计算机网络基础概论

计算机网络基础概论

一、网络基本概念

1.1. 网络

1.2 互联网

1.3 ip地址

1.3.1 作用

1.3.2 分类

1.4 MAC地址

1.4.1 MAC地址与 IP 地址的关系

1.5 网络协议

二、网络分层模型

2.1 物理层

2.2 数据链路层

2.3 网络层

2.4 传输层

2.5 会话层

2.6 表示层

2.7 应用层

三、网络应用程序通信流程

一、网络基本概念

1.1. 网络

网络是由若干结点和连接这些结点的链路组成，网络中的结点可以是计算机，交换机，路由器等设备

网络设备有：交换机，路由器，集线器

传输介质：双绞线，同轴电缆，光纤

1.2 互联网

多个网络连接起来就构成了互联网

目前最大的互联网就是我们说的英特网

1.3 ip地址

ip地址即互联网协议地址。就是给因特网上的每个主机或路由器的每个接口分配一个在全世界范围内唯一的标识符。通过ip地址我们可以在英特网上很方便的进行寻址，是网络通信的基础

1.3.1 作用

标识设备：如同现实中每个家庭有唯一住址，网络中每个设备（计算机、服务器、路由器等）都有唯一 IP 地址，确保数据能准确发送到目标设备。比如发送电子邮件时，邮件服务器根据收件方设备 IP 地址传输邮件。
路由选择：路由器依据 IP 地址决定数据包传输路径。数据包从源设备出发，经多个路由器转发，路由器根据目的 IP 地址查找路由表，选择最佳路径转发，直至到达目标设备。

1.3.2 分类

IPv4：常用的 32 位地址，一般用点分十进制表示，如 192.168.1.1 ，分成 4 个字节，每个字节对应 0 - 255 的十进制数。
IPv6：为解决 IPv4 地址不足问题而设计的 128 位地址，采用冒号分隔的十六进制表示，如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 。地址空间极大，理论上能为地球上每平方米分配众多地址。

每个ip地址由网络号和主机号俩个部分组成。同一个物理网络上所有主机都使用同一个网络号，只是主机号不同。默认都使用ipv4，32位，4个段，每段8位

1.4 MAC地址

在局域网中，硬件地址称为物理地址又称MAC地址，长度48位，是固化在计算机适配器的ROM中的地址。通常用十六进制表示，如00-16-3E-00-01-02。

在数据链路层，MAC 地址用于唯一标识网络中的设备。当数据在局域网中传输时，交换机等设备通过 MAC 地址来确定数据的发送和接收方，确保数据能够准确无误地到达目标设备

1.4.1 MAC地址与 IP 地址的关系

区别：IP 地址是网络层的逻辑地址，用于在不同网络之间进行路由选择和寻址；MAC 地址是数据链路层的物理地址，用于在局域网内进行设备间的直接通信。IP 地址可以根据网络配置和需求进行动态分配或更改，而 MAC 地址一般是固定不变的。
联系：在网络通信中，IP 地址和 MAC 地址相互配合。当数据从源设备发送到目标设备时，在网络层使用 IP 地址进行路由选择，确定数据要经过的路由器和网络路径；在数据链路层，使用 MAC 地址将数据帧从一个设备发送到另一个直接相连的设备。例如，在一个局域网中，计算机 A 要向计算机 B 发送数据，首先根据计算机 B 的 IP 地址，通过路由器等设备找到计算机 B 所在的局域网，然后在局域网内通过计算机 B 的 MAC 地址将数据帧准确发送到计算机 B。

1.5 网络协议

网络协议就是一组网络规则的集合。

HTTP:超文本传输协议

TCP：传输控制协议，是一种面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层通信协议

UDP：用户数据报协议

IP：互联网协议

ARP：地址解析协议，根据IP地址获取MAC地址的协议

RARP：逆地址解析协议

二、网络分层模型

2.1 物理层

功能：传输原始比特流0/1.将数字信号转换为适合在物理介质上传输的模拟信号，或者将收到的模拟信号转化为数字信号。主要负责处理物理介质上的信号传输，包括电缆，光纤，无线等传输介质。他定义了物理设备的电器，机械，功能和规程特性，确保数据能在物理介质上正确的传输和接收。

设备：集线器，中继器

2.2 数据链路层

功能：负责将物理层接收到的信号比特流转化为数据帧，并进行差错检测和纠正，确保数据在相邻节点之间的可靠传输。通过MAC地址来标识网络中的设备在数据帧中添加源MAC地址和目的MAC地址，以便在局域网中进行数据帧的传输和接收。

设备：交换机，网桥

2.3 网络层

功能：负责在不同网络之间进行路由选择和寻址，将数据从源端传输到目的端。它会根据网络的拓扑结构（网络的布局）选择最佳路径，就像地图上的导航系统。（通过网络地址ip地址来标识网络中的设备并根据路由表确定数据包的传输路径）

最核心的协议是ip协议，为他选择一个合适的路由器。ip协议为上层协议提供无状态，无连接，不可靠的服务

设备：路由器

2.4 传输层

功能：为应用程序提供端到端的通信服务，确保数据在不同主机上的应用程序之间的可靠传输。它负责建立、维护和拆除传输连接，并对数据进行分段和重组。

根据应用程序的需求，为应用层提供选择合适的传输协议，如 TCP（面向连接、可靠的传输协议）或 UDP（无连接、不可靠的传输协议）。对于 TCP 协议，会在发送端将数据分成多个段，并为每个段编号，在接收端根据编号进行排序和重组；通过确认、重传机制保证数据的可靠传输。UDP 协议则相对简单，主要用于对实时性要求较高的应用，如视频流、音频流等

2.5 会话层

功能：负责建立、管理和维护会话连接，在不同主机的应用程序之间进行会话同步和协调。它提供了会话的建立、拆除和同步等功能，确保会话的正常进行。

例如，在文件传输过程中，会话层可以确保文件的各个部分按照正确的顺序传输，并且在传输过程中出现问题时能够进行适当的恢复。它还可以在会话期间对数据进行加密和解密，以保证数据的安全性。

2.6 表示层

功能：主要负责处理数据的表示和转换，确保不同系统之间能够正确地理解和处理数据。它包括数据的加密和解密、压缩和解压缩、格式转换等功能。

2.7 应用层

功能：这是最接近用户的层次。为用户提供直接的网络服务接口，是用户与网络之间的接口层。它包含了各种应用程序协议，如 HTTP（用于网页浏览）、SMTP（用于电子邮件发送）、DNS（用于域名解析）等，不同的应用层协议为不同的网络应用提供支持。

OSI 七层模型的每一层都为上一层提供服务，并依赖下一层的服务来实现自身功能，各层之间相互协作，共同完成网络通信的任务。

三、网络应用程序通信流程

应用程序A将数据hello传给网络上另一台主机上的程序B，数据从应用层发送给传输层，传输层在数据前加上tcp协议或者udp协议的报头，将整条报文发送给网络层，网络层添加自己的ip报头，再将整条数据发送给数据链路层，数据链路层将数据分装成能再网络中国独立传输的数据单元，即数据帧。封装好的数据帧通过网络传输到另一台主机，然后从下层依次拆包，将数据部分送往应用层，应用层B就得到了hello。