【计算机网络】网络原理

目录

1.网络的发展

2.协议

3.OSI七层网络模型

4.TCP/IP五层网络模型及作用

5.经典面试题

 6.封装和分用

发送方(封装)

接收方(分用)


1.网络的发展

路由器:路由指的是最佳路径的选择。一般家用的是5个网口,1个WAN口+4个LAN口(口:端口)。可以连接连接多个局域网。

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局域网:把几个电脑通过路由器连接到一起。

广域网:将多个局域网连接起来。可能会覆盖一个城市,一个国家。

交换机:可以扩展路由器的端口。

IP地址:描述了一个设备在网络上的地址。计算机中使用一个32位4字节数字表示地址,由于这样太大,为了表示出来,4个字节分4部分表示。采用的是点分十进制(127.0.0.1)。每个数字范围是0~255。分别代表一个字节。

我们可以通过ipconfig指令在终端上查看我们电脑上的ip地址。

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端口号:区分一个主机上不同的应用程序的。端口号是一个整数(2个字节)。范围是0~65535。

使用端口号的规则:要求同一个主机上的应用程序不能关联到同一个端口号。一个端口号只能被一个应用程序绑定。但一个应用程序可以绑定多个端口号。0一般不使用,1~1023这个范围的端口号供系统使用。就像有些国家的一夫多妻制。夫相当于应用程序;妻相当于端口号。

例如:443->https   80->http    22->ssh    23->telnet


IP和端口号

IP和端口号往往是"一对",比如,买个东西:

  • 收件人地址(源IP),收件人电话(源端口号)。
  • 发件人地址(目的IP),发件人电话(目的端口号)。

2.协议

网络上,本质是通过光/电信号来传输数据。比如:低电平表示1,高电平表示0;高频光信号表示1,低频光信号表示0。本质上还是二进制数据。

协议就是一种约定,规定。约定了通信双方按照一定的方式来传输数据。

五元组

  • 源IP
  • 源端口
  • 目的IP
  • 目的端口
  • 协议类型

协议拆分

将一个大的协议·拆分成多个小的协议。

协议分层

由于通信网络很复杂,拆分就拆分出来太多的小的协议,小的协议太多,不好管理,这时候就需要分层了。按照协议的定位/作用分类,并且约定了不同层协议之间的"调用关系"。(上层协议调用下层协议,下层协议给上层协议提供支持)。类似于一个公司。公司大了就要进行细分。


3.OSI七层网络模型

OSI七层网络模型仅仅出现在教科书中。

实际开发中大都用的是TCP/IP五层网络模型


4.TCP/IP五层网络模型及作用

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是OSI七层模型的简化版本。下面讲述这五层协议的作用,以网购为例

1.物理层

  • 描述的是网络通信的硬件设备。

2.数据链路层

  • 两个相邻节点之间的数据传输情况。
  • 比如商家和我中间隔了许多城市,可能中间还有水路等。关心的是每一步应该使用什么交通工具。

3.网络层

  • 进行路径规划。
  • 即从商家的位置到我的位置发货选哪条路发货最合适(传输成本,传输时间,传输效率)。先从哪个城市到哪个城市,再从哪个城市到哪个城市。

4.传输层

  • 只关注起点和终点。
  • 从商家角度来看,他只关心他自己的发件人地址/电话以及收件人地址/电话,只关心货是不是已经发出和我是不是已经收到货。

5.应用程序层

  • 数据传输过来后,如何使用这个数据。
  • 即我收到货后使用这个商品干啥,比如我买了一个刷子,我可以刷鞋,刷床,还可以刷沙发等。

如果有TCP/IP四层模型的这种说法,那应该就是不算物理层。


5.经典面试题

某某某这个设备应用工作在哪一层?

主机:

  • 它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容。即就是TCP/IP五层模型的下四层。

路由器:

  • 实现了从网络层到物理层的内容,是TCP/IP五层模型的下三层。

交换机:

  • 实现了从数据链路层到物理层。是TCP/IP五层模型的下两层。
  • 交换机的作用是针对路由器的端口进行扩展。因为路由器上的端口是有限的,有可能不够用。

集线器:

  • 只实现了物理层。作用是把网线一分为二。

 

 6.封装和分用

描述了网络通信过程中,基本的数据传输流程。(即发送方一步步封装,接收方一步步拆解)


发送方(封装)

1.应用层(发送方)

协议:由程序员自定义协议

举个例子:例如,QQ发消息,A通过QQ把一个hello传递给B。

在应用层中就会把这个输入的"hello"打包成一个应用层的数据报(格式:字符串拼接)数据报中是二进制形式,这个数据报的内容格式由开发QQ的人员自定义的。我们假设是下面这种:

       

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2.传输层(发送方)

典型协议:TCP,UDP

就是要对刚才的应用层数据再进行打包,变成传输层的数据报,打包过程即字符串拼接。把刚才的应用层数据的基础上再拼接传输层的报头。

一个数据报 = 报头 + 载荷

UDP报头中最关键的信息:就是"源端口"和"目的端口"。

传输层数据报搞好之后,这个数据会进一步交给网络层。


3.网络层(发送方)

主要协议:IP协议

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IP报头包含最重要的属性:源IP和目的IP。

网络层的数据打包之后,继续把数据交给"数据链路层"再进一步打包。


4.数据链路层(发送方)

主要协议:以太网

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以太网报头包含最重要的属性:源mac地址和目的mac地址。这个地址也是用来描述一个设备在网络上的地址的。

打包好后,继续交给物理层。


5.物理层(发送方)

把上述数据转换成二进制的01序列。再通过光信号/电信号进行传输。

上述这五步操作都为层层封装,就像是发快递一样。而下面的操作就相当于是拆快递了。


接收方(分用)

1.物理层(接收方)

将获得的光/电信号转成二进制数据,得到以太网数据报。


2.数据链路层(接收方)

通过以太网协议,针对以太网数据报进行解析。这个解析过程会解析出报头和报尾以及中间的载荷。把载荷部分进一步再交给网络层的协议处理。


3.网络层(接收方)

通过IP协议进一步针对网络层的数据报进行解析,去掉报头,拿到载荷,再把载荷交给传输层。


4.传输层(接收方)

通过UDP协议,再去掉报头,拿到载荷,再交给应用层。


5..应用层(接收方)

把上述数据通过端口号,交给各个应用程序。

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