1. 網(wǎng)絡發(fā)展

計算工作是不可能一個科學家搞出來的，注定是一群科學家協(xié)同工作，
給每一個科學家配上電腦，那么科學家之間的電腦也是協(xié)同工作的

人只要用計算機，計算機就必須要協(xié)同

古代打仗，每個士兵都有自己的武器(刀、槍、劍等)，但士兵之間不是互相孤立的，而是互相協(xié)同的刀與槍配合、槍與劍配合

各個計算機之間是獨立的
將小松計算后的數(shù)據(jù)拷貝到軟盤中 交給小竹
將小竹計算后的數(shù)據(jù)拷貝到軟盤中 交給小梅
但是人參與的工作，效率會非常低

所以為了提高效率，將所有的機器簡單連接起來
這樣就可以在自己的電腦上看見所有人的數(shù)據(jù)

認識協(xié)議

協(xié)議是一種約定

在之前打電話要花錢，接電話是不需要花錢的
假設你的手機里只有 20 30塊話費，因為花費很少所以避免自己打電話
所以你在向家里打電話時
若響一聲就掛掉，說明給家里報平安
若響兩聲才掛掉，說明你沒錢了，該打錢了
若響三聲才掛掉，說明是其他特殊事情

將約定做好，相隔幾百里，通過曾經(jīng)約定好的事情 快速形成共識 做出約定的動作，被稱為協(xié)議
協(xié)議本質(zhì)是為了提高協(xié)同效率

兩臺計算機是人的意志的表達，因為引進網(wǎng)絡，就注定計算機之間的距離比較久，
所以兩臺計算機在技術層面上用特定的方式來做好 雙方通信時候的協(xié)議約定

2.網(wǎng)絡協(xié)議初識

網(wǎng)絡通信時，會有那些需求要解決，要有那些問題會產(chǎn)生，為什么會產(chǎn)生問題?
1. 長距離傳送時，信號會衰減，所以數(shù)據(jù)有可能異常(數(shù)據(jù)丟失)

要發(fā)送的機器是在遠端的，網(wǎng)絡上的機器有很多
如何能夠?qū)C器數(shù)據(jù)發(fā)送后準確找到網(wǎng)絡當中其中一臺機器
2.定位一臺主機的問題

因為網(wǎng)絡太長了，所以要經(jīng)歷中間節(jié)點
就會導致
3. 怎么進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及路徑選擇的問題

只有定位一臺主機，才能開始傳輸數(shù)據(jù)，以及路徑選擇
如：明確自己要考研，才會好好學習
所以在設計時，將不同的功能模塊設計成為不同的模塊
可以將解決方案 設計為層狀結構(每一層解決相同的問題，層與層之間沒有直接關聯(lián))

協(xié)議分層

假設你和你的朋友，分別在兩個不同的樓內(nèi)，你使用你宿舍的臺式機給你朋友宿舍的臺式機打電話
在打電話這個過程中，你認為你和你的朋友在進行直接通信
實際上是 你把話說給了你的臺式機，通過電話協(xié)議，將信息傳遞給另一個臺式機，此時你朋友的臺式機把收到的數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析，把聲音播放到你朋友的耳邊

所以分為語言層和通信設備層，在邏輯上認為都在和對方層進行通信
層和層之間通過接口的方式來進行互相調(diào)用底層的功能
但底層如何實現(xiàn)的，上層并不關心
如：你打電話時，并不關心電話采用的頻率是多少

對通信設備層替換
在用手機通信的過程中
雖然底層全部替換掉了，但是上層依舊兩個人使用漢語來通信

對語言層替換
在用臺式機通信的過程中
兩個人把語言從漢語變成了英語，臺式機并不會管那么多，臺式機依舊是把一個人的數(shù)據(jù)傳給另一個臺式機

軟件分層后，每一層只關注自己同層的功能，只使用下一層的接口，任何一層出現(xiàn)問題，都不會直接影響另一層
減少后期開發(fā)者的成本

OSI七層模型 | TCP/IP

OSI (Open System Interconnection) 開放系統(tǒng)互連
七層網(wǎng)絡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

分為七層
自底向上為：物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡層 傳輸層 會話層 表示層 應用層

實際上工程實現(xiàn)時會壓縮為 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡層 傳輸層 應用層 (會話層 表示層 應用層 看作為應用層)
而一般在研究網(wǎng)絡協(xié)議棧時，重點談軟件，物理層是有關于網(wǎng)絡通信硬件的，所以物理層不考慮

采用的網(wǎng)絡協(xié)議棧為 TCP/IP五層(或四層)模型，TCP/IP脫胎于OSI七層模型，將會話層 表示層 應用層 看作為應用層
五層：物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡層 傳輸層 應用層
四層： 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡層 傳輸層 應用層

物理層: 負責光/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.

