网络原理 - 初识

文章目录

局域网(LAN)
广域网(WAN)
网络设备
IP地址
- 格式
端口号
- 格式
认识网络协议
- 协议分层
OSI七层模型(只是理论,没有实际运用)
TCP/IP五层（或四层）模型
- 网络设备所在分层
封装和分用

计算机之间通过网络来传输数据，也称为网络通信。
根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网。
所谓 “局域网” 和 “广域网” 只是⼀个相对的概念。

局域网(LAN)

局域网，即 Local Area Network，简称LAN。
局域网是本地，局部组建的⼀种私有网络,又称为内网。局域网内的主机之间能方便的进行网络通信；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有很多种：
（1）基于网线直连
（2）基于集线器组建
（3）基于交换机组建
（4）基于交换机和路由器组建

广域网(WAN)

广域网，即 Wide Area Network，简称WAN。
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。广域网内部的局域网都属于其子网。
如果有很多分公司，甚至海外分公司，把这些分公司以专线方式连接起来，即可称为“广域网”。
如果属于全球化的公共型广域网，则称为互联网（又称公网，外网）。
有时在不严格的环境下说的广域网，其实是指互联网。

网络设备

主机:上网的设备(电脑,手机…)
组建网络的重要设备:路由器,交换机

路由器有WAN口(连接运营商的网线)和LAN口(连接要上网的设备)
交换机的接口没有WAN口和LAN口一说

家里的路由器和其连接的上网设备形成一个局域网
而家里的路由器可以连接到运营商的路由器,运营商的路由器又连接到更大的运营商路由器,这样就可以形成一个大的网络

“猫”,专业术语叫做"调制解调器"
以前没有宽带的时候,上网用电话线,通过"猫"把电话线中的模拟信号转成数字信号
后面宽带入户就不用电话线上网了,光猫就是路由器,只不过WAN口是插光纤的,LAN口还是正常插网线的
光纤主要材质是玻璃,通过激光在玻璃里传输信号;网线里面是铜丝,是通过电流来传输信号

虽然路由器有很多网口,但路由器上的口可能不够用,此时就可以使用交换机对网口进行拓展(类似于电脑的扩展坞)
交换机的特点是口特别多，连接到交换机上的设备彼此之间不会相互影响和干扰

IP地址

如何判断哪台主机发出数据，哪台主机接收数据呢？这就需要使用IP地址来标识。

IP地址用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。通过地址找到这个设备,进而进行通信。
就像我们寄快递⼀样，需要知道对方的收货地址，才能将包裹送达。

格式

IP地址是⼀个32位的二进制数(IPv4)，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

通常用“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：100.4.5.6

在控制台输入ipconfig就可以看到本地IPv4 地址和其他一些信息
在这里插入图片描述

端口号

在网络通信中，IP地址用于标识主机的网络地址，端口号可以标识一个主机中发送数据、接收数据的进程。简单说：端口号用于标识主机中的进程(应用程序)。
类似寄快递时，不光需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收货人（端口号）。

格式

端口号是0~65535(2个字节)范围的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定⼀个和其他进程不重复的端口号，来发送及接收网络数据。

端口号不会不够用,端口号是区分同一个主机上的不同进程,而不是区分不同主机的不同进程

可能会谈到有的程序是有固定的端口号的,这种说法源自于一个概念,“知名端口号”。很久以前,为了避免当时的一些程序的端口号之间发生冲突,就给一些知名的程序分配了不同的端口号,一共分了1024个。如今,知名端口更多是"建议"而不是约束,也可以使用别的不重复的端口号。不过最好避开知名端口号,有些系统上要使用知名端口号需要管理员权限

认识网络协议

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,而且一定是通信双方都认可的。比如怎么样建立连接、互相怎么样识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。
协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式

有了IP地址和端口号这样的协议，就可以定位到网络中唯⼀的⼀个进程，但还存在⼀个问题: 网络通信是基于二进制数据来传输，如何告诉对方发送的数据是什么样的呢？

网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同⼀个类型的数据，格式可能也不同,这时就需要使用协议来规定双方的数据格式。

