计算机网络初识

╰半橙微兮° 2024-03-16 17:00 53阅读 0赞

#### 计算机网络初识 ####

*  一. 网络发展史
 *   *  1.独立模式
     *  2.网络互联
 *  二. 局域网和广域网
 *  三.组网方式
 *   *  1.网线直连
     *  2.集线器组建
     *  3.交换机组建
     *  4.路由器和交换机组件
 *  四.网络通信基础
 *   *  1. IP地址
     *   *  (1) IP地址的格式
         *  (2)特殊IP
     *  2. 端口号
     *   *  (1)概念
         *  (2)格式
     *  3.协议
     *   *  (1)概念
         *  (2)知名协议的默认端口
     *  4.协议分层
     *   *  (1)为什么进行协议分层
         *  (2)协议分层的好处
         *  (3)OSI分层模型
         *  (4) TCP/IP模型
         *  (5)每层的作用
         *  (6)网络设备所在的分层
 *  五.封装和分用
 *   *  (1)封装
     *  (2) 分用

## 一. 网络发展史 ##

### 1.独立模式 ###

独立模式：各电脑之间无连接，是个个独立的个体，无法实现数据的共享和通信，并且一个人在使用时其他人需排队等侯，效率低

### 2.网络互联 ###

互联模式:通过一些连接设备将多台计算机连接起来,实现数据共享和网络通信

## 二. 局域网和广域网 ##

局域网(LAN):通过连接设备构建的局部的私有网络  
广域网(WAN):通过路由器将多个局域网连接起来  
局域网和广域网其实没有明确的界限，认为比较大的局域网就可以称为广域网

## 三.组网方式 ##

### 1.网线直连 ###

即直接用网线将多台计算机连接起来，这种方式对网线需求较大并且计算机上的网口数量有限，并不适用  
![在这里插入图片描述][2264c508a1ea4d8f9374bebdcac5b5bf.png]

### 2.集线器组建 ###

集线器:可以将一条网线岔成两条，但两条基本上不能同时使用，用一条时另一条不好使，基本上没有这种组网的方式  
![在这里插入图片描述][058aa0fb958544aea6a5ad7768764df8.png]

### 3.交换机组建 ###

交换机上面的口都是对等的(都是一样的),连接在交换机上的设备彼此之间可以构成一个局域网，各主机之间可以相互访问  
![在这里插入图片描述][a8cca5f04d784e4f8984cf9983914610.png]

### 4.路由器和交换机组件 ###

路由器上有两个口:LAN和WAN口，插在LAN上的设备在一个局域网里，另一个局域网在WAN口上，彼此之间可以看成一个广域网  
![在这里插入图片描述][cfcd72f806e84a8d9d6556e0717cf681.png]  
上述的讨论，局限于传统的路由器和交换机，现在路由器和交换机的区别已经越来越模糊，路由器有交换机的功能，交换机也有路由器的功能

## 四.网络通信基础 ##

### 1. IP地址 ###

IP地址主要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。

#### (1) IP地址的格式 ####

IP地址通常是用32位二进制数表示，但这32位被划分为4个8位二进制数，即4个字节  
如:01100100.00000100.00000101.00000110。通常用点分二进制的形式来表示，即a.b.c.d的形式a,b,c,d都在(0~255)之间，如：100.4.5.6

#### (2)特殊IP ####

127.\*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1  
本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于  
开发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。  
IP地址解决了网络通信时，定位网络主机的问题，但是还存在一个问题，传输到目的主机后，由哪个进  
程来接收这个数据呢？这就需要端口号来标识。

### 2. 端口号 ###

#### (1)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）

#### (2)格式 ####

端口号是0~65535(2个字节16位的无符号整数)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。  
注意

> 一个进程可以有多个端口号，但不同的进程端口号不同，一旦该程序启动，操作系统就会为该进程分配一个端口号，以便于客户端连接

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。

### 3.协议 ###

#### (1)概念 ####

数据在网络传输时，需要经过一些网络设备，不同的网络设备可能有不同的对数据解析的方式，这就导致了发送和接受如果不是同一种方式的话，无法进行数据传输，为了达到这一目的，我们约定一种大众都认可的方式进行传输，这就叫协议  
简单地说，协议就是一种约定

