【计算机网络】网络原理

目录

1.网络的发展

2.协议

3.OSI七层网络模型

4.TCP/IP五层网络模型及作用

5.经典面试题

 6.封装和分用

发送方(封装)

接收方(分用)

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1.网络的发展

路由器：路由指的是最佳路径的选择。一般家用的是5个网口，1个WAN口+4个LAN口(口：端口)。可以连接连接多个局域网。

局域网：把几个电脑通过路由器连接到一起。

广域网：将多个局域网连接起来。可能会覆盖一个城市，一个国家。

交换机：可以扩展路由器的端口。

IP地址：描述了一个设备在网络上的地址。计算机中使用一个32位4字节数字表示地址，由于这样太大，为了表示出来，4个字节分4部分表示。采用的是点分十进制(127.0.0.1)。每个数字范围是0~255。分别代表一个字节。

我们可以通过ipconfig指令在终端上查看我们电脑上的ip地址。

端口号：区分一个主机上不同的应用程序的。端口号是一个整数(2个字节)。范围是0~65535。

使用端口号的规则：要求同一个主机上的应用程序不能关联到同一个端口号。一个端口号只能被一个应用程序绑定。但一个应用程序可以绑定多个端口号。0一般不使用，1~1023这个范围的端口号供系统使用。就像有些国家的一夫多妻制。夫相当于应用程序；妻相当于端口号。

例如：443->https   80->http    22->ssh    23->telnet

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IP和端口号

IP和端口号往往是"一对"，比如，买个东西：

• 收件人地址(源IP)，收件人电话(源端口号)。
• 发件人地址(目的IP)，发件人电话(目的端口号)。

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2.协议

网络上，本质是通过光/电信号来传输数据。比如：低电平表示1，高电平表示0；高频光信号表示1，低频光信号表示0。本质上还是二进制数据。

协议就是一种约定，规定。约定了通信双方按照一定的方式来传输数据。

五元组

• 源IP
• 源端口
• 目的IP
• 目的端口
• 协议类型

协议拆分

将一个大的协议·拆分成多个小的协议。

协议分层

由于通信网络很复杂，拆分就拆分出来太多的小的协议，小的协议太多，不好管理，这时候就需要分层了。按照协议的定位/作用分类，并且约定了不同层协议之间的"调用关系"。(上层协议调用下层协议，下层协议给上层协议提供支持)。类似于一个公司。公司大了就要进行细分。

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3.OSI七层网络模型

OSI七层网络模型仅仅出现在教科书中。

实际开发中大都用的是TCP/IP五层网络模型。

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4.TCP/IP五层网络模型及作用

                     

是OSI七层模型的简化版本。下面讲述这五层协议的作用，以网购为例。

1.物理层

• 描述的是网络通信的硬件设备。

2.数据链路层

• 两个相邻节点之间的数据传输情况。
• 比如商家和我中间隔了许多城市，可能中间还有水路等。关心的是每一步应该使用什么交通工具。

3.网络层

• 进行路径规划。
• 即从商家的位置到我的位置发货选哪条路发货最合适(传输成本，传输时间，传输效率)。先从哪个城市到哪个城市，再从哪个城市到哪个城市。

4.传输层

• 只关注起点和终点。
• 从商家角度来看，他只关心他自己的发件人地址/电话以及收件人地址/电话，只关心货是不是已经发出和我是不是已经收到货。

5.应用程序层

• 数据传输过来后，如何使用这个数据。
• 即我收到货后使用这个商品干啥，比如我买了一个刷子，我可以刷鞋，刷床，还可以刷沙发等。

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如果有TCP/IP四层模型的这种说法，那应该就是不算物理层。

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5.经典面试题

某某某这个设备应用工作在哪一层？

主机：

• 它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容。即就是TCP/IP五层模型的下四层。

路由器：

• 实现了从网络层到物理层的内容，是TCP/IP五层模型的下三层。

交换机：

• 实现了从数据链路层到物理层。是TCP/IP五层模型的下两层。
• 交换机的作用是针对路由器的端口进行扩展。因为路由器上的端口是有限的，有可能不够用。

集线器：

• 只实现了物理层。作用是把网线一分为二。

 

 6.封装和分用

描述了网络通信过程中，基本的数据传输流程。（即发送方一步步封装，接收方一步步拆解）

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发送方(封装)

1.应用层(发送方)

协议：由程序员自定义协议

举个例子：例如，QQ发消息，A通过QQ把一个hello传递给B。

在应用层中就会把这个输入的"hello"打包成一个应用层的数据报（格式：字符串拼接）数据报中是二进制形式，这个数据报的内容格式由开发QQ的人员自定义的。我们假设是下面这种：

       

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2.传输层(发送方)

典型协议：TCP，UDP

就是要对刚才的应用层数据再进行打包，变成传输层的数据报，打包过程即字符串拼接。把刚才的应用层数据的基础上再拼接传输层的报头。

一个数据报 = 报头 + 载荷

UDP报头中最关键的信息：就是"源端口"和"目的端口"。

传输层数据报搞好之后，这个数据会进一步交给网络层。

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3.网络层(发送方)

主要协议：IP协议

IP报头包含最重要的属性：源IP和目的IP。

网络层的数据打包之后，继续把数据交给"数据链路层"再进一步打包。

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4.数据链路层(发送方)

主要协议：以太网

以太网报头包含最重要的属性：源mac地址和目的mac地址。这个地址也是用来描述一个设备在网络上的地址的。

打包好后，继续交给物理层。

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5.物理层(发送方)

把上述数据转换成二进制的01序列。再通过光信号/电信号进行传输。

上述这五步操作都为层层封装，就像是发快递一样。而下面的操作就相当于是拆快递了。

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接收方(分用)

1.物理层(接收方)

将获得的光/电信号转成二进制数据，得到以太网数据报。

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2.数据链路层(接收方)

通过以太网协议，针对以太网数据报进行解析。这个解析过程会解析出报头和报尾以及中间的载荷。把载荷部分进一步再交给网络层的协议处理。

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3.网络层(接收方)

通过IP协议进一步针对网络层的数据报进行解析，去掉报头，拿到载荷，再把载荷交给传输层。

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4.传输层(接收方)

通过UDP协议，再去掉报头，拿到载荷，再交给应用层。

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5..应用层(接收方)

把上述数据通过端口号，交给各个应用程序。