计导 第 6 章 计算机网络
目录
网络分类
TCP/IP协议族
应用层
传输层
传输层地址（端口号）
多路复用和解多路复用
拥塞控制
流量控制（确认系统）
差错控制
传输层协议
SCTP 流控制传输协议，是一个新的协议，结合了UDP和TCP的优点，像UDP一样，适用于音频和视频的实时传输；像TCP一样，提供差错控制和流量控制。
网络层
网络层地址（IP）
路由选择
网络层协议
数据链路层
物理层
层的总结
因特网应用
这一章的内容比较浅显，计算机网络知识在程序员的职业生涯中占有很大的比重，需要多参考其他专门讲解网络的书籍以及在实际工作中参悟。
网络是 硬件 和 软件 的组合，它把数据从一个地方发送到另一个地方。硬件是把电信号从网络中的一个节点传送到另一个节点的物理设备，即是真正用来传输数据的。软件是有指令组成，与硬件交互，发送方将数据单元按照一定协议组装成帧，发送给硬件，由硬件将帧转换成电磁信号，沿着物理链路传输；接受方硬件接收到电磁信号，被转回数字形式，交给上层软件处理，软件再按照协议解析还原成真实的数据。
网络分类
- 局域网 （英语： Local Area Network ，简称 LAN ），覆盖范围一般是方圆几千米之内，其具备的安装便捷、成本节约、扩展方便等特点使其在各类办公室内运用广泛。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享等功能，在使用过程当中，通过维护局域网网络安全，能够有效地保护资料安全，保证局域网网络能够正常稳定的运行
- 广域网（英语：Wide Area Network ，简称 WAN ），也称远程网、外网、公网。是连接不同地区局域网或城域网计算机通信的远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网并不等同于互联网。
- 城域网 (英语: Metropolitan Area Network，简称 MAN)，是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在100兆比特/秒以上。MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联接起来，这与WAN的作用有相似之处，但两者在实现方法与性能上有很大差别。基于一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。MAN单独的列出的一个主要原因是已经有了一个标准：分布式队列双总线DQDB（Distributed Queue Dual Bus），即IEEE802.6。DQDB是由双总线构成，所有的计算机都连结在上面。
TCP/IP协议族
为了分解完成任务所需的服务，创造了协议，这些协议允许使用不同技术的局域网和广域网相互连接在一起，从一点向另外一点传送信息。控制因特网的一组协议称为TCP/IP协议族。如今的TCP/IP协议族通常被定义成5层。
下图当消息从设备A发送到设备B时涉及的层，消息在传输时，可能经过许多路由器，路由器只使用前三层。
在一台机器中，每一层调用其直接下层的服务。例如第3层使用第2层的服务，并为第4层提供服务。
应用层
应层层提供对电子邮件、远程文件访问和传输、浏览万维网等服务等的支持。应用层负责向用户提供服务。常用的应用层协议由http、smtp、ftp、ssh、imap，还有一些用户自定的一些协议（比如游戏中使用的多是自动协议）。
实现：将应用层协议封装成数据包发送给下一层即传输层。
传输层
传输层负责整个消息的进程到进程的传输 -- 建立客户和服务器计算器的传输层的逻辑通信。
实现：将上层应用层的数据包，在其包头增加包含源和目的端口的传输层协议头，再发送给下一层即网络层。
传输层地址（端口号）
当消息到达机器时，必须指向正确的进程，端口号作为同一台机器上不同进程的唯一标识。
多路复用和解多路复用
传输层从不同进程中收集要发出的信息，并将到达的信息根据端口号分发给各自的进程，传输层使用端口号完成多路复用和解多路复用。在数据包中增加源和目的端口号。
拥塞控制
传输层负责实现拥塞控制，物理上传送数据包的下层网络可能发生拥塞，这可能引起网络丢弃一些数据包。有些协议为每个进程使用缓冲区。消息在发送前存储在缓冲区中，如果传输层检测到网络上还有拥塞，就缓慢发送。
流量控制（确认系统）
发送端的传输层能监控接受端的传输层，检查接受者接收到的数据包是否过量。接受者确认每个数据包或一组数据包，这样就允许发送者检查接收者接收到的数据包是否过量。
差错控制
在消息传输过程中，可能被损坏、丢失、重复或乱序。传输层的发送负责确保消息被目的传输层正确接收，上面的确认系统也能提供差错控制。传输层可以在缓冲区（或临时存储）中保留消息的副本，直到它从接受者那里接收到包无损坏到达和次序正确的确认。如果在发送端在预期时间内没有收到接收端回传的确认信息，那么发送端就重新发送数据包。为了能够检查包的次序，传输层给每个包加上了次序好，给每个确认加上确认号。
