网络基础知识
- 网络互联
- 互联网基础知识
- - 网络的构成要素
  - - 网卡
    - 中继器
    - 网桥/2层交换机
    - 路由器/3层交换机
    - 4～7层交换机
    - 网关
协议
- 分组交换协议
- 谁来规定协议
- - 协议的标准化
- 协议的分层
- - 分层的概念
  - OSI参考模型
  - OSI参考模型如何进行通信
TCP/IP
- 互联网与TCP/IP的关系
- ISP和区域网
- TCP/IP协议分层模型
- - 物理层
  - 网络接口层(数据链路层)
  - 互联网层(网络层)
  - - ■IP
    - ■ ICMP
    - ■ ARP
  - 传输层
  - - ■ TCP
    - ■ UDP
  - 应用层(会话层以上部分)
  - - ■ WWW
    - ■ 电子邮件（E-Mail）
    - ■ 文件传输（FTP）
    - ■ 远程登录（TELNET与SSH）
    - ■ 网络管理（SNMP）
- TCP/IP如何进行通信
- - 数据包首部
  - 发送数据包(发送邮件)
  - - ■ ① 应用程序处理
    - ■ ② TCP模块的处理
    - ■ ③ IP模块的处理
    - ■ ④ 网络接口（以太网驱动）的处理
  - 经过数据链路的包
  - 数据包接收处理
  - - ■ ⑤ 网络接口（以太网驱动）的处理
    - ■ ⑥ IP模块的处理
    - ■ ⑦ TCP模块的处理
    - ■ ⑧ 应用程序的处理
    - ■ ⑧ 应用程序的处理

网络基础知识

网络互联

从独立模式到网络互联模式，形成一个计算机网络，连接多台计算机可以实现信息共享，同时还能在两台物理位置较远的机器之间即时传递信息。

计算机网络，根据其规模可以分为WAN(Wide Area NetWork，广域网)【指覆盖多个远距离区域的远程网】，比广域网再小一级的、连接整个城市的叫城域网(MAN，Metropolitan Area NetWork) 和LAN(Local Area NetWork, 局域网)

互联网基础知识

“互联网”，英文单词为“Internet”。从字面上理解，internet指的是将多个网络连接使其构成一个更大的网络，所以internet一词本意为网际网。将两个以太网网段用路由器相连是互联网，将企业内部各部门的网络或公司的内网与其他企业相连接，并实现相互通信的网络也是互联网，甚至一个区域的网络与另一个区域的网络相互连接形成全世界规模的网络也可以称作互联网。

网络的构成要素

计算机网络我是通过电缆相互连接的。根据数据链路的不同选用的电缆类型也不尽相同。

网卡

任何一台计算机连接网络时，必须要使用网卡（全称为网络接口卡）。网络接口卡（NIC（集成了连接局域网功能的设备。有时会被集成到计算机的主板中，有时也可以单独插入扩展槽使用。Network Information Center的缩写也是NIC，所以要注意区分））有时也被叫做网络适配器、网卡、LAN卡。

中继器

中继器（Repeater）是在OSI模型的第1层——物理层面上延长网络的设备。由电缆传过来的电信号或光信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆。

有些中继器可以提供多个端口服务，这种中继器称作集线器。因此，集线器也可以看作是多口中继器，每一个端口都可以被看作是中继器。

网桥/2层交换机

网桥在OSI模型的第二层-数据链路层面上链接两个网络的设备。它能够识别数据链路层中的数据帧（与分组数据的意思大致相同，但是在数据链层中习惯为帧）并将这些帧临时存储在内存中，再重新生成一个全新的帧发送给相连的另一个网段。

数据链路中有一个数据位叫做FCS，用以校验数据是否正确送达目的地，网桥通过检查这个域中的值，将那些损坏的数据丢弃，从而避免发送给其他网段。此外，网桥还能通过地址自学机制和过滤功能控制网络流。

这里所说的地址是指MAC地址、硬件地址、物理地址以及适配器地址，也就是网络上针对NIC分配的具体地址。如图所示，主机A与主机B之间进行通信时，只针对主机A发送数据帧即可。网桥会根据地址自学机制来判断是否需要转发数据帧。这类功能是OSI参考模型的第2层（数据链路层）所具有的功能。为此，有时也把网桥称作2层交换机（L2交换机）。

