目錄

網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

獨立模式

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

局域網(wǎng)LAN

廣域網(wǎng)WAN

什么是協(xié)議

?初識網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

協(xié)議分層?

OSI七層模型

TCP/IP四層（或五層）模型

?OSI和TCP/IP對比

網(wǎng)絡(luò)傳輸流程

什么是報頭

局域網(wǎng)通信原理

同網(wǎng)段的主機通訊

跨網(wǎng)段的主機通訊

數(shù)據(jù)包封裝和分用

數(shù)據(jù)封裝的過程

?數(shù)據(jù)分用的過程

IP地址和MAC地址

IP地址

MAC地址

IP地址和MAC地址的感性理解

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網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

計算機的出現(xiàn)是要給人們提供計算任務(wù)的，人與人之間的生產(chǎn)和工作需要相互協(xié)作。比如：數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)的整理，數(shù)據(jù)的分析以及應(yīng)用，可能需要一大批人協(xié)同工作。人與人之需要間協(xié)作也就有了計算機之間相互協(xié)作的需求，這也能說明計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然。

獨立模式

獨立階段的每個計算機之間是相互獨立的。在這種模式下，假如有一項工作需要三個人共同完成，李華對數(shù)據(jù)進行匯總，小明對數(shù)據(jù)進行分析和篩選，而老王完成最后的測試和發(fā)布工作。在獨立模式下，由于計算機之間相互獨立，所以它們之間的工作模式就是串行的。如下圖：小明在李華處理完工作前始終是等待狀態(tài)，而老王在李華+小明處理工作期間一直處于等待狀態(tài)。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模式下，多臺計算機連接在一起，完成數(shù)據(jù)共享。如下圖所示：當多臺計算機連接在一起后，每個人雖然使用的是各自的專屬計算機，但是業(yè)務(wù)之間可以隨時切換，共享數(shù)據(jù)由服務(wù)器集中管理。

局域網(wǎng)LAN

當計算機數(shù)量越來越多的時候，就需要交換機和路由器連接在一起。局域網(wǎng)：是局部地區(qū)形成的一個區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，分布地區(qū)范圍有限。

●交換機的主要功能是在局域網(wǎng)內(nèi)部進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，以提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和安全性。

●路由器的主要功能是在不同網(wǎng)絡(luò)之間進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的通信。

總的來說，交換機主要用于局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，而路由器主要用于不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇。

?如上圖所示，寒假期間你組織高中班上的一批同學(xué)開展cs游戲比賽，他們分布在縣城的各個地方，但是每個同學(xué)都有一個計算機，通過交換機和路由器連接在一起（當然這中間有很多細節(jié)，暫時不關(guān)心，重點理解什么是局域網(wǎng)），就可以愉快的進行游戲競技了。

廣域網(wǎng)WAN

廣域網(wǎng)：是連接不同地區(qū)局域網(wǎng)或城域網(wǎng)計算機通信的遠程網(wǎng)。比如：將遠隔千里的計算機連接在一起。

需要注意的是，所謂“局域網(wǎng)”和“廣域網(wǎng)”只是相對的概念。上述場景中描述的廣域網(wǎng)，也能將其看做一個較大的局域網(wǎng)。

什么是協(xié)議

“協(xié)議”是一種約定。

生活中的“約定”很好理解，比如你今天要和網(wǎng)友在公園見面，你們提前約定好了暗號。你先說“￥￥￥￥￥￥￥￥”，它回復(fù)“###########”。通過這個暗號，你們就能確定對方的身份。

計算機之間的傳輸媒介是光信號和電信號，通過“頻率”和“強弱”來表示0和1這樣的信息。要想傳遞各種不同的信息，就需要約定好雙方的數(shù)據(jù)格式。

?初識網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

計算機生產(chǎn)廠商有很多，操作系統(tǒng)有很多，計算機網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備也有很多。為了解決不同廠商之間生產(chǎn)的計算機能夠相互順暢的通信，就需要有人站出來，約定一個共同的標準，大家都遵守，這就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

一臺計算機的內(nèi)部，也是一個小型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。計算機的體系結(jié)構(gòu)中有網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中有體系結(jié)構(gòu)。

協(xié)議分層?

