网络原理基础认识

网络通信基础

1. 局域网 / 广域网

局域网简称LAN，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，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。

广域网简称WAN，广域网是通过路由器，将多个局域网连接起来在物理上组成很大范围的网络，形成了广域网。广域网内部的局域网都属于其子网。

2. 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。

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）。通常用" 点分十进制 "的方法来表示，例如：127.0.0.1。

3. 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。

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。

引入以下问题： 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。

4. 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。 协议最终体现为在网络上传输的数据包的格式。协议就是一种" 约定 "，通信双方对于传输的数据的格式/含义进行的约定。 作用： 为什么需要协议？ 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；

5. 五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识⼀个⽹络通信：

1. 源IP：标识源主机
2. 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
3. 目的IP：标识目的主机
4. 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程
5. 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

6. 协议分层

网络通信非常复杂，并不是通过一个协议就可以解决所有问题的，面对的是很多协议。为了让这些协议不乱有效的进行相互配合，聪明的程序员对协议进行了分层。上层协议调用下层协议，下层协议给上层协议提供服务。

什么是协议分层？

举个例子，协议分层类似于打电话。在打电话时我们只需要使用电话提供给我们的服务就可以了，不需要关心电话工作的原理。因此就是上层协议不必关心下层协议的细节就可以直接使用。同样，电话只需要负责提供传递信息的服务即可，不仅可以传递汉语，同样可以传递英语。通信协议中的每一层都可以灵活替换

在这里插入图片描述

分层的作用： 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。

这样能更好的扩展和维护。

7. OSI七层网络模型

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。

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。 实际组建用络时，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。

8. TCP/IP五层（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。

物理层考虑的比较少。因此很多时候也可以称为TCP/IP四层模型。或者物理层可以和数据链路层合并为一个，都是和硬件设备直接相关的。

9. 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协议处理。

下图为数据封装的过程

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结语

以上主要简单介绍了网络通信基础知识的一些内容，如有问题，望各位大佬给出指正，愿各位看到这里都能有所收获。