网络基础---初识网络

前言

作者：小蜗牛向前冲

名言：我可以接受失败，但我不能接受放弃

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目录

一、局域网/广域网

 二、协议

1、网络协议初识

2、OSI七层模型

3、TCP/IP五层模型 

三、网络传输基本流程 

1、认识报文

 2、网络传输基本流程

本期学习目标：对局域网/广域网的概念有基本认识，认识协议是什么，理解OSI七层模型和TCP/IP五层模型，网络传输基本流程

一、局域网/广域网

局域网（LAN）

• 局域网是一种覆盖较小地理范围的网络，通常局限于单个建筑物、办公室、校园或者家庭。
• 在局域网内，设备之间的通信速度很快，通常以千兆位或更高的速度进行通信。
• 典型的局域网技术包括以太网、Wi-Fi、局域网通用串行总线（USB）等。
• 局域网通常由路由器、交换机、集线器等设备组成，用于连接和管理局域网内的设备。

 

广域网（WAN）

• 广域网覆盖的范围更大，可以是跨越城市、国家甚至是全球的范围。
• 广域网连接不同地理位置的局域网、城市、企业等，使得这些地点之间可以进行远程通信和数据交换。
• 与局域网相比，广域网的通信速度可能较慢，受到距离和中间设备的影响。
• 典型的广域网技术包括互联网、专用线路、光纤、无线电链接等。
• 广域网通常由路由器、调制解调器、光纤转接器等设备组成，用于连接不同地点的网络。

 二、协议

1、网络协议初识

什么是协议呢？其实是一种约定。那为什么要这样呢？打一个不恰当的比方，在那个电话费比较贵的年代，小芳和在外面工作的小方约定，打电话铃声响一声表示想对方了写一封信过去了，响二声表示自己将要过去......。那他们为什么要这样做呢？其实本质上来说是了减少通信的花费的成本。

而在网络中，五湖四海的人想交流沟通，而每个人都有自己的方言(自己的网络标准)，那对方不理解什么意思啊，所以为了节约通信成本，大家都统一说普通话(这就是协议)。

协议的本质其实是为了尽可能能的减少通信成本。

从网络的发展历史来说，计算机生产厂商有很多; 计算机操作系统, 也有很多; 计算机网络硬件设备, 还是有很多; 如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信? 就需要有人站出来, 约定一个共同的标准, 大家都来遵守, 这就是 网络协议

这里重点为大家简单的介绍一下:OSI七层模型和TCP/IP五层模型

2、OSI七层模型

OSI（Open Systems Interconnection）七层模型是一种用于理解和描述计算机网络体系结构的标准化框架。它将网络通信的功能划分为七个不同的层次，每个层次负责特定的任务，并与上下层进行通信。

	分层名称	功能	每层功能的概述
7	应用层	应用层是最高层，提供了网络服务和用户应用程序的接口。 它包含各种应用程序，例如 Web 浏览器、电子邮件客户端、文件传输协议等。 典型协议：HTTP（Hypertext Transfer Protocol）、SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）等。
6	表示层	表示层负责数据的格式化、加密和压缩，以确保数据在不同系统之间的兼容性。 它提供了数据的语法和语义转换，以便应用层能够正确解释数据。 例如：数据的加密、压缩和格式转换。	接收不同形式的信号，文字流，声音等
5	会话层	会话层负责建立、管理和终止会话（或连接）。 它提供了会话的同步、控制和管理功能。 例如：在两台计算机之间的会话或会议。	如何建立连接，连接多久
4	传输层	传输层负责端到端的数据传输和可靠性。 它提供了数据的分段、流量控制、错误检测和纠正，以及端到端的可靠性保证。 典型协议：TCP（Transmission Control Protocol）、UDP（User Datagram Protocol）等
3	网络层	网络层负责在不同网络之间传输数据包，并进行路由选择和地址转发。 它提供了数据包的路由、寻址和分组。 典型设备和协议：路由器，IP（Internet Protocol）、ICMP（Internet Control Message Protocol）等。
2	数据链路层	数据链路层负责在直接连接的节点之间传输数据帧。 它提供了数据的可靠传输、错误检测和纠正，以及流量控制。 典型设备和协议：网桥、交换机，以太网、PPP（点对点协议）等。
1	物理层	物理层是网络通信的最底层，负责在物理介质上传输原始比特流。 它定义了数据在传输介质上的传输方式，包括电压、电流、光信号等。 典型设备和协议：网线、集线器、中继器，以太网、WiFi、光纤等。

iOs模拟不仅仅复杂，还不是那么好用，于是人们又推出TCP/IP五层模型 。

3、TCP/IP五层模型 

1. 物理层（Physical Layer）：

   • 与OSI模型的物理层相对应，负责定义连接到网络的硬件标准，例如电缆、光纤、网卡等。
   • 该层的功能主要是将比特流从一个节点传输到另一个节点，处理硬件设备之间的物理连接。

