网络编程的基本知识

目录

两种不同的网络互联规模

三种方式组网方式

网络通信的基础

IP地址

端口号

认识协议及其作用

协议的分层

协议分层的意义

OSI七层网络模型

TCP/IP五层（四层）模型 

物理层

数据链路层

网络层

传输层

应用层

网络设备所在的分层

网络分层当中的一组重要概念（封装和分用）

应用层到传输层

传输层到网络层

网络层到数据链路层

数据链路层到物理层

物理层到数据链路层

数据链路层到网络层

网络层到传输层

传输层到应用层 

总结

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两种不同的网络互联规模

1.局域网（LAN），Local Area Network是一个本地的网络，是局部组建的一种私有网络。

2.广域网（WAN），Wide Area Network是将多个局域网连接组建起来的。

三种方式组网方式

基于网线直连

 

网线相连的主机组成局域网，这种连接方式耗费大量的网线和接口。

基于交换机组建局域网

交换机上的每一口的作用是相同的，效果就是把接入的所有设备组成一个局域网。在这个局域网内部的主机可以进行相互访问。 

基于路由器组建局域网

路由器通常有两个口，一个是LAN口，一个是WAN口，其中连接在LAN口的设备在一个局域网当中。通过WAN口 连接到另外一个路由器的LAN口，连接另外一个局域网。

网络通信的基础

IP地址

1.描述的是网络上的一个主机的位置（收获地址）。

2.IP地址本质上是是一个32位整数，但是32位整数不方便记忆。所以将32位整数按照字节分成4个部分，每个部分用.隔开，且没部分整数的十进制数范围为0～255. 

格式：32位二进制数，分成4个8位二进制数。

 

端口号

1.描述一个主机上的一个应用程序。（收件人的信息）

2.端口号默认为2个字节（16位）的无符号整数，范围为0～65535

认识协议及其作用

协议是网络协议的简称，网络协议是使用网络通信（网络传输数据）经过所有网络设备都必须遵守的一组规定，规则。如：要怎样建立连接，怎样相互识别，只有遵守这样的协议，计算机之间才能进行正常的通信。

协议的内容通常分为三要素：1.语法，即数据与控制信息的结构和格式。2.语义，即需要发出合作信息，需要完成何种动作，做出何种回应。3.时序，即事件实现顺序的说明。

计算机之间通信媒介是光信号和电信号，通过光信号的高或低频率和电信号的高或低电平来表示这样的0和1信息。想要传递不同的数据格式，就需要约定不同的协议。

协议的分层

协议分层的意义

1.每层协议间没有必定的联系。（便于封装）

2.便于把对应层的协议更换。（更好的解耦合）

OSI七层网络模型

TCP/IP五层（四层）模型 

对比OSI七层模型，TCP/IP当中将应用层和表示层和会话层合并为应用层，其他的层是相同的只不过命名存在差异。

为什么既称为五层又称为四层协议？

分为四层和分为五层站在的角度不一样。五层是全局的角度看待的，而站在程序员的角度上看，物理层描述的是硬件设备和软件有没有较大的关系，所以会将物理层省略。

物理层

网络通信当中的设备，如：网线网卡，这部分是针对硬件的约束，保证所有主机和网络设备之间是相互匹配的。如：各种品牌的路由器接口都是相同的，各种主机的网络接口都是相同的。

数据链路层

负责完成两个相邻设备的直接的通信（相邻设备就是用两根网线连接的设备）。

 图中，路由器和主机1是相邻的，路由器和主机2是相邻的，主机1和主机2不是相邻的。

网络层

负责点到点之间的通信，特指的是网络当中不相邻的主机之间的通信。

 

例如图中，主机1给主机3发生信息，就是两个不相邻的点之间的通信。网络层就负责在这两点之间规划出一条合适的路线。（实际网络结构非常复杂，两个点之间的通信线路不止有一条，就需要规划出合适的那一条）。 

传输层

负责端到端之间的通信（起点到终点），同时只关系数据到了没有，而不关心数据传输的过程。打个比方，当我们网购商品时，下单后卖家将商品寄出后，商家只会关注的是商品的结果（商品寄到了没有），而不会关注商品寄的方式和寄的路线，商家就像当与传输层。

应用层

应用层与应用程序密切相关，例如传输的数据是什么，有什么作用。不同的应用程序有不同的用途。

还是网上购物的例子，商家是传输层，考虑这个东西能不能到达我的手上；快递公司是网络层，规划快递运送的路线；快递小哥是数据链路层，骑电瓶车将商品运送到快递集散中心或者将快递运输到顾客手中；电动车，公路，是物理层，提供传输的基础；以上的群体关系的是除了商品内容之外的东西。

顾客就相当于应用层，考虑商品的用途，和内容。

网络设备所在的分层

1.一台主机实现了物理层到应用层五层。

2.一台路由器实现了物理层到网络层（主要实现了物理层，数据链路层，网络层）。

3.一台交换机实现了物理层到数据链路层（主要实现了物理层，数据链路层）。

网络分层当中的一组重要概念（封装和分用）

主要了解不同协议之间是如何配合的，通过一个例子来理解这个过程：用户A使用通讯App向用户B发送打招呼信息。

应用层到传输层

 其中TCP协议报头包含的信息很多，包括“源端口”和“目的端口”。

上述的过程就是封装的过程（但是这个封装和Java面向对象中的封装不同）。

传输层到网络层

其中的IP协议报头包含的信息是“源IP”和“目的IP”

网络层到数据链路层

帧头存储的接下来要传的设备的地址（写的是当前地址到接下来一个相邻节点的地址），随着数据往下一个设备转发，帧头当中的地址会发生改变；

帧尾写着校验和。

数据链路层到物理层

到了以上步骤，数据就会离开当前主机了，到达下一个网络设备（可能数据交换机，路由器），A和B之间大概率不是用网线直连，所以这中间可能会经过多的重复过程。

以上过程都统称为封装的过程。接下来看看分用的过程。所谓分用就是封装的逆过程。

物理层到数据链路层

主机B感知到一组高低电平，并将其转化为0 1 的一串数据，这串0 1为一组完整的以太网数据帧。这时候物理层就将以太网数据帧传到了数据链路层。

以太网数据帧：

数据链路层到网络层

这时候数据链路层负责对以太网数据帧进行解析，去掉帧头和帧尾，取出IP协议报文。再将IP协议报文交给传输层。

IP协议报文：

网络层到传输层

 传输层将IP协议报文进行解析，将其中的IP协议报头去掉，取出其中的TCP协议报文。将TCP协议报文传给应用层。

TCP协议报文：

传输层到应用层 

应用层会调用socket ApI 从内核当中读取到这个应用层数据，再按照应用层协议进行解析，根据解析结果给显示到窗口。

总结

其实无论网络构造多么复杂，这里整体的传输过程都是相似的，只是在不停重复的封装和分用过程。正如下图所示：