计算机网络基础

认识"协议"

• ""协议"是一种约定。是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。每台计算机都有数据，而计算机之间要想进行数据通信就需要协议，如果没有协议那么别人就不知道你发的是什么东西。而且协议需要统一，大家应该使用同一份协议。
• 协议需要规定一些东西，是描述某些信息的集合体，那么在C语言中协议就是一种结构体。发送的数据比我们想要的要多，多出来的就是协议。

计算机网络层状结构

计算机网络是一种层状结构。我们知道计算机网络需要硬件来帮助我们完成，而一旦两台计算机相距较远，就会引发一系列问题：

• 网线的加长必然会导致效率的损失，如何保证效率？
• 传输的距离变化必然会导致安全性降低，如何保证可靠性？
• 如何识别你的目的主机，即如何找到你要发送数据的主机？

解决这些问题而产生的学科就叫做计算机网络。而我们希望用不同的方法解决这些问题，而不是混为一起，所以就有了层状结构，每一层都有自己的作用，不同层之间互不干涉，只能通过接口来相互配合，这叫做解耦。

好处

• 各层之间是独立的：某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，仅仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。
• 灵活性好：当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或者以下均不受影响。
• 结构上可以分割开：每一层可以使用合适的技术实现。
• 易于实现和维护：整个系统被分解为若干个子系统，使得复杂的系统变得易于处理。

OSI7层协议模型

TCP/IP5层协议模型

• OSI考虑的层数太多，后来又出现了TCP/IP模型，大手一挥，将OSI的上三层合并到了一层，即应用层。

• 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。由于物理层属于硬件，考虑的比较少，因此也成为TCP/IP四层协议模型。
  

• 负责光/电信号的传递方式，在物理层上传输的数据的单位是比特。

• 数据链路层：负责设备之间数据帧的传送和识别。在链路层一般叫做数据帧。

• 网络层：负责地址管理和路由选择

• 传输层：负责两台主机之间数据的传输。

• 应用层：负责应用程序间的沟通。

操作系统和协议分层

网络传输(TCP/IP通信过程)

同一网段内的主机可以直接通信，不需要路由器。

• 当我们想在应用层发送信息的时候，比如发送hello，那么在应用层会增加一个FTP报头，然后将封装过的数据传入TCP层，然后封装TCP的报头，然后封装IP的报头，然后封装以太网的协议，然后通过物理层，传给目标主机。
• 目标主机拿到报文，向上层层交付，先交给数据链路层，分离出以太网协议，然后交给网络层，分离出IP报头，然后向上交付，知道分离出来hello。

局域网中的数据冲突

• 当局域网中的多个主机同时发送数据可能会产生干扰，这种干扰就称作碰撞。

• 一个局域网就可以认为是一个碰撞域。

• 为了降低局域网中的数据干扰，在发送数据时会对网络中进行检测，判断是否有其他主机也在发送数据，从而进行碰撞避免。

广播
在局域网中，可以发数据给某一台机器，也可以发数据给所有计算机，只需要在协议中规定一个MAC地址是共同的就可以，一般是全f。

跨网段通信

• 不同网段上的主机之间发送数据需要经过中间设备路由器进行转发， 不能直接通信，因为底层的协议可能不一致。
• 在A网段看来，路由器是它网段的一台计算机，于是将报文发送给路由器，路由器接受到报文，先解包出以太网协议，然后向上交给IP层，实现路由。然后再向下交付，封装一层令牌环的报头，发送给B网段。
• 注意：在跨网络通信中，路由器连接了至少两个局域网，对于使用该路由器连接的所有局域网来说，路由器也属于这些局域网中的一个主机。对于发送方来说，在数据链路层给数据加上MAC地址，这个MAC地址是发送端所在的局域网中的某一主机的物理地址，也就是某一个路由器的物理地址。路由器收到该数据后，在根据要发送的目标主机对数据重新使用新的MAC地址进行封装转发到下一个局域网中，最终到达目标局域网（到达目标局域网后就相当于同一网段的通信）。
• IP相当于封装了下层，在上层看来，只能看到IP地址，而对于下层的实现并不关系。

数据报的封装和分用

• 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。
• 注意：对于下一层的载荷应该是上一层的载荷+上一层的首部，例如：网络层的载荷应该为TCP首部+应用数据。

封装
发送端将用户数据发送到网络的过程称为封装。经过每一层时，会给应用数据加上相应的协议首部。

分用
分用和封装是两个相反的过程，传送到网络中的数据对首部进行解析，从而找到目的主机。

网络中的地址管理

IP地址

• IP协议有两个版本, IPv4和IPv6，IPv4是32位，而IPv6是128位。
• IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;
• 对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;
• 我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255。
  MAC地址（硬件地址或网卡地址，具有唯一性:）
• 用来识别数据链路层中相连的节点;
• 长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
• 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址).
• 在跨网络数据传输中，MAC地址是动态变化的，而IP地址是不变的。发送段发送数据会在网络层会对数据进行IP封装，其中包含了数据的源IP地址和目的IP地址，源IP地址表明了该数据来自哪一个主机，目的IP地址表明该数据需要发送到那个主机。发送到网络中的数据，会为其指定特定的传输路径，在数据链路层主要就是将来自目的IP的数据通过路由器转发到目的网络中，在转发的过程中使用MAC地址表明下一跳的路由地址，当传输到目标网络中在通过IP地址找到对应的接收端主机即可。

两个命令

ifconfig  #查看网络IP地址
lspci     #查看硬件设备信息