【计算机网络】—网络初识01

一、网络的基础概念

1.1 局域网（Local Area Network，LAN ）

1.2 广域网（Wide Area Network，WAN）

二、网络通信

2.1 IP地址

2.2端口号

2.3 协议

2.4 协议分层

2.5 封装和分用

一、网络的基础概念

随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完成业务，就有了网络互连。

网络通信：数据共享本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据。

网络互连：将多台计算机连接在一起，完成数据共享。

1.1 局域网（Local Area Network，LAN ）

Local 标识了局域网是本地的，局部组建的一种私有网络。

内网：局域网内的主机之间能方便的进行网络通信；局域网之间没有连接的情况下，无法通信。

局域网组建网络的方式：

（1）基于网线直连

（2）基于交换机组建

（3））基于交换机和路由器组建

路由器端口：WAN口、LAN口

插在LAN口上的设备在一个局域网里，通过WAN口的连接在另一个局域网中。（路由器连接两个局域网），一般入户宽带就是连接WAN口。

1.2 广域网（Wide Area Network，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。

如果属于全球化的公共型广域网，则称为互联网（又称公网，外网），属于广域网的一个子集。

二、网络通信

2.1 IP地址

IP地址：主要用于标识网络主机、其他设备的网络地址。即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”（4个字节），如：01100100.00000100.00000101.00000110。（点分十进制表示方式：100.4.5.6）

特殊IP：

本机环回(loop back)测试：通常是127.0.0.1（ 127.*的IP地址）
主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。

2.2端口号

解决网络通信中决定哪个线程接收数据的问题。

端口号：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。

2.3 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。只有遵守协议，计算机之间才能相互通信交流。通常由三要素组成：语法、语义、时序。协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式

网络通信时，本质上传输的是光信号和电信号。通过光信号的频率（高 / 低），电信号电平（高 / 低）来表示 0 / 1

（1）知名协议的默认端口

系统端口号范围为 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 为知名端口号，预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：

22端口：预留给SSH服务器绑定SSH协议

21端口：预留给FTP服务器绑定FTP协议

23端口：预留给Telnet服务器绑定Telnet协议

80端口：预留给HTTP服务器绑定HTTP协议

443端口：预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议

（2）五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：

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

在cmd中，输入 netstat -ano 查看网络数据传输中的五元组信息

2.4 协议分层

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。

OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层模型：

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。
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；
它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确区分。通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。

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（ TCP/IP 五层（或四层）模型来实现）

（1）TCP/IP五层模型

应用层：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。网络编程主要是针对应用层。
传输层：负责两台主机之间的数据传输（端到端的通信，只关注起终点）。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：负责地址管理和路由选择（任意节点间的通信，非相邻的设备，选择合适的路线）。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）工作在网络层。
数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别（一根网线连接的两台设备）。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。交换机工作在数据链路层。
物理层：负责光/电信号的传递方式。如现在以太网通用的网线(双绞线)、早期以太网采用的同轴电缆(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。

以下为同一个网段内的两台主机进行文件传输：

2.5 封装和分用

不同的协议层对数据包有不同的称谓，传输层叫做段，网络层叫数据报，链路层叫做帧。
应用层数据通过协议栈发到网络上，每层协议都要加上一个数据首部，称为封装.
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。

数据的封装过程：

TCP数据报 = TCP报头 + 数据载荷（PayLoad，也即是一个完整的应用层数据）

IP数据报 = IP协议报头 + 载荷（完整的TCP/UDP数据报）

以太网数据帧 = 帧头 + IP数据报 + 帧尾

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