【计算机网络】网络通信基础(IP地址，端口号，五元组，OSI七层模型，TCP/IP五层模型，封装和分用)

目录

初识网络

网络通信基础 

IP地址

端口号 

认识网络协议

五元组 

协议分层 

封装和分用

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初识网络

网络互连 

随着时代发展，需要计算机之间相互通信，共享软件和数据，即多台计算机相互协同工作来完成某个业务，就有了网络互联

网络互联：将多台计算机连接在一起，完成数据共享

数据共享的本质是网络数据传输，也称网络通信，即计算机之间通过网络来传输数据

根据网络互联的规模不同，可以划分为局域网和广域网

局域网LAN 

局域网（Local Area Network），简称LAN，即局部组建的一种私有网络

局域网又称内网，局域网内的主机之间可以方便的进行网络通信，但是当局域网与局域网之间没有连接的时候，是无法进行通信的

局域网组建网络的方式有很多种：

• 基于网线直连

• 基于集线器组建

• 基于交换机组建

• 基于交换机和路由器组建

广域网WAN 

广域网，（Wide Area Network），简称WAN，即通过路由器将多个局域网连接起来，在物理上组成很大范围的网络，就形成了广域网，广域网内部的局域网都属于其子网

网络通信基础 

网络互联的目的是进行网络通信，也就是网络数据传输，具体的说是网络主机的不同进程间，基于网络进行数据的传输

那么在组建的网络中，如何判断是从哪台主机的哪个进程，将数据传输到哪台主机的哪个进程呢？ 

IP地址

IP地址主要用于标识网络主机，或其他设备（如路由器）的网络地址

IP地址的格式

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个8位二进制数，如：01100100.00000100.00000101.00000110

IP地址通常用“点分十进制”的方式来表示，即a.b.c.d的形式（a，b，c，d都是0~255之间的十进制整数），如：100.4.5.6

特殊的IP地址 

127.*用于本机环回测试，通常是127.0.0.1

本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会选择网络的方式传输）

端口号 

端口号用于定位主机中的进程

格式：端口号为0~65535之间的数字 

在网络通信中，进程可以绑定一个端口号，来发送和接收数据

注意：不同的进程不能绑定同一个端口，但是多个端口可以被同一个进程绑定

认识网络协议

为什么需要有网络协议？

有了IP地址和端口号可以定位网络中唯一的进程，但是网络通信是基于二进制01数据来进行传输，而网络通信传输的数据类型可能有很多种，如图片，文本，视频等，并且同一种类型可能格式也不同，如发送“你好！”，如何确定发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢？

基于网络传输数据，需要使用网络协议来规定双方的数据格式

网络协议的概念

网络协议为网络通信经过的所有设备都必须遵从的一组约定，如怎样建立连接，怎样互相识别等，只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流

组成网络协议的三要素：

• 语法： 数据与控制信息的结构或格式

类似打电话双方需要使用同样的语言

• 语义：需要对方发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种回应

类似问你吃饭了吗？需要回答吃了或者没吃

• 时序：事件实现顺序的详细说明

时序定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲的速度等 

网络协议最终体现为网络传输数据包的格式

知名协议的默认端口 

端口号范围为0~65535，其中0~1023为知名端口号，这些端口号预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：

• 22端口：预留给SSH服务器绑定SSH协议
• 21端口：预留给FTP服务器绑定FTP协议
• 23端口：预留给Telnet服务器绑定Telnet协议
• 80端口：预留给HTTP服务器绑定HTTP协议
• 443端口：预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议

说明：0~1023范围知名端口号用于绑定知名协议，但是某个服务器也可以使用其他1024~65535范围内的端口来绑定知名协议

如：餐厅vip包房，是给会员使用，会员也可以不坐vip包房，坐普通包房

五元组 

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信

五元组：

• 源IP：标识源主机
• 源端口号：标识源主机中发送数据的进程
• 目的IP：标识目的主机
• 目的端口号：标识目的主机中接收数据的进程
• 协议名：标识此次发送进程和接收进程遵守的约定格式

windows操作系统下，可以使用netstat -ano | findstr "查询字符串"，查看五元组信息
linux操作系统下，可以使用netstat -anp | grep "查询字符串"，查看五元组信息

说明：通过源IP和源端口找到唯一的源进程，源进程根据应用层协议将数据构造成约定协议的格式，发送数据，目的IP接收到交给目的端口，目的端口接收到，目的进程使用相同的应用层协议进行解析获取到对应数据

协议分层 

OSI七层模型

OSI：Open System Interconnection即开放系统互联

层级	分层名称	功能
7	应用层	针对特定应用程序的协议
6	表示层	设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换
5	会话层	负责建立和断开通信连接
4	传输层	负责数据传输的可靠
3	网络层	地址管理与路由选择
2	数据链路层	识别数据帧（发送数据报到下一个网络硬件设备）
1	物理层	使用网线或电磁波来传输0，1数据

OSI七层模型既复杂又不实用，所以OSI七层模型没有落地实现，实际组建网络时，使用的是下面TCP/IP五层（四层）模型

TCP/IP五层（四层）模型 

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包含了许多协议，组成了TCP/IP协议簇

TCP/IP协议采用了5层结构，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

• 应用层：负责应用程序间的沟通，如电子邮件传输（SMTP），文件传输协议（FTP），网络远程访问协议（Telnet）等
• 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的主机
• 网络层：负责地址管理和路由选择，如IP协议，路由器工作在网络层
• 数据链路层：负责设备之间数据帧的识别和传送，交换机工作在数据链路层
• 物理层：负责网线或电磁波来传输0，1数据，集线器工作在物理层

物理层考虑的较少，所以很多时候去掉物理层也叫TCP/IP四层模型

网络设备所在分层 

• 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，即TCP/IP五层模型的下四层
• 对于一台路由器，它实现了从网络层到物理层，即TCP/IP五层模型的下三层
• 对于一台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，即TCP/IP五层模型的下两层
• 对于一台集线器，它只实现了物理层

注意：这里说的是传统意义的交换机（二层交换机）路由器（三层路由器），随着网络设备技术的发展，也出现了很多三层四层交换机，四层路由器，我们说的都是传统意义的交换机和路由器 

网络分层对应 

在进行网络数据传输时，经过不同的网络结点（主机，路由器）时，网络分层需要对应

同一个网段内两台主机进行文件传输，通过TCP/IP协议通信的过程如下：

跨网段的主机进行文件传输，数据从一台主机到另一台主机传输要经过一个或多个路由器，通过TCP/IP协议通信的过程如下：

封装和分用

• 不同的协议层对数据包有不同的称谓，传输层叫作段，网络层叫作数据报，链路层叫作帧
• 应用层数据通过协议发到网络上时，每层协议都要加一个数据首部
• 首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷有多长，上层协议是什么等信息
• 数据封装成帧后发送到传输介质上，到达目的主机后每层协议再去掉相应的首部，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

封装：一个网络设备按照从高到低的顺序，使用对应分层的协议一层一层包装数据再发送

封装过程如图所示：

分用：一个网络设备，按从低到高的顺序，使用对应分层协议解析数据再使用  

分用过程如图所示：