通信。
其功能包括：
一、格式化信息流；
二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。　　
传输层协议
主要：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP(User Datagram protocol）。

应用层
　　向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。
TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。　　
应用层一般是面向用户的服务。如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。　　
FTP(File Transfer Protocol）是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。　　
Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。　　
DNS(Domain Name Service）是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换。　　
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol）是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转。　　　
POP3(Post Office Protocol 3）是邮局协议第3版本，用于接收邮件。　

总结
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OSI中的层功能 TCP/IP协议族
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应用层文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端 TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，RIP，Telnet
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表示层数据格式化，代码转换，数据加密没有协议
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会话层解除或建立与别的接点的联系没有协议
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传输层提供端对端的接口 TCP，UDP
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网络层为数据包选择路由 IP，ICMP，OSPF，BGP，IGMP，ARP，RARP
---------+-------------------------------------+------------------------------------------------+---------------------------------------------+
数据链路层传输有mac地址的帧以及错误检测功能 SLIP，CSLIP，PPP，MTU，ARP，RARP
---------+-------------------------------------+------------------------------------------------+---------------------------------------------+
物理层以二进制数据形式在物理媒体上传输数据 ISO2110，IEEE802，IEEE802.2
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数据格式
　　数据帧：帧头+IP数据包+帧尾（帧头包括源和目标主机MAC地址及类型，帧尾是校验字）　　
IP数据包：IP头部+TCP数据信息（IP头包括源和目标主机IP地址、类型、生存期等）　　 TCP数据信息：TCP头部+实际数据 (TCP头包括源和目标主机端口号、顺序号、确认号、校验字等）

【
运作机制
1.IP
　　IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。　　高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有效的。也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫作IP source routing，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。
2.TCP
　　TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于点对点的通讯。　　TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。　　如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。　　TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。　　面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。
3.UDP
　　UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。　　UDP通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出丢包现象，实际应用中要求在程序员编程验证。　　UDP与TCP位于同一层，但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询---应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用 UDP的服务包括NTP（网络时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。　　欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也可以称为握手）（因为在两个系统间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。
4.ICMP
　　ICMP与IP位于同一层，它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机通向其他系统的更准确的路径，而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外，如果路径不可用了，ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。 PING是最常用的基于ICMP的服务。
】

【
通讯端口
　　TCP和UDP服务通常有一个客户/服务器的关系，例如，一个Telnet服务进程开始在系统上处于空闲状态，等待着连接。用户使用Telnet客户程序与服务进程建立一个连接。客户程序向服务进程写入信息，服务进程读出信息并发出响应，客户程序读出响应并向用户报告。因而，这个连接是双工的，可以用来进行读写。　　
两个系统间的多重Telnet连接是如何相互确认并协调一致呢？
TCP或UDP连接唯一地使用每个信息中的如下四项进行确认：　　
源IP地址发送包的IP地址。　　
目的IP地址接收包的IP地址。　　
源端口源系统上的连接的端口。　　
目的端口目的系统上的连接的端口。　　
端口是一个软件结构，被客户程序或服务进程用来发送和接收信息。一个端口对应一个16比特的数。服务进程通常使用一个固定的端口，例如，SMTP使用25、Xwindows使用6000。这些端口号是‘广为人知’的，因为在建立与特定的主机或服务的连接时，需要这些地址和目的地址进行通讯。
】

【
IP地址
　　在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，我们称它为主机。为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址。
就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样，才不至于在传输资料时出现混乱。　　
Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。所以，在Internet网络中，网络地址唯一地标识一台计算机。　　
我们都已经知道，Internet是由几千万台计算机互相连接而成的。而我们要确认网络上的每一台计算机，靠的就是能唯一标识该计算机的网络地址，这个地址就叫做IP（Internet Protocol的简写）地址，即用Internet协议语言表示的地址。目前，在Internet里，IP地址是一个32位的二进制地址，为了便于记忆，将它们分为4组，每组8位，由小数点分开，用四个字节来表示，而且，用点分开的每个字节的数值范围是0~255，如202.116.0.1，这种书写方法叫做点数表示法。
】

