网络通信基础

IP地址

使用ip地址来描述网络上一个设备所在的位置

端口号

区分一个主机上不同的程序,一个网络程序,在启动的时候,都需要绑定一个或者多个端口号,后续的通信过程都需要依赖端口号来进行展开的,mysql默认的端口号是3306

协议

描述了网络通信传输的数据的含义,表示一种约定,这样的约定是可以任意的,为什么要约定好这么一份统一的协议,这是因为,电脑有很多种,设备的厂商也有很多,必须要有一份统一的协议标准,让大家都能按照同样的标准来研发设备,这样大家就都可以在一起相互通信了

协议分层

网络通信是一个比较复杂的工作,会涉及到一些比较繁琐,非常细节的工作,靠一个协议解决所有问题,导致这个协议非常复杂,非常庞大,因此,我们就需要对协议进行拆分,这么一拆分,拆分出来的协议,有很多,于是就对这些协议进行分类,分层,上层协议调用下层协议,下层协议给上层协议提供服务,避免跨层级调用引起的混乱,降低耦合度,提高了整个系统的可读性
1.上层不需要了解下层的细节(封装)
2.可以灵活的调整/替换某层的协议

OSI七层网络模型(只存在教科书中)

TCP/IP五层网络模型(现实情况)

物理层:描述的网络通信中的一些基础设施需要遵守的规范
数据链路层:相邻节点之间,数据如何传输,上海到苏州,苏州到南京,南京到西安
网络层:路径规划,上海->西安,有很多不同的路线走法,需要规划好走那条路径
传输层:只关注起点和终点(数据从哪里出发,到哪里去)
应用层:拿到这个数据,具体要拿来做什么,取决于用户
传输层协议和网络层协议都属于是操作系统中,已经内置的,
驱动程序,是硬件厂商提供的,驱动程序会和系统内核进行适配,进一步的系统就可以通过驱动来操作硬件了

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；

网络数据传输的基本流程(封装和分用)

以QQ发消息为例,介绍网路数据传输的基本流程
主机A通过QQ把消息发给主机B
1.应用层:
QQ应用程序,从输入框中获取到你要输入的信息,构造成应用层数据报(根据应用层协议),每个程序的应用层协议是不一样的,很多程序会自定义应用层协议,假设QQ的应用层协议是下面这样的

发送人qq号,接收人qq号,时间,信息内容

所谓的"构造应用层数据报"过程,就是按照一定的格式进行字符串拼接

接收方和发送方,需要达成一致
应用程序就会调用传输层提供的接口,把上述数据交给传输层进行处理
2.传输层:传输层协议有很多,其中最主要的是TCP和UDP,此处假设是用的UDP
上面把数据从应用层传到了传输层,交给了UDP,于是UDP协议就按照自己的协议格式,生成了一个UDP数据报

UDP不关心应用层数据报里面都有什么,只是把应用层数据当成一个字符串,构造出一个UDP数据报
此处的UDP报头,包含了源端口,目的端口
此时传输层会把构造好的UDP数据报,进一步的交给网络层
3.网络层:网络层最主要的协议是IP协议
IP协议也根据自己的格式,来构造出IP数据报

此处的IP报头包含了源IP和目的IP

源IP,源端口,目的IP,目的端口,协议类型,是网络通信中的"五元组"

接下来,还需要将数据报传输给数据链路层
4.数据链路层:最主要的协议是以太网
以太网又会针对IP数据报,进行进一步的封装,再添上数据头和数据尾

网络上传输的数据的基本单位,有很多中术语叫法
包(packet)
帧(frame)
报(datagram)
段(segment)
上述这样的数据,还需要进一步交给物理层
5.物理层:硬件设备(网卡)
上述的以太网数据报本质上是一些二进制的数据,硬件设备就需要对上述数据进行转换了(光信号/电信号/电磁波)
到这里,主机A就已经发送完成了
接下来是主机B的情况,先不考虑中间情况
1.物理层(硬件设备/网卡):收到光信号/电信号/电磁波,需要把接收到的信号进行解调,得到了一串二进制数据序列,也就是以太网数据帧

这个数据就要被交给上一层,数据链路层

调制:把要传输的信号放到光电信号中
解调:从光信号中把信息取出来
调制解调器:猫

2.数据链路层
数据链路层的以太网协议,就会针对这个数据进行解析,去除以太网数据帧头和帧尾,把载荷部分取出来,交给上一层(IP协议)

3.网络层:
IP协议针对这个数据报进行解析,去掉IP报头,取出载荷,进一步交给传输层

4.传输层:
根据IP报头中的字段,就知道当前这个载荷是一个UDP数据包,于是就交给UDP处理,UDP也是要针对数据报进行解析 ,去掉报头,取出载荷,进一步的交给应用程序

5.应用层:
UDP报头中,有一个字段,目的端口,根据目的端口找到关联的应用程序,就交给这个程序即可,QQ这个程序就会收到这个数据了,就会按照QQ的应用层协议,进行解析,把数据显示到界面上
主机A,从上到下,依次添加报头的过程,称为封装
主机B,从下到上,依次解析报头的过程,称为分用,
每次网络数据的传输都是需要经历上述的过程