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目录
- 计算机网络概述
- 网络的范围分级
- 电路交换网络（电路交换）
- 报文交换网络和分组交换网络（包交换）
- 常见的网络拓扑结构
- OSI七层模型
- TCP/IP四层模型
- 网络的性能指标
- 物理层
- 通信基本概念
- 传输介质
- 基带传输与数字编码
- 多路复用技术
- 中继器和两个计算公式
- 数据链路层
- 冗余码的计算
- 点到点信道
- 数据的透明传输
- 广播信道的数据链路
- 以太网
- PDU地址的概念
- 虚拟局域网（VLAN）
- ip地址
- ip地址概述
- IP地址格式
- 子网掩码
- 定长子网的划分
- 变长子网的划分
- 合并网段
- 网络层
- 网络层概述
- 地址解析协议ARP
- 路由相关协议
- ICMP报文
- 虚拟专用网（VPN）
- 传输层
- 传输层的功能
- 进程标识
- UDP协议
- TCP协议
- 三次握手，四次挥手
- 计算机网络为什么要分层，每一层解决了什么问题
- 为什么要分层
- OSI 七层模型与 TCP/IP 模型
- OSI 七层模型：
- TCP/IP 模型：
- 每一层解决的具体问题
- 物理层：
- 数据链路层：
- 网络层：
- 传输层：
- 会话层：
- 应用层：
- 总结
计算机网络概述
网络的范围分级
电路交换网络（电路交换）
报文交换网络和分组交换网络（包交换）
- 将信息打包后在各个结点直接依次传输
常见的网络拓扑结构
OSI七层模型
层与层之间通过接口访问，从下到上的记忆顺序物联网书卉试用（谐音梗不扣钱）
TCP/IP四层模型
其实是对OSI七层模型的一个合并简化
网络的性能指标
物理层
通信基本概念
传输介质
基带传输与数字编码
多路复用技术
- 频分复用：假设a用高频，b用低频
- 码分复用：a和b一起运输，到目的地再各自分开
中继器和两个计算公式
- 中继器：信息在传输过程中会衰减，通过中继器将其进行放大整形操作抗衰减，集线器是单进多出的中继器
数据链路层
链路：结点到结点，中间没有路由器
数据链路层是OSI七层模型中的第二层，介于物理层和网络层之间，主要负责在相邻设备之间可靠地传输数据帧，确保数据的完整性和正确性。其主要功能包括帧的封装与解封装、错误检测与纠正、流量控制等。
数据链路层的主要功能
- 帧的封装与解封装
功能描述：
数据链路层将来自网络层的数据（通常是分组）封装成数据帧，以便通过物理层进行传输。
数据帧由帧头（Header）、帧数据（Payload）和帧尾（Trailer）组成，分别包含控制信息、数据以及校验信息。
具体操作：
封装：为数据包添加必要的帧头和帧尾信息，形成数据帧。
解封装：接收数据帧后，移除帧头和帧尾，并将数据传递给网络层。 - 物理地址（MAC地址）寻址
功能描述：
数据链路层使用物理地址（如MAC地址）标识网络设备，确保数据能够准确送达目标设备。
源设备在帧头中添加目标设备的MAC地址和源设备的MAC地址。
应用场景：
局域网中设备之间的通信需要基于MAC地址。 - 错误检测与纠正
功能描述：
数据链路层负责检测数据在传输过程中是否出错（如比特翻转、丢失等）。
通常在帧尾中添加校验信息（如CRC循环冗余校验），接收端对数据进行校验以判断是否出错。
某些协议支持简单的错误纠正功能，例如请求重传机制。
常见方法：
奇偶校验：通过比特数量判断是否出错。
CRC校验：广泛用于数据链路层的错误检测。
冗余码的计算
点到点信道
数据的透明传输
“透明”：表示链路层对上层数据不进行解释或干预，数据内容是什么就按什么样子进行传输，不会因为链路层的操作而对数据内容产生影响。
核心目标：无论数据内容如何变化，链路层都能将其正确封装为帧，并通过物理链路完整地传递到接收端，同时让接收端可以还原出发送端的数据。
广播信道的数据链路
以太网
集线器：工作在物理层
网桥：工作在数据链路层，用于优化以太网，隔离冲突，识别帧的结构
PDU地址的概念
在不同层PDU地址和传输数据类型不一样
虚拟局域网（VLAN）
ip地址
ip地址概述
路由器连不同网段，交换机处理同一网段内的交换信息
IP地址格式
子网掩码
- 用于区分出ip地址中哪些是网络地址，哪些是主机地址
网络地址和广播地址除外，如果网络地址相同，则不需要通过交换机进行通信
- 注：私有地址是不能直接转发到网上的，需要转为公有地址
定长子网的划分
本质上是从主机地址中取出一些位数，用来标记不同的子网
变长子网的划分
合并网段
网络层
网络层概述
地址解析协议ARP
即通过目标的ip地址找到mac地址，从而找到转发结点
路由相关协议
ICMP报文
用于检测发送过程中的错误
虚拟专用网（VPN）
将私有地址映射为一个可以通过网络传输的公有地址
传输层
传输层的功能
网络层解决了不同主机之间通信的问题，而传输层解决了同一主机中不同进程之间通信的问题
进程标识
采用端口号来标识进程，这也就能理解为什么ctf连接时都是连某个端口了
UDP协议
特点就是快，但是不可靠
TCP协议
三次握手，四次挥手
计算机网络为什么要分层，每一层解决了什么问题
计算机网络分层是一种模块化设计方法，它将网络通信过程分解为多个层次，每一层解决不同的网络问题。通过分层，网络协议的设计和实现变得更加清晰和易于管理，同时也提高了网络的可扩展性、可维护性和互操作性。
分层设计的思想在 OSI 七层模型和 TCP/IP 模型中得到了广泛应用。每个模型有不同数量的层次，但它们的设计思想和目的都是相同的。
为什么要分层
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简化网络设计和实现