以太网等网络中经常使用的交换集线器，现在基本也属于网桥的一种。

路由器/3层交换机

路由器是在OSI模型的第3层——网络层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备。网桥是根据物理地址（MAC地址）进行处理，而路由器/3层交换机则是根据IP地址进行处理的。由此，TCP/IP中网络层的地址就成为了IP地址。

4～7层交换机

4～7层交换机负责处理OSI模型中从传输层至应用层的数据。如果用TCP/IP分层模型来表述，4～7层交换机就是以TCP等协议的传输层及其上面的应用层为基础，分析收发数据，并对其进行特定的处理。

网关

网关是OSI参考模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备，它与4～7层交换机一样都是处理传输层及以上的数据，但是网关不仅转发数据还负责对数据进行转换，它通常会使用一个表示层或应用层网关，在两个不能进行直接通信的协议之间进行翻译，实现两者之间的通信。

协议

互联网中常用的具有代表性的协议有IP、 TCP、HTTP等，“计算机网络体系结构”将这些网络协议进行系统的归纳。TCP/IP就是就是IP、TCP、HTTP等协议的整合。

简单的来说协议就是计算机与计算机之间通过网络实现通信时，事先达成的一种“约定”。这种“约定”使那些由不同设备厂商的设备、不同CPU以及不同的操作系统组成的计算机之间，只要遵循相同的协议就能够实现的通信。

分组交换协议

分组交换是指将大数据分割为一个个叫做包（Packet）的较小单位进行传输的方法。这里所说的包，如同我们平常在邮局里见到的邮包。分组交换就是将大数据分装为一个个这样的邮包交给对方。

计算机通信会在每一个分组中附加上源主机地址和目标主机地址送给通信线路。这些发送端地址、接受端地址以及分组序号写入的部分称为**“首部报文”**。

一个较大的数据分为多个组时，为了标明是原始数据中的哪一部分，就有必要将分组需要写入包中，接受端会根据这个序号，再将每个分组按照序号重新装配为原始数据。

谁来规定协议

协议的标准化

ISO（International Organization for Standards，国际标准化组织）制定了一个国际标准OSI（Open Systems Interconnection，开放式通信系统互联参考模型），对通信系统进了标准化。而TCP/IP并非是IOS所制定的某种国际标准，而是有IETE（Interenet Engineering Task Froce）所推进的一种标准化协议。

协议的分层

分层的概念

OSI参考模型作为通信协议的设计指标，这一模型将通信协议中必要的功能分为了七层。通过这些分层，是的那些比较复杂的网络协议更加简单化。

这一模型中，每个分层都接收由它下一层所提供的特定服务，并且负责为自己的上一层提供特定的服务，上下层之间进行交互时所遵循的约定叫做“接口”。同一层之间交互所遵循的约定叫做“协议”。

分层的优点：

可以将每个分层独立使用，即使系统中某些分层发生变化，也不会波及整个系统。因此可以构造一个扩展性和灵活性都较强的系统。
分层可以细化通信功能，更易于独立实现每个分层的协议，并且界定各个分层的具体责任和义务。

缺点：

过于模块化，使处理变得更加沉重以及每个模块都不得不实现相似的处理逻辑

OSI参考模型

OSI参考模型中定义了每一层的作用 → 定义每一层作用的为协议 → 协议是约定,其具体内容是规范 →日常使用的就是==遵循各个协议具体"规范"==的产品和通信手段

OSI参考模型如何进行通信

发送方从第七层、第六层到第一层从上至下按照顺序传输数据，而接受层从第一层到第七层从下至上传输数据。

TCP/IP

互联网是由许多独立发展的网络通信技术融合而成，能够使它们之间不断融合并实现统一的正是TCP/IP技术。

TCP/IP是通信协议的统称，IP或 ICMP、TCP或UDP、TELNET或FTP、以及HTTP等都属于TCP/IP的协议，它们与TCP或IP的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。TCP/IP一词泛指这些协议，因此，有时也称TCP/IP为网际协议族【TCP：Transmission Control Protocol，IP：Internet Protocol 】