传输层协议
在TCP/IP协议族中定义了三种传输层协议：UDP、TCP、SCTP：
- UDP 用户数据包协议，是最简单的传输层协议。UDP通过端口号完成多路复用和解多路复用；通过给包增加检验和来进行差错控制，UDP协议中如果接受者对接收到的包重新计算校验和后得出结论这个包被损坏，只是默默的丢掉这个包，不会通知发送端。简单、速度快、效率高。由于不提供属于单个消息的数据包间的逻辑连接，又被称为无连接协议，由于缺乏序号，所以UDP中的每一个包都是一个单独的实体。
- TCP 传输控制协议，支持传输层所有指责的协议，使用序号、确认号和检验和，就在发送方使用缓冲区。因为在两个传输层之间提供逻辑连接，所有被称为面向连接的协议：一个在源端，另一个在目的端。序号的使用维持了连接：如果数据包到达的顺序错了或丢失了，将被重新发送。在接收端的传输层不把次序错的数据包发送给应用进程，但保留消息中的所有数据包，直到它们以正确的次序被接收。TCP是数据通信中完美的传输层协议，但是没有UDP快和高效，不适合音频和视频的实时传输，如果数据包丢失，TCP需要重新发送，这样就破坏了数据包的实时同步性。
-
SCTP 流控制传输协议，是一个新的协议，结合了UDP和TCP的优点，像UDP一样，适用于音频和视频的实时传输；像TCP一样，提供差错控制和流量控制。
网络层
负责源到目的的数据包的发送，可能跨多个网络，网络层保证每个数据包从源到目的主机。
实现：将上层传输层的数据包，在其包头增加包含源和目的IP地址的网络层协议头，再发送给下一层即数据链路层。
网络层地址（IP）
路由选择
是指确定数据包的部分或全部路径。因为因特网是网络（LAN，WAN和MAN）的集合，因此从源到目的的数据包发送可能是几个发送的组合：源到路由器的发送、几个路由器到路由器的发送，最后是路由器到目的地的发送。当一个路由器接收到一个数据包时，它检查自己的路由表，决定这个数据包的最终目的地的最佳路线。路由表提供了下一个路由器的IP地址。当数据包到达下一个路由器时，下一个路由器在根据自己路由表做出新的选择。换言之，路由选择的决定是由每一个路由器根据自己的路由表决定的。路由表是由路由选择协议来完成的，路由选择协议像因特网上的所有路由器发送自己的消息，更新它们关于路由的信息。用在因特网的路由选择协议有：RIP、OSPF和BGP。
上图显示了经过几个网络从源到目的的数据包的路由选择。从源A到目的D，经过R1、R4、R5这条路径。
Note：路由器只使用TCP/IP协议族的前三层，既不需要传输层。
网络层协议
TCP/IP协议族支持一个主协议（IP）和几个辅助协议，帮助IP完成它的指责。
- IP，目前使用的IPV4（32 bit）和 IPV6（128 bit），在便于人类阅读的基础上，IPV4使用点分十进制表示，IPV4使用冒号十六进制表示。IP提供了尽力而为的服务，不保证数据包无误到达或有序，也不保证任何数据包都被发送。
- 辅助协议：
- ICPM（因特网控制消息协议），可以用来报告一定数目的差错给源计算机，路由器可以发送一个数据包给源计算机，警告其拥堵，还可以用来检查因特网节点的状态。
- IGMP（因特网小组管理协议），可以用来增加IP的多播能力。
- ARP（地址解析协议）和（RARP）反向地址协议。
数据链路层
数据链路层负责数据帧的节点到节点的发送。
实现：将上层网络层的数据包，在其包头增加包含源和目的MAC地址的链路层协议头，再发送给下一层即物理层。
数据链路层的地址不是通用的，每个数据链路协议可能使用不同的地址格式和大小。以太网协议（当今的主流局域网）使用的48bit地址，通常被写成十六进制格式，例如：07:01:02:11:2C:5B。
数据链路层地址经常被称为物理地址或介质访问控制（MAC）地址。
物理层
在物理介质上传输二进制所需要的功能。物理层负责组成帧的单个二进制位从一个节点到另一个节点的传送。换言之，在数据链路层传送的单元是帧，物理层传送的二进制位。帧中的每个位被转化为电磁信号，通过无线或电缆等物理介质传播。
层的总结
在应用层，进程交换信息；在传输层，数据单元被称为段（TCP），用户数据报（UDP）或包（SCTP）；在网络层，数据单元被称为数据报；在数据链路层，数据单元被称为帧；在物理层，数据单元是二进制。
Note：在层中数据单元间的关系不是一对一的。换言之，第4层数据单元如果较大，在第3层ip层则会被分为多片，这就是IP分片，这样以来，一个4层数据单元则会对应多个3层单元。
因特网应用
电子邮件：POP，IMAP
文件传输协议：FTP
远程登录：TELNET
万维网：HTTP，HTTPS
视频会议，聊天
凡是过往，即为序章