【计算机网络】网络简介

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。

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口和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。

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

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。

6.3 分用

封装的逆过程


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