互联网与TCP/IP的关系

互联网进行通信时，需要相应的网络协议，TCP/IP原本就是为了使用互联网而开发制定的协议簇,因此互联网协议就是TCP/IP。

互联网中的每个网络都是由骨干网（BackBone）和末端网（Stub）组成的。每个网络之间通过 NOC（Network Operation Center，网络操作中心）相连。如果网络的运营商不同，它的网络连接方式和使用方法也会不同。连接这种异构网络需要有IX（Internet Exchange，网络交换中心）的支持。总之，互联网就是众多异构的网络通过IX互连的一个巨型网络。

ISP和区域网

连接互联网需要向ISP（Internet Service Provider）【互联网服务提供商】或区域网提出申请。公司企业或一般家庭申请入网只要联系ISP签约即可。不同的ISP所提供的互联网接入服务的项目也不同
区域网指的是在特定区域内由团体或志愿者所运营的网络。这种方式通常价格比较便宜，但是有时可能会出现连接方式复杂或使用上有限制等情况。

TCP/IP协议分层模型

物理层

TCP/IP的最底层是负责数据传输的硬件。

网络接口层(数据链路层)

网络接口层，有时人们也将网络接口层与硬件层合并起来称作网络通信层。利用以太网中的数据链路层进行通信，因此属于接口层。可以把他当做是"驱动程序"，在操作系统与硬件之间起桥梁作用的软件。

互联网层(网络层)

互联网层使用IP协议，它相当于OSI模型中的第3层网络层。IP协议基于IP地址转发分包数据。

TCP/IP分层中的互联网层与传输层的功能通常由操作系统提供。尤其是路由器，它必须得实现通过互联网层转发分组数据包的功能。此外，连接互联网的所有主机跟路由器必须都实现IP的功能。其他连接互联网的网络设备（如网桥、中继器或集线器）就没必要一定实现IP或TCP的功能。

■IP

IP是跨越网络传送数据包，使整个互联网都能收到数据的协议。IP协议使数据能够发送到地球的另一端，这期间它使用IP地址作为主机的标识（连接IP网络的所有设备必须有自己唯一的识别号以便识别具体的设备。分组数据在IP地址的基础上被发送到对端）。

IP还隐含着数据链路层的功能。通过IP，相互通信的主机之间不论经过怎样的底层数据链路都能够实现通信。

虽然IP也是分组交换的一种协议，但是它不具有重发机制。即使分组数据包未能到达对端主机也不会重发。因此，属于非可靠性传输协议。

■ ICMP

IP数据包在发送途中一旦发生异常导致无法到达对端目标地址时，需要给发送端发送一个发生异常的通知。ICMP就是为这一功能而制定的。它有时也被用来诊断网络的健康状况。

■ ARP

从分组数据包的IP地址中解析出物理地址（MAC地址）的一种协议。

传输层

TCP/IP的传输层有两个具有代表性的协议。该层的功能本身与OSI参考模型中的传输层类似。

传输层最主要的功能就是能够让应用程序之间实现通信。计算机内部，通常同一时间运行着多个程序。为此，必须分清是哪些程序与哪些程序在进行通信,识别这些应用程序的是端口号。

■ TCP

TCP是一种面向有连接的传输层协议。它可以保证两端通信主机之间的通信可达。TCP能够正确处理在传输过程中丢包、传输顺序乱掉等异常情况。此外，TCP还能够有效利用带宽，缓解网络拥堵。

但是。为了建立与断开连接，有时它需要至少7次的发包收包，导致网络流量的浪费。此外，为了提高网络的利用率，TCP协议中定义了各种各样复杂的规范，因此不利于视频会议（音频、视频的数据量既定）等场合使用。

■ UDP

UDP有别于TCP，它是一种面向无连接的传输层协议。UDP不会关注对端是否真的收到了传送过去的数据，如果需要检查对端是否收到分组数据包，或者对端是否连接到网络，则需要在应用程序中实现。 UDP常用于分组数据较少或多播、广播通信以及视频通信等多媒体领域。

应用层(会话层以上部分)

TCP/IP应用的架构绝大多数属于客户端/服务端模型。提供服务的程序叫服务端，接受服务的程序叫客户端。在这种通信模式中，提供服务的程序会预先被部署到主机上，等待接收任何时刻客户可能发送的请求。

