【Linux网络（一）初识计算机网络】

一、网络发展

1.发展背景

2.发展类型

二、网络协议

1.认识协议

2.协议分层

3.OSI七层模型

4.TCP/IP协议

三、网络传输

1.协议报头

2.局域网内的两台主机通信

3.跨网络的两台主机通信

四、网络地址

1.IP地址

2.MAC地址

---

一、网络发展

1.发展背景

计算机网络的发展源于冷战时期的军事需求，其中ARPANET的建立是一个关键里程碑，它奠定了互联网的基础。随着TCP/IP协议的标准化和万维网的发明，互联网逐渐从军事和学术领域向商业和大众化发展。1990年代后期，商业互联网服务提供商的出现加速了互联网的普及。随着智能手机和移动通信技术的发展，移动互联网和物联网逐渐成为互联网发展的新趋势。同时，随着互联网的普及，网络安全和隐私保护问题日益突出，成为互联网发展中需要重视的问题。

2.发展类型

独立模式：计算机之间相互独立

网络互联：多台计算机连接在一起，完成数据共享

局域网LAN：是一种在较小的范围内连接多台计算机和设备的计算机网络。

广域网WAN：是一种覆盖较大地理范围的计算机网络，连接不同地区、城市甚至国家之间的计算机和网络设备。

二、网络协议

1.认识协议

现在有那么多的计算机生产厂商、计算机操作系统以及硬件设备厂商，如果没有一种规范来约束它们，那么就好像不同的人说着不同的语言，就会造成混乱和误解。所以网络协议因此而生，它就像通信中的规则和约定，确保了计算机之间能够理解和相互沟通。

2.协议分层

协议分层的思想是将复杂的通信系统分解为多个独立的层次，每个层次负责特定的功能，并通过定义明确的接口来实现层与层之间的通信和交互。这种思想的主要目的是提高系统的模块化、可维护性和可扩展性，以及降低系统设计和实现的复杂性。

3.OSI七层模型

OSI七层模型是国际标准化组织（ISO）制定的一种网络协议分层模型，用于描述计算机网络中不同层次之间的功能和关系。它将网络通信系统分为七个层次，每个层次负责特定的功能，上下层之间通过定义明确的接口进行通信和交互。

• OSI（Open System Interconnection，开放系统互联）七层网络模型称为开方式系统互联参考模型，是一个逻辑上的定义和规范。
• OSI把网络从逻辑上分为了七层，每一层都有相关的、相对应的物理设备，比如路由器，交换机。
• OSI七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输，比如手机和电视之间数据的传输。
• OSI七层模型最大的优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整，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。
• 但是，OSI七层模型既复杂又不实用，所以后来在具体实现的时候就对其进行了调整，于是就有了我们现在看到的TCP/IP四层协议 

4.TCP/IP协议

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，共同组成了TCP/IP协议簇。TCP/IP通讯协议采用了五层的层级结构，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。

• 物理层： 负责光/电信号的传递方式。比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无线网使用的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。集线器（Hub）就是工作在物理层的。
• 数据链路层： 负责设备之间的数据帧的传送和识别。例如网卡设备的驱动、帧同步、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。数据链路层底层的网络通信标准有很多，如以太网、令牌环网、无线LAN等。交换机（Switch）就是工作在数据链路层的。
• 网络层： 负责地址管理和路由选择。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数据传输的线路（路由）。路由器（Router）就是工作在网络层的。
• 传输层： 负责两台主机之间的数据传输。例如传输控制协议（TCP），能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机。
• 应用层： 负责应用程序间沟通。比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。我们的网络编程主要就是针对应用层的。

三、网络传输

1.协议报头

在网络通信中，协议报头是用于描述在网络协议中传输的数据包的头部信息。它包含了一些控制信息，使得数据能够在网络上有效传输并确保数据的正确性和完整性。不同的网络协议有不同的报头结构。

比如你在淘宝上下单了一个杯子，但实际到了的时候，会多出来一个快递盒子和快递单，这两个东西并不是你想要的，它们就相当于这个杯子的报头。

2.局域网内的两台主机通信

局域网内的两台主机通过TCP/IP协议通信的过程如下：

 数据包的封装

• 不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报 (datagram),在链路层叫做帧(frame).
• 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).
• 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.
• 报文=报头+有效载荷

 下面为数据包封装的过程

3.跨网络的两台主机通信

跨网络的两台主机通信需要经过一个或者多个路由器

其中，令牌环是一种局域网协议，它通过令牌传递机制控制网络中数据的传输，确保数据在网络中的有序和无冲突地传输。不过随着以太网技术的发展和普及，令牌环逐渐被淘汰 

四、网络地址

1.IP地址

• IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;
• 对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;
• 我们通常也使用 "点分十进制" 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;

2.MAC地址

• MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
• 长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
• 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址).