協(xié)議分層，將功能比較集中，耦合度比較高的模塊分在一層（高內(nèi)聚）。層與層之間一個改變不要影響其他層（低耦合）。每一層都要解決特定的問題。每一層都有自己匹配的協(xié)議，每一層協(xié)議解決當前層的問題。

通過一個例子理解協(xié)議分層：

示例場景：小明（A）和小紅（B）都講漢語，他們通過電話機進行通信。這個簡單的通話場景，實際上在語言層將所說的漢語（漢語協(xié)議）以音頻的方式通過聽筒傳遞給電話機，在通訊設(shè)備層將音頻轉(zhuǎn)換為電信號（電話機協(xié)議）傳遞到對方的電話機，在轉(zhuǎn)換為音頻傳遞給對方。

場景變更1：通訊設(shè)備層保持不變，僅在語言層變更。小紅（B）和小王（C）都講英語。只要更改語言層的協(xié)議，就能讓B和C完成通話。

場景變更2：語言層保持不變，僅在通訊設(shè)備層進行變更。小明（A）和小紅（B）依然用漢語進行交流，但是通訊設(shè)備層改為用無線電。只需要更改通訊設(shè)備層。

需要注意的是，上述的例子中的協(xié)議只有兩層，是為了方便描述。但是在實際的網(wǎng)絡(luò)通信中會更加復(fù)雜，會有更多的層次劃分。

OSI七層模型

●OSI（Open System Interconnection，開放系統(tǒng)互連）七層網(wǎng)絡(luò)模型稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，是一個邏輯上的定義和規(guī)范。
●OSI 把網(wǎng)絡(luò)從邏輯上分為了7層. 每一層都有相關(guān)、相對應(yīng)的物理設(shè)備，比如路由器，交換機;
●OSI 七層模型是一種框架性的設(shè)計方法，其最主要的功能使就是幫助不同類型的主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸;
●它的最大優(yōu)點是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個概念明確地區(qū)分開來，概念清楚，理論也比較完整. 通過七個層次化的結(jié)構(gòu)模型使不同的系統(tǒng)不同的網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)可靠的通訊。

TCP/IP四層（或五層）模型

●物理層: 負責(zé)光/電信號的傳遞方式. 比如現(xiàn)在以太網(wǎng)通用的網(wǎng)線(雙絞 線)、早期以太網(wǎng)采用的的同軸電纜(現(xiàn)在主要用于有線電視)、光纖, 現(xiàn)在的wifi無線網(wǎng)使用電磁波等都屬于物理層的概念。物理層的能力決定了最大傳輸速率、傳輸距離、抗干擾性等. 集線器(Hub)工作在物理層。

雙絞線線序口訣：

●數(shù)據(jù)鏈路層: 負責(zé)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀的傳送和識別. 例如網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動、幀同步(就是說從網(wǎng)線上檢測到什么信號算作新幀的開始)、沖突檢測(如果檢測到?jīng)_突就自動重發(fā))、數(shù)據(jù)差錯校驗等工作. 有以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng), 無線LAN等標準. 交換機(Switch)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。
●網(wǎng)絡(luò)層: 負責(zé)地址管理和路由選擇. 例如在IP協(xié)議中, 通過IP地址來標識一臺主機, 并通過路由表的方式規(guī)劃出兩臺主機之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路(路由). 路由器(Router)工作在網(wǎng)路層。
●傳輸層: 負責(zé)兩臺主機之間的數(shù)據(jù)傳輸. 如傳輸控制協(xié)議 (TCP), 能夠確保數(shù)據(jù)可靠的從源主機發(fā)送到目標主機。
●應(yīng)用層: 負責(zé)應(yīng)用程序間溝通，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、網(wǎng)絡(luò)遠程訪問協(xié)議（Telnet）等. 我們的網(wǎng)絡(luò)編程主要就是針對應(yīng)用層。

