【图解TCP_IP读书笔记】第一章：网络基础知识

1.1 计算机网络出现的背景

1.1.1 计算机的普及与多样化

1.1.2 从独立模式到网络互连模式

以独立模式(单机模式)使用的计算机：

以网络互连方式使用计算机：

计算机网络，根据其规模可分为WAN（广域网）和LAN（局域网）。

LAN：

WAN：

1.1.3 从计算机通信到信息通信

单个私有网络->更大私有网络->互联网

1.1.4 计算机网络的使用

计算机网络好比一个人的神经系统。

1.2 计算机网络与网络发展的7个阶段

1.2.1 批处理

批处理：是指事先将用户程序和数据装入卡带或磁带，并由计算机按照一定的顺序读取，使用户所要执行的这些程序和数据能够一并批量得到处理的方式。

1.2.2 分时系统

• 终端：由键盘、显示器等输入输出设备组成。
• 分时系统的特性：多路性、独占性（”一人一机“）、交互性和及时性。

分时系统：

分时系统的出现，计算机的可用性得到了极大的改善，尤其是交互式操作。

• 交互式操作：指计算机依据用户给出的指令完成处理并将结果返回给用户。

1.2.3 计算机之间的通信

计算机之间的通信显著提高了计算机的可用性。人们不在局限于仅使用一台计算机进行处理，而是逐渐使用多台计算机分布式处理，最终一并得到返回结果。
使得计算机的发展进入新的历史阶段。在这样一阶段计算机更加侧重于满足使用者的需求、架构更加灵活的系统，且操作更加人性化。

1.2.4 计算机网络的产生

• 窗口系统：在计算机中可以打开多个图形窗口进行处理的系统。

1.2.5 互联网的普及

1.2.6 以互联网技术为中心的时代

通过IP协议实现通信、播放的统一：

1.2.7 从“单纯建立连接” 到“安全建立连接”

计算机使用模式的演变：

1.2.8 手握金刚钻的TCP/IP

TCP/IP 是通信协议的统称。下一章将开始介绍，先来看看协议是什莫？

1.3 协议

1.3.1 随处可见的协议

互联网中常用的具有代表性的协议有IP、TCP、HTTP等。而LAN中常用的协议有IPX/SPX等。

“计算机网络体系结构”将这些网络协议进行了系统的归纳。TCP\IP就是IP、TCP、HTTP等协议的集合。

各种网络体系结构及其协议：

1.3.2 协议的必要性

计算机与网络设备要相互通信，双方就必须基于相同的方法 。双方根据相同的规则就行通信，而我们把这种规则称为协议。

• CPU：中央处理器，每个程序实际上是由它调度执行的。
• OS：操作系统，是一种基础软件。它集合了CPU管理、内存管理、计算机外围设备管理以及程序运行管理等重要功能。例如：Linux、UNIX、Windows等
• 在CPU和操作系统不同的计算机之间实现通信，就需要一个各方支持的协议。
• 一个CPU通常在同一时间只能运行一个程序，为了多程序同时运行，操作系统采用CPU时间片轮转机制，在多个程序之间进行切换，合理调度。这种方式叫做多任务调度。是由分时系统实现的。

1.3.3 协议如同人与人的对话

1.3.4 计算机中的协议

1.3.5 分组交换协议

分组交换是指将大数据分割为一个个叫做==包（Packet）==的较小单位进行传输的方法。

报文首部就像是快递单上的收件人信息和寄件人信息。

1.4 协议由谁规定

1.4.1 计算机通信的诞生及其标准化

1.4.2 协议的标准化

1.5 协议分层和OSI参考模型

1.5.1 协议的分层

OSI模型将通信协议中必要的功能分成了7层。协议分层就如同计算机软件中的模块化开发。

1.5.2 通过对话理解分层

以电话聊天为例：语言层与设备层两层模型：

1.5.3 OSI 参考模型

1.5.4 OSI 参考模型中各个分层的作用

1.6 OSI 参考模型通信处理举例

1.6.1 7 层通信

1.6.2 会话层以上的处理

以电子邮件为例：

应用层的工作：

主机A 和 主机B 通过他们各自应用层之间的通信，最终实现邮件的存储。

表示层工作：

表示层与表示层之间为了识别编码格式也会附加首部信息，从而将实际传输的数据转交给下一层去处理。

会话层工作：

1.6.3 传输层以下的处理

我们通过例子说明了在应用层写入的数据会经由表示层格式化编码、再由会话层标记发送顺序后才被发送出去的大致过程。然鹅，会话层只对何时建立连接、何时发送数据等问题进行管理，并不具有实际传输数据的功能。下边来介绍传输层以下的处理。