客户端可以随时发送请求给服务端。有时服务端可能会有处理异常、超出负载等情况，这时客户端可以在等待片刻后重发一次请求。

■ WWW

WWW，中文叫万维网，是一种互联网上数据读取的规范。有时也叫做Web、WWW或W3。可以说是互联网能够如此普及的一个重要原动力。

浏览器与服务端之间通信所用的协议是HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）。所传输数据的主要格式是HTML（HyperText Markup Language）。WWW中的HTTP属于OSI应用层的协议，而HTML属于表示层的协议。

■ 电子邮件（E-Mail）

发送电子邮件时用到的协议叫做SMTP（Simple Mail Tranfer Protocol）

■ 文件传输（FTP）

文件传输是指将保存在其他计算机硬盘上的文件转移到本地的硬盘上，或将本地硬盘的文件传送到其他机器硬盘上的意思。该过程使用的协议叫做FTP（File Transfer Prototol)，传输过程中可以选择用二进制方式还是文本方式。【用文本方式在 Windows、MacOS或Unix等系统之间进行文件传输时，会自动修改换行符。这也属于表示层的功能。】

在FTP中进行文件传输时会建立两个TCP连接，分别是发出传输请求时所要用到的控制连接与实际传输数据时所要用到的数据连接（这两种连接的控制管理属于会话层的功能）

■ 远程登录（TELNET与SSH）

远程登录是指登录到远程的计算机上，使那台计算机上的程序得以运行的一种功能。TCP/IP网络中远程登录常用TELNET（TELetypewriter NETwork的缩写，有时也称作默认协议）和SSH（SSH是Secure SHell的缩写）两种协议。

■ 网络管理（SNMP）

在TCP/IP中进行网络管理时，采用SNMP（Simple Network Management Protocol）协议。使用SNMP管理的主机、网桥、路由器等称作SNMP代理（Agent），而进行管理的那一段叫做管理器（Manager）。 SNMP正是这个Manager与Agent所要用到的协议。

一个网络范围越大，结构越复杂，就越需要对其进行有效的管理。而SNMP可以让管理员及时检查网络拥堵情况，及早发现故障，也可以为以后扩大网络收集必要的信息。

TCP/IP如何进行通信

数据包首部

每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息。在数据包的首部，明确标明了协议应该如何读取数据。反过来说，看到首部，也就能够了解该协议必要的信息以及所要处理内容。因此，看到包首部就如同看到协议的规范。

■ 包、帧、数据报、段、消息：

包可以说是全能性述语。帧用于表示数据链路层中包的单位。而数据包是IP和UDP等网络层以上的分层中包的单位。段则表示TCP数据流中的信息。最后，消息是指应用协议中数据的单位。

发送数据包(发送邮件)

■ ① 应用程序处理

启动应用程序新建邮件，编写邮件，首先应用程序中会进行编码处理。编码转化后，不一定将邮件发送出去，应用在发送邮件的那一刻建立TCP连接,利用这个连接发送数据,关于何时建立连接为会话层的功能.【采用哪个连接发送】

■ ② TCP模块的处理

TCP根据应用的指示（这种关于连接的指示相当于OSI参考模型中的会话层），负责建立连接、发送数据以及断开连接。TCP提供将应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠传输。

为了实现TCP的这一功能，需要在应用层数据的前端附加一个TCP首部。TCP首部中包括源端口号和目标端口号（用以识别发送主机跟接收主机上的应用）、序号（用以发送的包中哪部分是数据）以及校验和（Check Sum，用来检验数据的读取是否正常进行的方法。）（用以判断数据是否被损坏）。随后将附加了 TCP首部的包再发送给IP。

■ ③ IP模块的处理

IP将TCP传过来的TCP首部和TCP数据合起来当做自己的数据，并在TCP首部的前端在加上自己的IP首部。因此，IP数据包中IP首部后面紧跟着TCP首部，然后才是应用的数据首部和数据本身。IP首部中包含接收端IP地址以及发送端IP地址。紧随IP首部的还有用来判断其后面数据是TCP还是UDP的信息。

