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计算机网络背景
网络发展
- 网络雏形阶段。从20世纪50年代中期开始,以单个计算机为中心的远程联机系统,构成面向终端的计算机网络,称为第一代计算机网络。
- 网络初级阶段。从20世纪60年代中期开始进行主机互联,多个独立的主计算机通过线路互联构成…
- 20世纪70年代至80年代中期,以太网产生,ISO制定了网络互连标准OSI,世界上具有…
- 从20世纪90年代中期开始,计算机网络向综合化高速化发展,同时出现了多媒体智能化网络 …
独立模式 计算机之间相互独立
网络互联 多台计算机联系起来进行数据共享
局域网LAN 通过交换机和路由器将更多的计算机联系起来
广域网WAN 将远隔千里的计算机连接起来
局域网和广域网在某种程度上算是相对概念，也就是说广域网就是更大的局域网。
协议
协议即为进行网络数据交换而建立的规则，标准和约定。
协议有三个要素组成：
- 语法：语法规则定义了所交换信息的格式。
- 语义：语义规则定义了发送者或者接收者所要完成的操作
- 同步：即事件实现顺序的详细说明
协议是一种双方的约定
制定协议就像是我们出门后都要说普通话一样。 在家你可以随便说方言，但是为了防止别人听不懂你的方言，于是国家规定了普通话，让大家都学都讲。
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.
ip地址与MAC地址
IP地址
IP协议是网络层面的一个重要协议，它有两个版本, IPv4和IPv6
- IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;
- 对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;
- 我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;
MAC地址
MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点
- 长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
- 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址
网络协议
协议分层
协议分层的好处
- 可以只关注一个大而复杂的系统的一个明确的部分
- 对于大而复杂且需要不断更新的系统，某个层次进行改变后，不会应行该系统的其他部分。即各层之间相对独立，易于实现和维护。
- 能促进标准化工作
osi七层模型
- 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和规范;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，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，概念清楚，理论也比较完整. 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;
TCP/IP四层（五层）结构模型
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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等.
网络传输
网络传输基本流程
同一个网段内的两台主机进行数据传输
跨网段的主机的文件传输. 数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器.
数据包封装与分用
- 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长, 载荷(payload)有多长, 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进行处理。
封装过程
分用过程