什么是子网掩码?
两个ip地址和同一个子网掩码进行AND运算后得到他们之间的通信是否需要路由通信也就是这两台机器之间的子网号是不同的

子网掩码和ip地址的关系
　　以下均为C类网
　　子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。
　　最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。就这么简单。
运算示例
　　运算演示之一：aa
　　I P 地址　192.168.0.1
　　子网掩码　255.255.255.0
　　AND运算(AND运算法则：1 与1 = 1 ,1 与0 = 0 ,0 与1 = 0 ,0 与0 = 0 ,即当对应位均为1时结果为1，其余为0。)
　　转化为二进制进行运算：
　　I P 地址　11000000.10101000.00000000.00000001
　　子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000
　　AND运算
　　11000000.10101000.00000000.00000000
　　转化为十进制后为：
　　192.168.0.0
　　运算演示之二：
　　I P 地址　192.168.0.254
　　子网掩码　255.255.255.0
　　AND运算
　　转化为二进制进行运算：
　　I P 地址　11000000.10101000.00000000.11111110
　　子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000
　　AND运算
　　11000000.10101000.00000000.00000000
　　转化为十进制后为：
　　192.168.0.0
　　运算演示之三：
　　I P 地址　192.168.0.4
　　子网掩码　255.255.255.0
　　AND运算
　　转化为二进制进行运算：
　　I P 地址　11000000.10101000.00000000.00000100
　　子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000
　　AND运算
　　11000000.10101000.00000000.00000000
　　转化为十进制后为：
　　192.168.0.0
　　通过以上对三组计算机IP地址与子网掩码的AND运算后，我们可以看到它运算结果是一样的。均为192.168.0.0
　　所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络，然后进行通讯的。我现在单位使用的代理服务器，内部网络就是这样规划的。
　　也许你又要问，这样的子网掩码究竟有多少个IP地址可以用呢？你可以这样算。
　　根据上面我们可以看出，局域网内部的ip地址是我们自己规定的（当然和其他的ip地址是一样的），这个是由子网掩码决定的通过对255.255.255.0的分析。可得出：
　　前三位IP码由分配下来的数字就只能固定为192.168.0　所以就只剩下了最后的一位了，那么显而易见了，ip地址只能有（2的8次方-2），即256-2=254，一般主机地址全为0或者1（二进制）有其特殊的作用。
　　那么你可能要问了：如果我的子网掩码不是255.255.255.0呢？你也可以这样做啊假设你的子网掩码是255.255.128.0
　　那么你的局域网内的ip地址的前两位肯定是固定的了
　　这样，你就可以按照下边的计算来看看同一个子网内到底能有多少台机器
　　1．十进制128 = 二进制1000 0000
　　2．IP码要和子网掩码进行AND运算
　　3．
　　I P 地址　11000000.10101000.1*******.********
　　子网掩码　11111111.11111111.10000000.00000000
　　AND运算
　　11000000.10101000.10000000.00000000
　　转化为十进制后为：
　　192 . 168. 128 . 0
　　4．可知我们内部网可用的IP地址为：
　　11000000.10101000.10000000.00000000
　　到
　　11000000.10101000.11111111.11111111
　　(也可以是：11000000.10101000.00000000.00000000 到11000000.10101000.01111111.11111111)
　　5．转化为十进制：
　　192 . 168.128.0 到192 . 168.255.255 （或者192.168.0.0到192.168.127.255）
　　6．0和255通常作为网络的内部特殊用途。通常不使用。
　　7．于是最后的结果如下：我们单位所有可用的IP地址为：
　　192.168.128.1-192.168.128.254
　　192.168.129.1-192.168.129.254
　　192.168.130.1-192.168.130.254
　　192.168.131.1-192.168.131.254
　　. . . . . . . . . . . . .
　　192.168.139.1-192.168.139.254
　　192.168.140.1-192.168.140.254
　　192.168.141.1-192.168.141.254
　　192.168.142.1-192.168.142.254
　　192.168.143.1-192.168.143.254
　　. . . . . . . . . . . . .
　　192.168.254.1-192.168.254.254
　　192.168.255.1-192.168.255.254
　　8．总数为(255-128+1)*(254-1+1) =128 * 254 = 32512
　　子网内包含的机器数目应该是2^n-2，比如说上面的子网掩码是255.255.128.0，那么他的网络号是17位，主机号是15位，只要主机号不全是0或者1就是可以的，所以ip地址是192.168.192.0(11000000.10101000.11000000.00000000)也允许，除掉全0全1，结果为2^15-2*(255-128+1)=32512
　　9．看看的结果是否正确
　　(1)、设定IP地址为192.168.128.1
　　Ping 192.168.129.233通过测试
　　访问http://192.168.129.233可以显示出主页
　　(2)、设定IP地址为192.168.255.254
　　Ping 192.168.255.254 通过测试
　　访问http://192.168.255.254 可以显示出主页
　　10．结论
　　以上证明我们的结论是对的。
　　现在你就可以看你的子网中能有多少台机器了
　　255.255.255.128
　　分解：
　　11111111.11111111.11111111.10000000
　　所以你的内部网络的ip地址只能是
　　xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.0???????
　　到
　　xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.01111111
　　子网掩码

