网络基础一

网络发展

独立模式：计算机之间相互独立。

网络互联：多台计算机连接在一起，完成数据共享。

局域网LAN：计算机数量更多了，通过交换机和路由器连接在一起；

广域网WAN：将远隔千里的计算机都连在一起。

协议

概念

“协议”是一种约定。

所以，一台计算机内部本质也是一个小型网络结构。

计算机
体系结构中有网络。
网络中有体系结构。

作用

距离过长进行通信
可能会引入新的通信问题

所有的网络问题：本质上都是传输距离变长了！

尽可能减少通信成本：定制协议！！

分层

理解分层

a. 软件设计方面的优势 -- 低耦合
b. 一般我们的分层依据：功能比较集中，耦合度比较高的模块 -- 一层 -- 高内聚
c. 每一层都要解决特定的问题！

网络要解决的问题

下面的每一层都有自己匹配的协议，每一层协议都解决自己的问题

1. 如何把数据交付给和自己直接相连的下一台主机
2. 要有路径选择的能力
3. 容错纠错能力
4. 解决应用方面的问题

OSI七层模型

7. 应用层
6. 表示层
5. 会话层
4. 传输层
3. 网络层
2. 数据链路层
1. 物理层

TCP/IP五层协议

1. 物理层  
负责光/电信号的传递方式，比如现在以太网通用的网线(双绞线)。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等。集线器(Hub)工作在物理层。 网卡
2. 数据链路层
负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测
到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层

3. 网络层
负责地址管理和路由选择. 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规
划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层

4. 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标主机

5. 应用层
负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等. 我们的网络编程主要就是针对应用层

1. 协议报头 

a. 协议每一层都有，而每一个协议最终表现就是协议都要有报头。

生活例子：

就比如我们在淘宝上买了个篮球，我们收到快递的时候不只有篮球，还有对应的快递盒子和快递单子。快递单就类似于报头，快递单上内容的格式就相当于快递公司的协议。

b. 协议通常是通过协议报头来进行表达的。

c. 每一份数据最终在被发送或者在不同的协议层中，都要有自己的报头。

2. 局域网

a. 两台局域网的主机能够直接通信
b. 局域网通信的原理

每一台机器都有自己的“名字”，每一台主机都有着网卡，每一张网卡有自己的地址。
MAC地址 --> 表明自己在局域网中的唯一性。

查看linux中的IP地址和MAC地址

 

局域网中的通信原理：根据MAC地址来判断这个消息是不是发给自己的。
报文= 报头+有效载荷

我们学习网络协议需要关注的两个问题

1. 如何判断那里是报头，哪里是有效载荷？
2. 如何判断自己的有效载荷要交给上层的哪一个协议呢？

每一层都必须面对的问题，也都需要解决的问题！
每一层协议的报头中，一定要涵盖上面的信息！
所有协议的共性！

只允许一个主机在任何一个时刻在局域网中发送消息，否则发生碰撞。

局域网：碰撞域

如何看待局域网中的网络资源？

站在系统角度：共享资源、临界资源。

局域网通信时自顶向下封装，自底向上解包。

数据包封装和分用

1. 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)。

2. 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)。

3. 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。

4. 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。

网络中的地址管理

认识IP地址

IP协议有两个版本, IPv4和IPv6. 

1. IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;

2. 对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;

3. 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;

认识MAC地址

1. MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;

2. 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)

3. 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).

特点

IP地址：

为我们未来每一个阶段，提供方向目标，方便进行路径选择。

MAC地址：

可行性