【计算机网络】网络简介

文章目录

  • 1. 局域网与广域网
    • 1.1 局域网
    • 1.2 广域网
  • 2. 路由器和交换机
  • 3. 五元组
    • 3.1 IP和端口
    • 3.2 协议
    • 3.3 协议分层
  • 4. OSI七层网络协议
  • 5. TCP/IP五层模型
    • 5.1 TCP/IP模型介绍
    • 5.2 网络设备所在分层
  • 6. 封装与分用
    • 6.1 数据包的称谓
    • 6.2 封装
    • 6.3 分用

1. 局域网与广域网

1.1 局域网

简单介绍:指在某一特定区域内由多台计算机组成的互联网组。

局域网,即 Local Area Network ,简称 LAN 。 Local 即标识了局域网是本地,局部组建的一种私有网络。局域网内的主机之间能方便的进行网络通信,又称为内网;局域网和局域网之间在没有连接的情况下, 是无法通信的。

局域网组建网络的方式:

基于网线直连
基于集线器组建
基于交换机组建
基于交换机和路由器组建

1.2 广域网

简单介绍: 通过路由器,将多个局域网连接起来,在物理上组成很大范围的网络,就形成了广域网。

广域网,即 Wide Area Network,简称WAN

广域网内部的局域网都属于其子网,互联网就是最大的广域网。
在这里插入图片描述

2. 路由器和交换机

交换机是一种常见的网络设备 ,它主要用于局域网内的设备通信。
路由器是一种用于连接多个网络的设备,它在网络之间起到了桥梁的作用。

路由器上的接口分为LAN口WAN口WAN口用来接运行商的网线,LAN口用来接入设备,路由器的LAN口也可以接入交换机,交换机还可以接交换机,基于上述结构就构成了庞大的网络结构。

路由器和交换机的区别:

路由器,实现了网络层到物理层,也就是TCP/IP的下三层,路由器工作在网络层
交换机,实现了从数据链路层到物理层,也就是TCP/IP的下两层,交换机工作在数据链路层

3. 五元组

在 TCP/IP 协议中,用五元组来标识一个网络通信:

源 IP :标识源主机
源端口号:标识源主机中该次通信发送数据的进程
目的 IP :标识目的主机
目的端口号:标识目的主机中该次通信接收数据的进程
协议号:标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

3.1 IP和端口

IP 地址主要用于标识网络主机、其他网络设备(如路由器)的网络地址。
简单说,IP 地址用于定位主机的网络地址 。

IP地址是一个32位的二进制数,通常被分割为 4 个 “8 位二进制数 ” (也就是 4 个字节),如: 01100100.00000100.00000101.00000110。
通常“ 点分十进制 ” 的方式来表示,即 a.b.c.d 的形式( a,b,c,d 都是 0~255 之间的十进制整数)。如:192.168.1.1 。

IP 地址解决了网络通信时,定位网络主机的问题,但是还存在一个问题,传输到目的主机后,由哪个进程来接收这个数据呢?这就需要端口号来标识。

端口号用于标识主机中发送数据、接收数据的进程。
简单说:端口号用于定位主机中的进程 。

端口号是0~65535范围的数字 ,在网络通信中,进程可以通过绑定一个端口号,来发送及接收网络数据。
两个不同的进程,不能绑定同一个端口号,但一个进程可以绑定多个端口号。

在这里插入图片描述

3.2 协议

协议就是一种通信过程中的约定,通信双方需要制定好数据的格式,才能确保双方进行正常沟通。
通信双方的计算机可能来源于不同的厂商,为了确保两个计算机中的网络通信,就需要计算机遵守相同的网络协议。

网络协议是网络通信(即网络数据传输) 经过的所有网络设备都必须共同遵从的一组约定、规则。如:怎么样建立连接、怎么样互相识别等。

通常由三要素组成:

语法:即数据与控制信息的结构或格式
语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应
时序:即事件实现顺序的详细说明

协议(protocol)最终体现为: 在网络上传输的数据包的格式。

3.3 协议分层

网络通信过程中,需要涉及到的细节方方面面,如果只有一个协议来完成通信,则这个协议无比复杂,非常不利于学习和维护。故我们需要把一个庞大,复杂的协议,拆分成一个小而美的协议。

通信协议拆分后归类形成层状结构:

把功能定位相似的协议放在同一层
上层协议调用下层协议的功能,下层协议给上层协议提供服务
只有相邻的层次之间可以进行交互

分层的作用:

最大的好处 :定义好两层间的接口规范,让双方遵循这个规范来对接, 类似于面向接口编程
上层协议自接使用下层协议(已封装好),不需要理解下层协议的细节
某一层的协议进行封装之后,对于其它层没影响

4. OSI七层网络协议

并不常用使用OSI(Open System Interconnection)七层网络协议,这里只是给大家简单介绍

分层名称功能概览
应用层针对特定应用的协议电子邮件<->电子邮件协议;远程登录<->远程登录协议
表示层设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换接受不同表现形式的数据,如文字流、图像、声音等
回话层通信管理。负责建立和断开通信连接何时建立连接、何时断开连接以及保持多久连接
传输层管理两个节点之间的数据传输。负责可靠传输是否有数据丢失
网络层地址管理和路由选择经过哪个路由传递到目标地址
数据链路层互连设备之间传送和识别数据帧数据帧与比特流之间的转换
物理层以0、1代表电压的高低。界定连接线与网线的规格比特流与电子信号之间的转换;连接线与网线的规格

5. TCP/IP五层模型

5.1 TCP/IP模型介绍

TCP/IP 是一组协议的代名词,它还包括许多协议,组成了 TCP/IP 协议簇。
TCP/IP 通讯协议采用了 5 层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

应用层:负责应用程序间沟通,关注的是传输的数据在应用程序中如何使用
传输层:负责两台主机之间的数据传输,关注的是传输的起点和终点 (TCP/UDP)
网络层: 关注的是通信中的数据规划 (IP/ICMP)
数据链路层:负责设备之间的数据帧的传送和识别,关注的是相邻结点的通信细节
物理层 :负责光 /电信号的传递方式, 是网络通信的基础设施

在这里插入图片描述
物理层我们考虑的比较少。因此很多时候也可以称为 TCP/IP 四层模型。

5.2 网络设备所在分层

对于一台主机 ,它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容,也即是 TCP/IP 五层模型的下四层
对于一台路由器,它实现了从网络层到物理层,也即是 TCP/IP 五层模型的下三层
对于一台交换机,它实现了从数据链路层到物理层,也即是 TCP/IP 五层模型的下两层
对于集线器 ,它只实现了物理层

6. 封装与分用

6.1 数据包的称谓

不同的协议层对数据包有不同的称谓

称谓位置
段(segment)TCP数据段(传输层)
报(datagram)UDP数据段(传输层)
包(packet)IP数据包(网络层)
帧(frame)以太网数据帧(数据链路层)

封装: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) 。

封装后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。

通过QQ发消息的例子来介绍封装和分用,A通过QQ给B发送一个hello

6.2 封装

每一层的数据都会组装交给下一层。

交给下一层:下层提供api,上层调用api,把组装的数据当作参数传递。

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6.3 分用

封装的逆过程
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补充:

交换机或路由器的封装分用过程也同样适用,只是封装分用的程度不同。
对于一台路由器,它实现了从网络层到物理层,也即是 TCP/IP 五层模型的下三层
对于一台交换机,它实现了从数据链路层到物理层,也即是 TCP/IP 五层模型的下两层

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