网络基础入门

超、凢脫俗 2024-04-25 20:19 73阅读 0赞

## 网络基础入门 ##

### 计算机网络背景 ###

独立模式: 计算机之间相互独立;

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网络互联: 多台计算机连接在一起, 完成数据共享

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`局域网LAN:` 计算机数量更多了, 通过交换机和路由器连接在一起 ，范围相比于广域网，范围较小，这个小范围可以具体是一个家庭、学校、公司。私网和内网通常也表示同样的概念，都指的是企业、学校或家庭等组织内部形成的局域网。

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`广域网WAN:` 将远隔千里的计算机都连在一起 所谓 “局域网” 和 “广域网” 只是一个相对的概念. 也可以看做一个比较大的局域网 。Internet可以被看作是一个广域网。公网和外网通常是指同一个概念，它们可以被看作是广域网的一部分

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我们可能还听说过城域网和校园网这样的概念，城域网实际就是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，而校园网对应的就是在一个校园范围内所建立的计算机通信网。城域网和校园网实际也是一种相对的概念，我们都可以将它们看作一个大的局域网。

### 认识 “协议” ###

“协议” 是一种约定.就是我跟你达成了一种“约法三章”我们都得按照这个“约法三章”去做事情！！！

计算机中的协议：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

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❓只要通信的两台主机，约定好协议就可以了吗？

*  不可以，计算机生产商有很多，计算机操作系统也有很多，计算机网络硬件设备更是多种多样，那我们是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的呢？这时候就需要有人站出来，约定一个共同的标准，并且让大家都来遵守这个标准，这就是网络协议。
 *  而那个站出来的人一定是该领域当中的佼佼者，因为网络协议的定制本质就是规则的定制，你要站出来制定规则那么一定要同行业的其他人都认可你。比如5G标准的定义，华为就是那个站出来的人，华为在通信领域已经具备很强的通信能力了，在这个行业里它就是所谓的佼佼者。
 *  正所谓“一流的企业做标准，二流的企业做品牌，三流的企业做产品”。但是标准的定制有一部分是公益性、开源性的，它制定标准的目的是为了让我们的世界变得更好；而标准的定制还有一部分是具有一定盈利性质的，当你需要使用这项技术时就会收取部分专利费，此时就能将曾经做的技术投入进行变现。

现在虽然有了协议，但有很多的计算机生产厂商、也有不同的操作系统，它们可能各自有各自的协议，所以这个时候就需要约定一个**共同的标准**，让大家都遵守，这就是**网络协议（TCP/IP标准）**。

### OSI七层模型和TCP/IP五层(或四层)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;
 *  但是, 它既复杂又不实用; 所以我们按照TCP/IP四层模型来讲解

**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

*  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.

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物理层我们考虑的比较少. 因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型.

一般而言

*  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;
 *  对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层;
 *  对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层;
 *  对于集线器, 它只实现了物理层;

### 网络传输基本流程 ###

**报头**

协议每一层都有，而每一个协议最终的表现就是协议都要有`报头`

比如：我们收件的时候不会单单只收到物品，还有快递盒和快递单。这个**多出来的快递单就叫做报头**。如果我们要发数据，发送的数据可能比我们想要的多一点，这**多出来的一部分就是报头**

快递单号是给快递员看的，这个快递单就是快递公司**自己定的协议**，这个快递单子在它们的物流体系中都能够被识别。

由此得出结论：**协议通常是通过协议报头来表达的。每一份数据最终在被发送或者在不同的协议层中，都要有自己的报头。**

**局域网通信原理**

`两台局域网的主机是能够直接通信的`。

> 每一台主机都有网卡，每一张网卡都有自己的地址，叫做**MAC地址**，就像我们的身份证一样，标识网卡的`唯一性`
> 
> **而MAC地址虽然全球唯一，但是不应用于全球，只是在局域网中标识自己的唯一性。**

注意：**云服务器这里的MAC地址是个虚拟地址。**

**网络传输流程图**

封装：有效载荷+各层报头

解包：将报头和有效载荷分离的过程

分用：将有效载荷交给指定协议解包的过程

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当用户要将文件传输给另一台主机前，该文件数据需要先通过网络协议栈进行封装：

*  文件数据先交给应用层，应用层添加上对应应用层协议的报头信息后，将数据再交给传输层。
 *  传输层收到数据后，再添加上对应传输层协议的报头信息，并将数据继续向下进行交付。
 *  网络层收到数据后，再添加上对应网络层协议的报头信息，接着将数据再交给链路层。
 *  链路层收到数据后，最后再添加上对应链路层协议的报头信息，至此数据封装完毕。

数据封装完毕后就可以通过局域网将其发送给对端主机了，而当对端主机收到数据后，对应也需要通过网络协议栈对该数据进行解包与分用：

*  链路层收到数据后，先将数据中对应链路层协议的报头信息提取出来，然后将剩下的数据交给网络层。
 *  网络层收到该数据后，再将数据中对应网络层协议的报头信息提取出来，然后将剩下的数据继续向上进行交付。
 *  传输层收到该数据后，再将数据中对应传输层协议的报头信息提取出来，然后将剩下的数据再交付给应用层。
 *  应用层收到数据后，最后将数据中对应应用层协议的报头信息提取出来，至此便完成了数据的解包与分用。

也就是说，任何一台主机在发送数据之前，该数据都要先自顶向下贯穿协议栈来完成数据的封装，在这个过程中，每一层协议都会添加上对应的报头信息；而任何一台主机收到数据后，都要先自底向上贯穿协议栈来完成数据的解包和分用，在这个过程中，每一层协议都会将对应的报头信息提取出来。

每一层的协议有很多种，右侧的那台计算机是如何将报文交给指定协议进行解包分用的呢？1、将报头和有效载荷分离2、将有效载荷正确的交给上层协议进行处理。

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跨网段的主机的文件传输

![img][img 2]

### 数据包封装和分用 ###

*  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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下图为数据分用的过程![image-20240103153603147][]

### **重新认识IP地址和MAC地址：** ###

一般我们在进行路线选择的时候，我们一般有两套地址：

*  从哪里来，到哪里去（IP地址：源IP，目的IP）
 *  上一站从哪里来，下一站要去哪里（MAC地址：源MAC地址，目标MAC地址，由目的IP决定）

综上：

MAC地址：用来在局域网中，标定主机的唯一性  
IP地址，用来在广域网（公网），标定主机的唯一性

**指令：`ifconfig`**

\*\*\*\*![1cf851e73c2d5e3883333525f11b1d37.png][]

，目的IP）

*  上一站从哪里来，下一站要去哪里（MAC地址：源MAC地址，目标MAC地址，由目的IP决定）

综上：

MAC地址：用来在局域网中，标定主机的唯一性  
IP地址，用来在广域网（公网），标定主机的唯一性

**指令：`ifconfig`**

\*\*\*\*\[外链图片转存中…(img-88TLKFG9-1709175779622)\]

[image-20240103145203279]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/25/984d25132058473baa8ed6590e7c21ee.png
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