Linux 计算机网络基础概论

一、网络基本概念

1、网络

网络是由若干节点和连接这些结点的链路组成，网络中的结点可以是计算机、交换机、路由器等设备。通俗地说就是把不同的主机连接起来就构成了一个网络，构成网路的目的是为了信息交互、资源共享。

网络设备有：交换机、路由器、集线器
传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤

简单的网络示意图：

2.互联网

把多个网络连接起来就构成了互联网。目前最大的互联网就是我们常说的因特网。

简单的互联网示意图：

3.IP地址（用来唯一标识一台主机）

IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内唯一的标识符。IP地址因其特殊的结构是我们可以在因特网上很方便地进行寻址。

（1）IP地址的两种类别格式

IP地址有分IPV4和IPV6两种类别格式，IPV4是类似“A.B.C.D”的格式，它是32位的，用“.”分成4段，每个段是8个位（值位0~255），用10进制表示。IPV6是128位，格式类似“XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX”，用“:”分成8个段，每个段16个位，用4个16进制数表示。

IPV4地址示例：“192.168.31.1”
IPV6地址示例：“2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b”

接下来描述的IP地址默认都指的是IPV4的地址。为了便于寻址，了解目标主机的位置，每个IP地址由网络号和主机号两部分组成。同一个物理网络上的所有主机都是用同一个网络号，只是主机号不同。

（3）IP地址组成

（4）IP地址分类

由于每类地址的开头是固定的，因此每类地址都有自己的范围：

A类IP地址范围：0.0.0.0~127.255.255.255
B类IP地址范围：128.0.0.0~191.255.255.255
C类IP地址范围：192.0.0.0~223.255.255.255

D类和E类一般不使用。

（5）IP地址的特点

寻址特别方便，可以方便地知道是哪个网络中的哪个主机。

使用命令“ifconfig”可以在Linux查看自己的IP地址，如下图：

主机环回地址是用来测试的，每台主机都有这个地址，在测试程序的时候就会用这个地址，127代表本主机，所以发给127的数据是不会离开本主机的，它会从网络的发送缓冲区直接导到接收缓冲区，这个数据不会离开网络。如果要测试这一段网络，要通过网络上两台不同的主机之间通讯就必须使用局域网的IP地址。在网络中如果两台主机要通讯，那么这两台主机要通过网络设备以及传输介质是首先在物理层面要是连通的。看两台主机之间的物理地址是否连通，需要用到ping命令。

主机环回是指地址为 127.0.0.1 的任何数据包都不应该离开计算机（主机），发送它的时候不是被发送到本地网络或互联网，它只是被自己“环回”，并且发送数据包的计算机成为接收者。这种形式的地址不得出现在主机之外。因此，拾取定向到 127.0.0.1 的流量的路由器应该立即丢弃数据包。这可确保没有专门用于主机上的流量进入 Internet。

4.MAC地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址或者MAC地址，长度48位，是固化在计算机适配器的ROM中的地址。因此假定连接在局域网上的一台计算机的适配器坏了而我们更换了一个新的适配器，那么这台计算机的局域网的地址也就改变了，虽然这台计算机的地理位置没有发生变化。其次当我们把笔记本电脑从一个城市带到另一个城市时，虽然物理位置改变了，但是电脑在局域网中的“地址”不会改变。由此可见，局域网上某个主机的“地址”根本不能告诉我们这台主机位于什么地方。在网络上方便地寻找某个主机，还得靠IP地址来实现。

5.端口

端口是表示主机上一个应用程序的代号，就是用来表示一个主机上的进程。因为IP虽然可以唯一标识一个主机，但是两个主机之间通讯往往是两个主机上的进程，所以就需要端口。

常见的端口：
HTTP协议用的80号端口
SSH远程登录协议用的22号端口

查看端口号的命令netstat -natp

6.套接字

可以通过套接字进行两台主机的数据的发送和接收。

套接字的地址由IP地址和端口号组成，由套接字的地址指定是哪台主机上的哪个进程。

最终通过套接字提供的是一个跨越主机的进程间通讯的能力。

7.网络协议

网络协议就是一组网络规则的集合，是我们共同遵守的约定或标准。

网络协议有多种，常见的协议：

HTTP：超文本传输协议

FTP: 文件传输协议

TELNET : 是internet 远程登陆服务的标准协议。

TCP : 传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

UDP ：用户数据报协议

IP : Internet Protocol 简称 IP，又译为网际协议或互联网协议

ICMP ：因特网控制报文协议

ARP : 地址解析协议，是根据IP地址获取MAC地址的协议

RARP : 逆地址解析协议

二、网络分层模型

OSI的7层模型 和 tcp/ip协议族体系4层结构：

1.数据链路层

数据链路层的主要功能是：通过各种控制协议，将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路。

2.网络层

网络层实现数据包的选路和转发。广域网或者说互联网通常使用众多分级的路由器来连接分散的主机或者局域网，因此，通信的两台主机一般不是直接相连的，而是通过多个中间结点（路由器）连接的。网络层的任务就是选择这些中间结点，以确定两台主机之间的通信路径。 同时，网络层对上层协议隐藏了网络拓扑连接的细节，使得在传输层和网络应用程序
看来，通信的双方是直接相连的。

3.传输层

传输层为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。 与网络层使用的逐跳通信的方式不同，传输层只关心通信的起始端和目的端，而不在乎数据包的中转过程。

4.应用层

应用层负责处理应用程序的逻辑。

三、网络应用程序通信流程

如下图，应用程序A要将数据”hello” 传给网络上另外一台主机上的应用程序 B, 数据“hello”从应用层发送给传输层后，传输层在数据前面加上 tcp 协议或 udp 协议的报头，将整条报文发给网络层，网络层添加自己的IP报头，再将整条数据发送给数据链路层。数据链路层将数据封装成能在网络中独立传输的数据单元，即数据帧。封装好的数据帧通过网络传输到另一台主机，然后再从下层依次拆包，将数据部分送往应用层。应用程序B就得到了数据”hello”。