?OSI和TCP/IP對比

網(wǎng)絡(luò)傳輸流程

什么是報頭

計算機網(wǎng)絡(luò)報頭是指在計算機網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中的一部分，用于描述數(shù)據(jù)包的一些基本信息。感性的去理解，就是類似快遞單的東西。

局域網(wǎng)通信原理

兩臺局域網(wǎng)的主機能夠直接通信。每一臺機器都有網(wǎng)卡，每一張網(wǎng)卡都有自己的地址，MAC地址，能夠標識其在局域網(wǎng)中的唯一性。

●在任何一個時刻，只允許一臺主機在局域網(wǎng)中發(fā)送消息。否則會發(fā)生碰撞。

●假設(shè)Mac1給Mac7發(fā)送消息“我愛你！”，這個信息不僅僅Mac7收到。其余的“吃瓜群眾2-6“也都看到了，但是通過分析知道這不是發(fā)送給自己的，就將其丟棄了。最后只有Mac7接受這個信息。

同網(wǎng)段的主機通訊

如下圖所示，兩臺計算機通過TCP/IP協(xié)議通訊的過程：

?●報文 = 報頭+有效載荷。

跨網(wǎng)段的主機通訊

如下圖所示，跨網(wǎng)段的主機傳輸，數(shù)據(jù)從一臺計算機到另一臺計算機傳輸?shù)倪^程中要經(jīng)過一個或多個路由：

數(shù)據(jù)包封裝和分用

●不同的協(xié)議層對數(shù)據(jù)包有不同的稱謂,在傳輸層叫做段(segment),在網(wǎng)絡(luò)層叫做數(shù)據(jù)報 (datagram),在鏈路層叫做幀(frame)。
●應(yīng)用層數(shù)據(jù)通過協(xié)議棧發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上時,每層協(xié)議都要加上一個數(shù)據(jù)首部(header),稱為封裝
(Encapsulation)。
●首部信息中包含了一些類似于首部有多長, 載荷(payload)有多長, 上層協(xié)議是什么等信息。
●數(shù)據(jù)封裝成幀后發(fā)到傳輸介質(zhì)上,到達目的主機后每層協(xié)議再剝掉相應(yīng)的首部, 根據(jù)首部中的 "上層協(xié)議字段" 將數(shù)據(jù)交給對應(yīng)的上層協(xié)議處。

數(shù)據(jù)封裝的過程

?數(shù)據(jù)分用的過程

IP地址和MAC地址

IP地址

IP協(xié)議有兩個版本, IPv4和IPv6。下述的描述指的是IPV4：
●IP地址是在IP協(xié)議中, 用來標識網(wǎng)絡(luò)中不同主機的地址。
●對于IPv4來說, IP地址是一個4字節(jié), 32位的整數(shù);通常使用 "點分十進制" 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.1.5?; 用點分割的每一個數(shù)字表示一個字節(jié), 范圍是 0 - 255

MAC地址

MAC地址用來識別數(shù)據(jù)鏈路層中相連的節(jié)點：
●長度為48位, 即6個字節(jié). 一般用16進制數(shù)字加上冒號的形式來表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
●在網(wǎng)卡出廠時就確定了, 不能修改。?mac地址通常是唯一的(虛擬機中的mac地址不是真實的mac地址, 可能會沖突; 也有些網(wǎng)卡支持用戶配置mac地址）。

IP地址和MAC地址的感性理解

IP地址：從“北京“?去? “桂林” 旅游。終極目標。為我們未來的每一個階段要做的選擇，提供方向目標，進行路徑選擇。

MAC地址：上一站從哪來，下一站去哪里?！氨本?-- 河南”? “河南 -- 深圳” “深圳 -- 桂林”該類地址一直在變化。