IP包生成后，参考路由控制表决定接受此IP包的路由或主机。随后，IP包将被发送给连接这些路由器或主机网络接口的驱动程序，以实现真正发送数据。

如果尚不知道接收端的MAC地址，可以利用ARP（Address Resolution Protocol）查找。只要知道了对端的MAC地址，就可以将MAC地址和IP地址交给以太网的驱动程序，实现数据传输。

■ ④ 网络接口（以太网驱动）的处理

从IP传过来的IP包，对于以太网驱动来说不过就是数据。给这数据附加上以太网首部并进行发送处理。以太网首部中包含接收端MAC地址、发送端MAC地址以及标志以太网类型的以太网数据的协议。根据上述信息产生的以太网数据包将通过物理层传输给接收端。

经过数据链路的包

包流动时，从前往后依此被附加了以太网包首部、IP包首部、TCP包首部（或者UDP包首部）以及应用自己的包首部和数据。而包的最后则追加了以太网包尾（包首部附加于包的前端，而包尾则指追加到包的后端的部分）

每个包首部中至少都会包含两个信息：一个是发送端和接收端地址，另一个是上一层的协议类型。

经过每个协议分层时，都必须有识别包发送端和接收端的信息。以太网会用MAC地址，IP会用IP地址，而TCP/UDP则会用端口号作为识别两端主机的地址。即使是在应用程序中，像电子邮件地址这样的信息也是一种地址标识。这些地址信息都在每个包经由各个分层时，附加到协议对应的包首部里边。

此外，每个分层的包首部中还包含一个识别位，它是用来标识上一层协议的种类信息。例如以太网的包首部中的以太网类型，IP中的协议类型以及TCP/UDP中两个端口的端口号等都起着识别协议类型的作用。就是在应用的首部信息中，有时也会包含一个用来识别其数据类型的标签。

数据包接收处理

■ ⑤ 网络接口（以太网驱动）的处理

主机收到以太网包以后，首先从以太网的包首部找到MAC地址判断是否为发给自己的包。如果不是发给自己的包则丢弃数据（很多NIC产品可以设置为即使不是发给自己的包也不丢弃数据。这可以用于监控网络流量）；而如果接收到了恰好是发给自己的包，就查找以太网包首部中的类型域从而确定以太网协议所传送过来的数据类型。在这个例子中数据类型显然是IP包，因此再将数据传给处理IP的子程序，如果这时不是IP而是其他诸如ARP的协议，就把数据传给ARP处理。总之，如果以太网包首部的类型域包含了一个无法识别的协议类型，则丢弃数据。

■ ⑥ IP模块的处理

IP模块收到IP包首部及后面的数据部分以后，也做类似的处理。如果判断得出包首部中的IP地址与自己的IP地址匹配，则可接收数据并从中查找上一层的协议。如果上一层是TCP就将IP包首部之后的部分传给 TCP处理；如果是UDP则将IP包首部后面的部分传给UDP处理。对于有路由器的情况下，接收端地址往往不是自己的地址，此时，需要借助路由控制表，在调查应该送达的主机或路由器以后再转发数据。

■ ⑦ TCP模块的处理

在TCP模块中，首先会计算一下校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否在按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。数据接收完毕后，接收端则发送一个“确认回执”给发送端。如果这个回执信息未能达到发送端，那么发送端会认为接收端没有接收到数据而一直反复发送。数据被完整地接收以后，会传给由端口号识别的应用程序。

■ ⑧ 应用程序的处理

接收端应用程序会直接接收发送端发送的数据。通过解析数据可以获知邮件的收件人地址是乙的地址。如果主机B上没有乙的邮件信箱，那么主机B返回给发送端一个“无此收件地址”的报错信息。但在这个例子中，主机B上恰好有乙的收件箱，所以主机B和收件人乙能够收到电子邮件的正文。邮件会被保存到本机的硬盘上。如果保存也能正常进行，那么接收端会返回一个“处理正常”的回执给发送端。反之，一旦出现磁盘满、邮件未能成功保存等问题，就会发送一个“处理异常”的回执给发送端。由此，用户乙就可以利用主机B上的邮件客户端，接收并阅读由主机A上的用户甲所发送过来的电子邮件—“早上好”。

识别的应用程序。

■ ⑧ 应用程序的处理