初识网络原理
文章目录
- 局域⽹LAN
-
- （1）基于网线直连
- （2）基于集线器组建
- （3）基于交换机组建
- （4）基于交换机和路由器组建
- ⼴域网WAN
- ⽹络通信基础
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- IP地址
- 端⼝号
- 认识协议
- 五元组
- 协议分层
- OSI七层模型
- TCP/IP五层（或四层）模型
- ⽹络设备所在分层
- 封装和分用
局域⽹LAN
局域⽹，即Local Area Network，简称LAN。
Local即标识了局域⽹是本地，局部组建的⼀种私有⽹络。
局域⽹内的主机之间能⽅便的进⾏⽹络通信，⼜称为内⽹；局域⽹和局域⽹之间在没有连接的情况
下，是⽆法通信的。
局域⽹组建⽹络的⽅式有很多种：
（1）基于网线直连
（2）基于集线器组建
（3）基于交换机组建
（4）基于交换机和路由器组建
⼴域网WAN
⼴域⽹，即Wide Area Network，简称WAN。
通过路由器，将多个局域⽹连接起来，在物理上组成很⼤范围的⽹络，就形成了⼴域⽹。⼴域⽹内部的局域⽹都属于其⼦⽹。
如果有北、中、南等分公司，甚⾄海外分公司，把这些分公司以专线⽅式连接起来，即称为“⼴域⽹”。
如果属于全球化的公共型⼴域⽹，则称为互联⽹（⼜称公⽹，外⽹），属于⼴域⽹的⼀个⼦集。
有时在不严格的环境下说的⼴域⽹，其实是指互联⽹。
所谓"局域⽹"和"⼴域⽹"只是⼀个相对的概念。⽐如，我们有"天朝特⾊"的⼴域⽹，也可以看做⼀个⽐较⼤的局域⽹
⽹络通信基础
⽹络互连的⽬的是进⾏⽹络通信，也即是⽹络数据传输，更具体⼀点，是⽹络主机中的不同进程间，基于⽹络传输数据。
那么，在组建的⽹络中，如何判断到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就需要使⽤IP地址来标识。
IP地址
概念
IP地址主要⽤于标识⽹络主机、其他⽹络设备（如路由器）的⽹络地址。简单说，IP地址⽤于定位主机的⽹络地址。
就像我们发送快递⼀样，需要知道对⽅的收货地址，快递员才能将包裹送到⽬的地。
格式
IP地址是⼀个32位的⼆进制数，通常被分割为4个“8位⼆进制数”（也就是4个字节），如：01100100.00000100.00000101.00000110。
通常⽤“点分⼗进制”的⽅式来表⽰，即a.b.c.d的形式（a,b,c,d都是0~255之间的⼗进制整数）。如：100.4.5.6。
端⼝号
概念
在⽹络通信中，IP地址⽤于标识主机⽹络地址，端⼝号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。
简单说：端⼝号⽤于定位主机中的进程。
类似发送快递时，不光需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收货⼈（端⼝号）。
格式
端⼝号是0~65535范围的数字，在⽹络通信中，进程可以通过绑定⼀个端⼝号，来发送及接收⽹络数据。
问题：
有了IP地址和端⼝号，可以定位到⽹络中唯⼀的⼀个进程，但还存在⼀个问题，⽹络通信是基于⼆进制0/1数据来传输，如何告诉对⽅发送的数据是什么样的呢？
⽹络通信传输的数据类型可能有多种：图⽚，视频，⽂本等。同⼀个类型的数据，格式可能也不同，如发送⼀个⽂本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是⽂本类型，及⽂本的编码格式呢？
基于⽹络数据传输，需要使⽤协议来规定双⽅的数据格式。
认识协议
概念
协议，⽹络协议的简称，⽹络协议是⽹络通信（即⽹络数据传输）经过的所有⽹络设备都必须共同遵从的⼀组约定、规则。如怎么样建⽴连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。
协议（protocol）最终体现为在⽹络上传输的数据包的格式。
作用
为什么需要协议？
就好⽐⻅⽹友，彼此协商胸⼝插⽀玫瑰花⻅⾯，这就是⼀种提前的约定，也可以称之为协议。
计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过"频率"和"强弱"来表⽰0和1这样的信息。要想传递各种不同的信息，就需要约定好双⽅的数据格式。
• 计算机⽣产⼚商有很多；
• 计算机操作系统，也有很多；
• 计算机⽹络硬件设备，还是有很多；
如何让这些不同⼚商之间⽣产的计算机能够相互顺畅的通信?