2. 数据链路层（Data Link Layer）：

   • 在TCP/IP模型中，数据链路层包含了OSI模型的数据链路层和部分网络层的功能。
   • 负责将数据帧从一个物理节点传输到相邻的物理节点，提供了对物理层的访问和链路的管理。
   • 典型协议：以太网（Ethernet）。

3. 网络层（Network Layer）：

   • 与OSI模型的网络层相对应，负责在网络上寻址、路由选择和分组传输。
   • 该层的功能包括将数据包从源主机传输到目标主机，并通过路由器进行跨网络的传输。
   • 典型协议：Internet Protocol（IP）。

4. 传输层（Transport Layer）：

   • 传输层在TCP/IP模型中与OSI模型的传输层相对应，负责端到端的通信，提供可靠的数据传输服务。
   • 典型协议：Transmission Control Protocol（TCP）、User Datagram Protocol（UDP）。

5. 应用层（Application Layer）：

   • 与OSI模型的会话层、表示层和应用层相对应，包含了用户接口和网络应用程序。
   • 负责提供网络服务和用户应用程序的接口，支持各种应用程序，如Web浏览器、电子邮件客户端等。
   • 典型协议：Hypertext Transfer Protocol（HTTP）、Simple Mail Transfer Protocol（SMTP）、File Transfer Protocol（FTP）等。

通过分层，我们就明确了每层的功能，从而更好的制定协议 

三、网络传输基本流程 

1、认识报文

在计算机网络中，通信的基本单位是报文（Message）。报文是网络中传输的数据单元，它承载了发送方想要传递给接收方的信息。报文的结构和内容根据通信的应用和协议而变化，但通常包含了必要的控制信息和实际的数据。

报文=报头+有效载荷

那我们上面说的TCP/IP模型，每一层都有报文，每层的报文我们又称为协议报文，上面我们说的协议其实就是通过报文来表示的。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。

在局域网中，二台主机能够直接进行通信，对于每台机器来说自己的”名字“,， 每一台主机都有网卡,每一张网卡有自己的地址，MAC地址。那他们又是怎么进行网络通信的呢？

下面我们先了解一下这些基础概念：

主机名

• 主机名是给计算机在网络上起的一个名字。这个名字通常用来标识网络上的某个设备，以便于人们记忆和识别。主机名并不是唯一的，可以在网络中有相同主机名的多台机器，但每个主机名应该在其所在的局域网内是唯一的。

网卡

• 每一台主机都有至少一张网卡，用于与网络进行通信。网卡是计算机与网络之间的接口，负责将数据帧从计算机发送到网络上，或者接收从网络上来的数据帧。

 MAC地址

• 每张网卡都有一个唯一的MAC地址，这是一个由厂商分配的全球唯一的硬件地址。MAC地址通常是一个48位的十六进制数，用于在局域网中唯一标识一张网卡。在数据链路层（通常是以太网）中，MAC地址被用于确定数据帧的目标和源。

IP 

它是一种在网络上为计算机和其他设备分配和标识的地址系统。IP地址是网络上用于标识和定位计算机或其他网络设备的唯一地址。

每个设备（如计算机、路由器、服务器等）连接到互联网时都需要一个IP地址。IP地址分为两个主要类型：

• IPv4地址： 是32位二进制数，通常以点分十进制的形式表示，例如，192.168.1.1。IPv4地址空间有限，因此随着互联网的发展，IPv6逐渐被引入来扩展地址空间。

• IPv6地址： 是128位二进制数，以冒号分隔的八组十六进制数字表示，例如，2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IPv6提供了更广泛的地址空间，以满足日益增长的互联网连接需求。

 2、网络传输基本流程

上面我们认识了报文，报文中就有效载荷其实就是我们要传输的内容，上层在向下层交互的时候，就要加上自己的报头，形成新的协议。

跨网段的主机的文件传输. 数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器 

数据在网络中传输的过程如下图：

 

上面我们提到了封装，解包。 

数据包封装和分用

• 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).
• 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).
• 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.
• 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称为解包