#### (2)知名协议的默认端口 ####

系统端口号范围为 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 为知名端口号，这些端口预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：  
22端口：预留给SSH服务器绑定SSH协议  
21端口：预留给FTP服务器绑定FTP协议  
23端口：预留给Telnet服务器绑定Telnet协议  
80端口：预留给HTTP服务器绑定HTTP协议  
443端口：预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议  
注意:以上只是说明 0 ~ 1023 范围的知名端口号用于绑定知名协议，但某个服务器也可以使用其他 1024 ~ 65535 范围内的端口来绑定知名协议。  
餐厅的VIP包房是给会员使用，但会员也可以不坐包房，坐其他普通座位。

### 4.协议分层 ###

#### (1)为什么进行协议分层 ####

网络通信是一个很庞大的工程，我们不可能指望用一个协议来完成所有项目，就像写代码一样，我们通常会有很多个类，每个类中有多个方法，每个方法完成一个功能，这样由一个个独立的模块组成，协议也是一样，我们应该对其分层，每一层由一个对应的协议来完成

#### (2)协议分层的好处 ####

(1)每层协议不需要知道其他层协议是如何实现的(更好的封装)  
这就好像接口，接口的使用方不需要知道接口具体的实现细节，只需要知道如何使用即可  
(2)该层协议可以被其他协议替换(更好的解耦合)  
实现该接口的方式可以不同，但最后的功能都是相同的

#### (3)OSI分层模型 ####

![在这里插入图片描述][eaeb2590c85449d4afe63b91e1505f4e.png]

图片来自于网络

OSI模型一共有七层，因为这种模型既复杂又不实用所以这种模型只存在于教科书上，实际并不存在，我们用的是OSI的简化模型->TCP/IP模型

#### (4) TCP/IP模型 ####

![在这里插入图片描述][d31c673f6c1741059f08c602485ee9cd.png_pic_center]

图片来自于网络

TCP/IP五层协议，有时也被认为是四层协议，因为物理层都是硬件，对于程序员来说不用太关注，所以有的书上也被认为是四层协议  
除了应用层之外的四层，其实和程序员关系都不大，是由操作系统和驱动程序已经实现好的，跟我们打交道最多的还是应用层协议

#### (5)每层的作用 ####

物理层：简单地说就是一些硬件设备，这些硬件设备决定了传输效率

数据链路层：负责完成两个相邻设备之间的通信

网络层：规划出任意两个节点之间最合适的路线

传输层：负责端到端之间的通信，只关注结果，数据到没到，不管走哪条路

应用层：负责程序间的沟通，即数据传过来干什么用的，不同的应用程序就有不同的用途

下层为上层提供服务，上层可以调用下层

#### (6)网络设备所在的分层 ####

1.对于一台主机，它的操作系统内核实现了从应用层到物理层的内容，五层全实现  
2.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；  
3.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；  
4.对于集线器，它只实现了物理层；  
注意  
以上说的都是传统意义上的硬件设备

## 五.封装和分用 ##

### (1)封装 ###

封装就是发送方发送信息时，将数据包装起来，与面向对象的封装不同，会依次经过，应用层，传输层，网络层，数据链路层，物理层

应用层  
![在这里插入图片描述][384ffbd9631b403cb4b85575c13ca97c.png]  
传输层  
![在这里插入图片描述][8c7174d1e7c74d5f8c47efa7a7738438.png]  
网络层  
![在这里插入图片描述][9bbf33a32b034f469a5971c3ddbe8e05.png]

数据链路层  
![在这里插入图片描述][2cfa7770f0b2435da69d16f6ded2cc7b.png]  
物理层  
![在这里插入图片描述][9df5062a6dec4d3188793dfe420e61cf.png]  
以上过程就被称作封装，就相当于寄快递时对快递进行包装

### (2) 分用 ###

分用就是接收方对数据进行逐个拆分，最终解析出数据的过程，类似于我们拆快递

物理层

![在这里插入图片描述][0ee4eb4646b742d4a7f36c1cab91e185.png]

数据链路层

![在这里插入图片描述][bab831b5da264c1d9d280621f312446a.png]

网络层  
![在这里插入图片描述][dd2212c0c004419ba79d8e367c983942.png]

传输层  
![在这里插入图片描述][43fc411d0bb1420f87aeb048486e985d.png]

应用层  
![在这里插入图片描述][c51a44ff73254b54a497e1dbd123004d.png]  
以上就是分用，我们只讨论了两个主机里面的信息传输过程(起点和终点)并没有考虑中途的网络设备。

[2264c508a1ea4d8f9374bebdcac5b5bf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/16/2e4987ae88f443f8a0c57522a6269ad9.png
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