就需要有⼈站出来，约定⼀个共同的标准，⼤家都来遵守，这就是⽹络协议；
五元组
在TCP/IP协议中，⽤五元组来标识⼀个⽹络通信：
- 源IP：标识源主机
- 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
- 目的IP：标识⽬的主机
- 目的端口号：标识⽬的主机中该次通信接收数据的进程
- 协议号：标识发送进程和接收进程双⽅约定的数据格式
协议分层
对于⽹络协议来说，往往分成⼏个层次进⾏定义。
分层的作用
为什么需要⽹络协议的分层？
分层最⼤的好处，类似于⾯向接⼝编程：定义好两层间的接⼝规范，让双⽅遵循这个规范来对接。
在代码中，类似于定义好⼀个接⼝，⼀⽅为接⼝的实现类（提供⽅，提供服务），⼀⽅为接⼝的使⽤
类（使⽤⽅，使⽤服务）：
• 对于使⽤⽅来说，并不关⼼提供⽅是如何实现的，只需要使⽤接⼝即可
• 对于提供⽅来说，利⽤封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接⼝即可。
OSI七层模型
OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连
• OSI七层⽹络模型是⼀个逻辑上的定义和规范：把⽹络从逻辑上分为了7层。
• OSI 七层模型是⼀种框架性的设计⽅法，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；
OSI七层模型划分为以下七层：
OSI七层模型既复杂⼜不实⽤：所以OSI七层模型没有落地、实现。
实际组建⽹络时，只是以OSI七层模型设计中的部分分层，也即是以下TCP/IP五层（或四层）模型来实现。
TCP/IP五层（或四层）模型
TCP/IP是⼀组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。
TCP/IP通讯协议采⽤了5层的层级结构，每⼀层都呼叫它的下⼀层所提供的⽹络来完成⾃⼰的需求。
• 应用层：负责应⽤程序间沟通，如简单电⼦邮件传输（SMTP）、⽂件传输协议（FTP）、⽹络远程访问协议（Telnet）等。我们的⽹络编程主要就是针对应⽤层。
• 传输层：负责两台主机之间的数据传输。如传输控制协议(TCP)，能够确保数据可靠的从源主机发送到⽬标主机。
• ⽹络层：负责地址管理和路由选择。例如在IP协议中，通过IP地址来标识⼀台主机，并通过路由表的⽅式规划出两台主机之间的数据传输的线路（路由）。路由器（Router）⼯作在⽹路层。
• 数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别。例如⽹卡设备的驱动、帧同步(就是说从⽹线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就⾃动重发)、数据差错校验等⼯作。有以太⽹、令牌环⽹，⽆线LAN等标准。交换机（Switch）⼯作在数据链路层。
• 物理层：负责光/电信号的传递⽅式。⽐如现在以太⽹通⽤的⽹线(双绞线)、早期以太⽹采⽤的的同轴电缆(现在主要⽤于有线电视)、光纤，现在的wifi⽆线⽹使⽤电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能⼒决定了最⼤传输速率、传输距离、抗⼲扰性等。集线器（Hub）⼯作在物理层。
⽹络设备所在分层
• 对于⼀台主机，它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，也即是TCP/IP五层模型的下四层；
• 对于⼀台路由器，它实现了从⽹络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层；
• 对于⼀台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；
• 对于集线器，它只实现了物理层；
注意我们这⾥说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为⼆层交换机（⼯作在TCP/IP五层模型的下两层）、三层路由器（⼯作在TCP/IP五层模型的下三层）。
随着现在⽹络设备技术的不断发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的络设备都是传统意义上的交换机和路由器。
⽹络分层对应
⽹络数据传输时，经过不同的⽹络节点（主机、路由器）时，⽹络分层需要对应。以下为同⼀个⽹段内的两台主机进⾏⽂件传输：
封装和分用
• 不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段(segment)，在⽹络层叫做数据报
(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。
• 应⽤层数据通过协议栈发到⽹络上时，每层协议都要加上⼀个数据⾸部(header)，称为封装
(Encapsulation)。
• ⾸部信息中包含了⼀些类似于⾸部有多⻓，载荷(payload)有多⻓，上层协议是什么等信息。
• 数据封装成帧后发到传输介质上，到达⽬的主机后每层协议再剥掉相应的⾸部，根据⾸部中的"上
层协议字段"将数据交给对应的上层协议处理。
下图为数据封装的过程
