计算机网络体系

计算机网络体系结构标准主要分为三种:

• OSI体系结构:概念清楚，理论也比较完整，但是它既复杂又不实用。整体分为七层
• TCP/IP体系结构: TCP/IP是一个四层体系结构。
• 五层体系结构:为了方便学习，折中OSI体系结构和TCP/IP体系结构，综合二者的优点，这样既简洁，又能将概念讲清楚。

OSI是一个理论上的网络通信模型，而TCP/IP则是实际运行的网络协议。五层结构就是为了介绍网络原理而折中的网络通信模型

OSI七层模型各层的功能：

• 物理层：网络通信的最底层，主要关注物理媒介和传输数据的硬件特性。数据传输的物理介质，如电缆、光纤、无线电波等。- 主要任务包括数据的编码、传输速率、电压水平等。
• 数据链路层：负责将原始比特流组织成数据帧，并在物理介质上进行可靠的传输。负责物理地址（MAC地址）的识别和帧的错误检测与校正。常见数据链路层协议包括以太网（Ethernet）和Wi-F。
• 网络层：路由数据包，决定数据包的最佳路径从源到目的地。这一层比较典型协议为IP协议，，负责地址分配和数据包转发。
• 运输层：提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠性和完整性。常见传输协议有TCP(传输控制层协议)和UDP(用户数据报协议)。
• 会话层：会话层负责建立、管理和终止会话（会话是指两个设备之间的通信会话。它还可以处理会话中的同步和恢复问题。
• 表示层:关注数据的格式化和编解码，以确保不同系统间的数据交换。- 它可以处理数据的加密、压缩和数据格式转换。
• 应用层：为最终用户提供应用程序和网络服务。包括诸如Web浏览器、电子邮件客户端、文件传输协议（FTP）等应用。与用户界面和应用程序通信的所有应用层协议都属于此层。

TCP/IP四层模型各层介绍

• 网络接口层：这一层将OSI七层模型的数据链路层和物理层合并在一起，负责管理物理硬件和数据链路协议，以便将数据从一个设备传输到下一个。关注物理媒介和传输数据的硬件特性和数据链路相关协议。
• 网络层: 与OSI模型的网络层相对应，负责路由数据包，确保它们能够从源主机传输到目的主机。
• 传输层：它负责端到端的数据传输，确保数据的可靠性和完整性。- 在TCP/IP模型中，最著名的协议是TCP和UDP。TCP提供可靠的、面向连接的通信，而UDP提供不可靠但更快速的通信。
• 应用层：应用层与OSI模型的应用层、会话层、表示层相对应，它包括了应用程序和用户接口。

五层体系结构，结合上面两种结构来理解即可。

计算机网络为什么要分层

分层的好处有以下几点:

• 降低复杂度:分层的思想本质,把一个难问题，拆成多个“只关心自己”的小问题。每一层只做一件事。
• 各层之间相互独立：各层之间相互独立，各层之间不需要关心其他层是如何实现的，只需要知道自己如何调用下层提供好的功能就可以了（可以简单理解为接口调用）这个和我们对开发时系统进行分层是一个道理。
• 提高了整体灵活性：每一层都可以使用最适合的技术来实现，你只需要保证你提供的功能以及暴露的接口的规则没有改变就行了。

应用进程的数据在各层之间传递过程

发送方逐层将数据进行封装，接收端逐层解封装，以下以五层模型发送端视角介绍:

1. 应用层：
   • 输入：应用进程产生的数据，例如HTTP请求报文。
   • 处理：按照应用层协议进行封装：
   • 输出：应用层数据单元。
2. 传输层：
   • 输入：应用层数据单元。
   • 处理：加上传输层首部(TCP/UDP).添加的关键内容:源端口、目的端口、序号、校验和。
   • 输出：报文段。
3. 网络层：
   • 输入：传输层片段。
   • 处理：加上IP首部。添加关键内容：源IP、目的IP。
   • 输出：IP数据报。
4. 数据链路层：
   • 输入: IP数据报
   • 处理：加上帧头和帧尾。添加关键信息：源MAC、目的MAC、帧校验。
   • 输出：帧。
5. 物理层：
   • 输入：帧(比特流形式)
   • 处理：编码成电信号或者光信号。
   • 输出：比特流(0/1)形式。

接收方处理顺序和发送端顺序完全相反。

端口、IP地址和MAC地址分别的作用

MAC地址：

• 解决的问题：在同一条链路上，数据帧该交给哪一个网卡？
• 特点：
  • 是物理地址
  • 属于数据链路层
  • 理论上全球唯一由厂商控制(但有些厂商的网卡可以自定义修改)。
    IP地址：
• 解决的问题：网络上这么多主机，数据应该发送至哪台主机？
• 特点：
  • 属于网络层。
  • 是逻辑地址。
  • 会随网络发生变化，例如电脑切换wifi，ip地址就会发送改变。
    端口号：
• 解决的问题：一台主机上有多个应用，数据该交给哪一个应用程序处理？
• 特点
  • 属于传输层。
  • 只在主机内部有意义。

说说不同层经典网络协议

应用层：

• HTTP/HTTPS：
  • 作用：万维网数据传输
  • 对应端口:80/443
  • 特点：
    • 无状态
    • 基于请求响应交互模式
• FTP：
  • 作用：文件传输。
  • 端口：21控制 + 20数据
  • 特点:控制 / 数据分离
• DNS:
  • 作用：域名转换为IP地址。
  • 对应端口：53
• SSH：
  • 作用：远程登录
  • 端口：22

传输层：

• TCP：
  • 特点：
    • 面向连接
    • 可靠传输
    • 提供流量控制、拥塞控制
• UDP：
  • 特点：
    • 无连接
    • 不可靠
    • 开销小

网络层：

• IP(IPV4和IPV6)
  • 作用：逻辑寻址、分组转发
• ICMP：
  • 作用：差错报告、网络诊断。常见ping命令和traceroute就是基于ICMP协议实现。
• ARP协议：
  • 作用：将IP转换为MAC地址。
  • 严格来说ARP属于网络层和数据链路层跨层协议。

数据链路层：

• Ethernet（以太网）
  • 作用:局域网通信
• VLAN:
  • 作用：逻辑划分广播域

物理层更多的是一些传输比特规范，而不是具体协议。