另外:
• 计算机生产厂商有很多；
• 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生产的计算机能够相互顺畅的通信?
就需要约定⼀个共同的规则，大家都来遵守。

协议与标准的区别:
协议可以是私下自定义的，而标准需要有一个具有公信力的官方的组织，公开发布并得到大家的支持和拥护。

协议分层

网络通信是一件非常复杂的事情,如果用一个协议来约定上述所有的细节,这个协议就会非常庞大,非常复杂。所以网络协议往往分成几个层次进行定义。
此处谈到的分层,每一层里都有很多协议(对协议进行了分类,就得到了所谓的"层")

把很多协议按照功能分在不同的层级,每个层级都有对应的目标/要解决的问题。上层协议调用下层协议的功能,下层协议给上层协议提高服务。分层而不乱的前提是: 不能跨级交流

网络协议分层的作用:

封装的效果

分层最大的好处，类似于面向接口编程：定义好两层间的接口规范，让双方遵循这个规范来对接。
⼀方为接口的实现类(提供方，提供服务)，⼀方为接口的使用类(使用方, 使用服务)
• 对于使用方来说，并不关心提供方是如何实现的，只需要使用接口即可,降低学习成本
• 对于提供方来说，利用封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接口即可

任意层的协议,都是可以灵活替换的(解耦合)

OSI七层模型(只是理论,没有实际运用)

OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连

• OSI 七层网络模型是⼀个逻辑上的定义和规范：把网络从逻辑上分为了7层。
• OSI 七层模型是⼀种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输

OSI 七层模型既复杂又不实用,所以 OSI 七层模型没有落地、实现。
实际组建网络时，只是以 OSI 七层模型设计中的部分分层，也就是 TCP/IP 五层（或四层）模型来实现。

TCP/IP五层（或四层）模型

在这里插入图片描述

这个就是现在实际采用的网络分层模型。我们目前接触到的电脑上网大部分都是TCP/IP模型。4G/5G通信就是另外一套专门的模型协议(手机流量上网)

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通讯协议的5层层级结构:

应用层(具体的应用程序)：负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。我们的网络编程主要就是针对应用层。
传输层(通信双方)：负责两台主机之间的数据传输。如传输控制协议 (TCP)，能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机。
网络层(通信路径的规划)：负责地址管理和路由选择。例如在IP协议中，通过IP地址来标识⼀台主机，并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由)。路由器（Router）工作在网路层
数据链路层(两个相邻节点之间的通信)：负责设备之间的数据帧的传送和识别。例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作。有以太网、令牌环网，无线LAN等标准。交换机（Switch）工作在数据链路层
物理层(硬件层面上相关约定)：负责光/电信号的传递方式。比如现在以太网通用的网线(双绞线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤，现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等。集线器(Hub)工作在物理层。

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。

程序猿打交道最多的就是应用层,写的网络程序都会涉及到应用层。其他的四层的协议都是操作系统内核,硬件和驱动已经实现好了,无需干预。不过我们要重点关注传输层,因为应用层是需要调用传输层提供的接口(API)来进行一些功能的实现的

网络设备所在分层

对于主机，它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，也就是TCP/IP五层模型的下四
层；
对于路由器，它实现了从网络层到物理层，也就是TCP/IP五层模型的下三层；
对于交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也就是TCP/IP五层模型的下两层；
对于集线器，它只实现了物理层；

注意我们这里说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为二层交换机（工作在TCP/IP五层模型的下两层）、三层路由器（工作在TCP/IP五层模型的下三层）。现在的路由器和交换机功能越来越多,界限也越来越模糊了。有些交换机的功能,路由器也有;有些路由器的功能,交换机也有。有些路由器和交换机,能工作在应用层。比如通过QQ发消息,路由器/交换机就能感知到发的消息内容是啥