网络功能复杂，分层可以将每个网络问题局限于一个层，减少了跨层之间的复杂性，使得开发人员可以专注于单一层的功能。 -
增强可扩展性
新的协议和技术可以仅在某一层进行替换或更新，而不影响其他层。例如，当出现新的传输协议（如 QUIC 替代 TCP）时，只需要修改传输层的实现，其他层（如应用层、网络层）不需要改变。 -
提高模块化和灵活性
分层使得每一层的协议和技术具有独立性，可以针对不同需求优化和升级。例如，应用层可以采用不同的协议（如 HTTP、FTP），而无需关心底层的传输细节。 -
实现跨平台的互操作性
通过定义标准接口和协议，各个层之间可以独立工作，允许不同厂商、不同技术的设备在相同的网络中协同工作。 -
便于故障排除和管理
分层设计使得网络故障可以被局限到特定的层，便于定位和排除问题。例如，如果数据包丢失，可能是网络层的路由问题；如果传输错误，可能是传输层的问题。
OSI 七层模型与 TCP/IP 模型
OSI 七层模型和TCP/IP 模型是计算机网络协议体系结构的两种常见分层模型。每个模型有不同数量的层次，但它们的设计思想和目的都是相同的。
OSI 七层模型：
-
物理层（Physical Layer）
- 解决问题：传输介质和信号的物理特性。确保比特在物理媒介（如电缆、无线信号）上传输。
- 例如：电压、信号强度、线缆类型、光纤、无线电波等。
-
数据链路层（Data Link Layer）
- 解决问题：节点之间的数据帧传输和错误检测。提供可靠的点对点数据传输，确保数据帧从源节点正确传输到目标节点。
- 例如：以太网、Wi-Fi、帧检验序列（FCS）、MAC 地址。
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网络层（Network Layer）
- 解决问题：数据包的路由与转发，选择从源到目的地的最佳路径。提供不同网络之间的互联。
- 例如：IP 协议、路由协议（如 OSPF、BGP）。
-
传输层（Transport Layer）
- 解决问题：端到端的数据传输，提供可靠性、流量控制和差错检测。确保数据按顺序传输且没有丢失。
- 例如：TCP、UDP。
-
会话层（Session Layer）
- 解决问题：会话管理和数据同步。提供不同应用之间的通信会话，管理会话的建立、维护和终止。
- 例如：NetBIOS、RPC（远程过程调用）。
-
表示层（Presentation Layer）
- 解决问题：数据格式化与转换，确保不同系统之间的数据可以理解。例如，数据编码、加密、解密、压缩等。
- 例如：JPEG、MPEG、SSL/TLS、ASCII、EBCDIC 编码。
-
应用层（Application Layer）
- 解决问题：直接为用户提供网络服务，定义应用程序与网络之间的通信方式。处理具体的应用协议。
- 例如：HTTP、FTP、SMTP、DNS、SSH。
TCP/IP 模型：
TCP/IP 模型是一个四层的模型，实际上是基于 OSI 模型的简化版本。它被广泛用于现代互联网中。
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网络接口层（Network Interface Layer）
- 对应于 OSI 模型中的物理层和数据链路层，负责数据在物理媒介上的传输。
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互联网层（Internet Layer）
- 对应于 OSI 模型中的网络层，负责数据包的路由和转发，处理 IP 地址、子网、路由等。
-
传输层（Transport Layer）
- 对应于 OSI 模型中的传输层，提供端到端的通信服务。常用的协议有 TCP 和 UDP。
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应用层（Application Layer）
- 对应于 OSI 模型中的应用层、会话层和表示层，负责处理特定应用的请求和响应。
每一层解决的具体问题
物理层：
- 问题：如何在物理介质上传输比特流（如电缆、光纤、无线电波等）。
- 解决方案：定义信号的电气特性、传输媒介、传输速率等。
数据链路层：
- 问题：如何可靠地在局部网络中传输数据帧。
- 解决方案：通过帧检验、错误检测和纠正、MAC 地址来确保数据正确传输。
网络层：
- 问题：如何从源到目的地传送数据包，并在网络中进行路由选择。
- 解决方案：使用 IP 协议进行数据包的寻址和路由选择，确保数据在多个网络中传输。
传输层：
- 问题：如何在两个端点之间建立可靠的数据传输，解决数据的顺序、完整性和丢失问题。
- 解决方案：使用 TCP 提供可靠传输、重传机制、流量控制等；使用 UDP 提供不可靠但低延迟的传输。
会话层：
- 问题：如何管理通信会话（即通信的持续时间、同步、恢复等）。
- 解决方案：通过建立、维护和终止会话来协调不同应用程序之间的通信。### 表示层：
- 问题：如何将数据进行格式化、压缩、加密等转换，使不同系统间的数据能够理解。
- 解决方案：使用标准数据格式（如 JPEG、MPEG）、加密和解密技术（如 SSL/TLS）。
应用层：
- 问题：如何让用户或应用程序与网络服务进行交互。
- 解决方案：定义具体的网络协议，支持用户的各类需求，如文件传输、网页浏览、电子邮件等。
总结
网络分层的目的是将复杂的网络通信过程分解成若干个可管理、可维护、可优化的模块，每个层次专注于解决特定的网络问题。分层不仅提高了网络协议的灵活性和可扩展性，还增强了故障排查和协议互操作性的能力。每一层解决不同的问题，从物理层的比特传输到应用层的用户需求，每一层都发挥着至关重要的作用。