子网上的主机号
192.168.1.【11】
255.255.255.0

子网掩码和ip地址的关系
　　以下均为C类网
　　子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。
　　最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。就这么简单。
运算示例
　　运算演示之一：aa
　　I P 地址　192.168.0.1
　　子网掩码　255.255.255.0
　　AND运算(AND运算法则：1 与1 = 1 ,1 与0 = 0 ,0 与1 = 0 ,0 与0 = 0 ,即当对应位均为1时结果为1，其余为0。)
　　转化为二进制进行运算：
　　I P 地址　11000000.10101000.00000000.00000001
　　子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000
　　AND运算
　　11000000.10101000.00000000.00000000
　　转化为十进制后为：
　　192.168.0.0
　　运算演示之二：
　　I P 地址　192.168.0.254
　　子网掩码　255.255.255.0
　　AND运算
　　转化为二进制进行运算：
　　I P 地址　11000000.10101000.00000000.11111110
　　子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000
　　AND运算
　　11000000.10101000.00000000.00000000
　　转化为十进制后为：
　　192.168.0.0

发表于 2010-3-27 14:51 | 只看该作者
两台笔记本都有无线网卡了，可以用其中一台当路由器用，设置如下：
一台笔记本以有线连上网络，另一台通过无线共享的方式确实可以实现无线上网，不过步骤有点复杂。首先把连上有线网络的笔记本作为主机，进入主机有线网卡的“Internet协议（TCP/IP）”选项，选中“使用下面的IP地址”，依次输入“IP地址”、“子网掩码”、“默认网关”和“首选DNS服务器”（支持DHCP自动分配IP地址也可以选择自动获取，但“默认网关”必须根据实际情况输入）。接着在两台笔记本的“无线网络连接”属性中的“无线网络配置”页面右下角的“高级”选项中把默认的“任何可用的网络”改选为“仅计算机到计算机”，不要选中“自动连接到非首选的网络”。

然后在主机“无线网络配置”页面中点击“添加”按钮，在弹出的“无线网络属性”对话框的“服务名（SSID）”栏中自定义一个标志，设置网络验证为“开放式”并将数据加密设置为“已禁用”，在下面的“这是一个计算机到计算机（特定的）网络；没有使用无线访问点”选项上打钩。然后对主机的无线网络“Internet协议（TCP/IP）”进行配置，输入一个和主机有线网卡的设置不同的“IP地址”（“子网掩码”和“首选DNS服务器”仍然用此前的设置，“默认网关”为空）。在另一台笔记本的“无线网络配置”页面点“刷新”就会出现无线网络，选中它并确定，然后在无线网络“Internet协议（TCP/IP）”，输入一个和主机的两个“IP地址”均不同的“IP地址”（“子网掩码”、“默认网关”和“首选DNS服务器”仍然用此前的设置），接着在无线网络配置中刷新并连接上无线网络。这时两台笔记本就连结起来了，提示最后在主机的“网络连接”中，将“无线网络连接”和“本地连接”桥接起来，这样两台笔记本就能同时上网了。