传输层的工作：

• 会话层负责决定建立连接和断开连接的时机，而传输层进行实际的建立连接和断开处理。

网络层的工作：

网络层与数据链路层各尽其能：

数据链路层、物理层

通信传输实际上是通过物理的传输介质实现的。数据链路层的作用是在这些通过传输介质互连的设备之间进行数据处理。

物理层中，将数据的0、1转换为电压和脉冲光传输给物理的传输介质，而相互连接的设备之间使用地址实现传输。这种地址被称为MAC地址。

1.7 传输方式的分类

1.7.1 面向有连接型与面向无连接型

面向有连接型
这就好比人们平常打电话，只有对方接通电话才能传输信息。

面向无连接型
就如同人们去邮局寄包裹，邮递员不需要确认收件人的详细地址是否存在，也不需要确认收件人是否能收到包裹，只要发件人有一个寄件地址就可以办理邮寄包裹的业务。

这也是TCP 和 UDP之间的区别，后边在说。

1.7.2 电路交换和分组交换

分组交换

在分组交换中，由分组交换机连接通信线路。分组交换的大致处理过程是：发送端计算机将数据分组发送给路由器，路由器收到这些分组数据后，缓存到自己的缓存区，然后在转发给目标计算机。

电路交换与分组交换的特点

1.7.3 根据接收端数量分类

单播、广播、组播、任播

1.8 地址

通信中每层协议所使用的地址都不尽相同。例如，TCP/IP 通信中使用MAC地址、IP地址|端口号等信息作为地址标识。

1.8.1 地址的唯一性

多播与任播地址的唯一性

1.8.2 地址的层次性

地址分层就好比，电话号码包含国家区号和国内区号，通信地址包含国名、省名、市名和区名等。

地址的层次性

• MAC地址和IP地址在标识一个通信主体时虽然都具有唯一性，但是他们当中只有IP地址具有层次性。
• 虽然MAC地址是真正负责最终通信的地址，但是在实际寻址过程中，IP地址却是必不可少的。

IP地址又是如何实现分层的呢？？
一方面IP地址由网络号和主机号两部分组成。即使通信主体的IP地址不同，若主机号不同，网络号相同，说明他们处于同一个网段。通常处于一个网段的主机也都属于同一个部门或者集团组织。另一方面，网络号相同的主机在组织结构、提供商类型和地域分布上都比较集中，也为IP寻址带来极大的方便。（IP地址的聚合性特点，后边再说）

• MAC寻址中参考的表叫做地址转发表（存的MAC本身）
• IP寻址中参考的表叫做路由控制表（存的网络号与子网掩码）

1.9 网络的构成要素

网络构成要素：

搭建网络的主要设备及其作用：

1.9.1 通信媒介与数据链路

传输速率与吞吐量：

1.9.2 网卡

网卡（网络接口卡）也叫：网络适配器、LAN卡

1.9.3 中继器

中继器是在OSI模型的第一层-物理层面上延长网络的设备。

• 一般连接的是相同的通信媒介，但有的也可以连接不同媒介之间的工作比如：同轴电缆和光缆之间
• 只负责转发，不判断错误与否
• 可以延长网络，但是也不是无限延长。一般10Mbps 的以太网最多可用4个中继器分段连接，100Mbps最多只能连两个中继器。
• 有的中继器可以提供多个端口服务，被称为集线器
  

1.9.4 网桥/2 层交换机

网桥

• 网桥是在OSI模型的第二层-数据链路层面上连接两个网络的设备。
• 它能够识别数据链路层的数据帧，并将这些数据帧临时存储于内存，在重新生成信号作为一个全新的帧转发给相连的另一个网段。
• 数据链路的数据帧中有一个数据位叫做FCS，用以校验数据是否正确送达目的地。
• 网桥还能通过地址自学机制和过滤功能控制网络流量。
• 网桥有时也称作2层交换机

自学式网桥

交换集线器也是网桥的一种，交换集线器中连接电缆的每一个端口都能提供类似的网桥功能。

1.9.5 路由器/3 层交换机

路由器

• 路由器是在OSI模型的第三层-网络层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备。网桥是根据物理地址（MAC）进行处理的，而路由器/3层交换机则是根据IP地址进行处理的。由此，TCP/IP
  中网络层的地址就成为IP地址。
• 路由器可以连接不同的数据链路
• 路由器还有分担网络负荷的功能，甚至具备一定的网络安全。

1.9.6 4~7 层交换机

4~7 层交换机负责处理OSI模型中从传输层到应用层数据。

1.9.7 网关

网关 是OSI模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备。但是网关不仅转发数据还能负责数据进行转换。
手机与互联网电子邮件的转换：

为了控制流量以及安全考虑有时也会使用代理服务器。一种应用网关。

代理服务

各种设备及其对应网络分层概述

1.10 现代网络实态

1.10.1 网络的构成

1.10.2 互联网通信

1.10.3 移动通信

1.10.4 从信息发布者的角度看网络

参考文献《图解TCP_IP》