數(shù)據(jù)鏈路層: 負責設備之間的數(shù)據(jù)幀的傳送和識別. 例如網(wǎng)卡設備的驅(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.
(如：有個小朋友，能夠說出簡單的字段，將信息傳給他的爸爸或媽媽
數(shù)據(jù)鏈路層的標準是不一樣的，因為數(shù)據(jù)鏈路層的具體實現(xiàn)是在網(wǎng)卡驅(qū)動實現(xiàn)的
最常見的標準是 以太網(wǎng))

網(wǎng)絡層: 負責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.

紅框為主機的內(nèi)網(wǎng)私有IP地址

傳輸層: 負責兩臺主機之間的數(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.

可靠的把A數(shù)據(jù)送到B
如：你的老師夸你，數(shù)學有考100分的能力，但并不說明你一定能考100，大概率考100，也有可能考99
所以就需要可靠的傳輸數(shù)據(jù)

應用層: 負責應用程序間溝通，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、網(wǎng)絡遠程訪問
協(xié)議（Telnet）等. 我們的網(wǎng)絡編程主要就是針對應用層

網(wǎng)絡傳輸基本流程

情況1：同一個局域網(wǎng)(子網(wǎng))

同一個局域網(wǎng)的兩臺機器，可以直接通信
如：假設有一天網(wǎng)比較卡，同一個寢室的室友想要打游戲，所以就打CS構建局域網(wǎng)房間，就可以通過進入房間從而一起玩游戲
兩個主機通信的本質(zhì)是 兩個主機的操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡協(xié)議棧在通信

數(shù)據(jù)在兩臺通信機器中如何流轉(zhuǎn)

同層的每一層都是一種協(xié)議，每層都要有自己的協(xié)議
協(xié)議的表現(xiàn)形式：協(xié)議報頭體現(xiàn)出來的

協(xié)議報頭的理解

網(wǎng)購：在網(wǎng)店里面買了一個鍵盤，付款后進行賣家發(fā)貨，收貨后并不僅僅是鍵盤，收到的是一個包裹，
包裹上有一張紙，有姓名，地點，發(fā)貨的郵政編碼等
你要的就是鍵盤，實際上給你的除了鍵盤還多了一張紙

這張紙對于你并不是必須的，但對于快遞員是必須的，多出來的這張紙稱為報頭
報頭是工作在快遞員那層的，在你看來你把報頭去掉了
鍵盤本身也是包裝起來的，鍵盤要附上使用說明書，使用說明書就會告訴你鍵盤是什么種類的，鍵盤如何使用等
說明書也可以作為報頭

在物流體系中，不僅僅在物流商品，快遞單+商品，才是物流的主體

當想要發(fā) 在嗎，相當于商品，這個商品想要在網(wǎng)絡中正常被轉(zhuǎn)發(fā)，工作在不同層級，每一層都必須有對應的協(xié)議(表現(xiàn)形式為報頭)

每一層協(xié)議都要有各自的協(xié)議報頭，加上有效載荷
如：收到一個包裹，包裹上面的紙稱為報頭，包裹里的東西稱之為有效載荷

當要發(fā)送消息時，并不是將消息直接發(fā)送給對方，先添加自己應用層的報頭，然后將報頭與有效載荷交付給下一層
在下一層時，將上一層的報頭和有效載荷 整體看作是 該層的有效載荷 ，再次添加報頭

所有的數(shù)據(jù)一定先被硬件收到，因為馮諾依曼體系規(guī)定，對于發(fā)送方來講，叫做輸出
輸入時，一定是主機的硬件先收到，就決定了自底向上收到的

收到后，將要將自己的報頭與自己的有效載荷分離
分離后，將有效載荷交 給上一層
如：收到快遞后，將包裹拆掉，將里面的東西拿出來

將報頭從上到下貫穿，稱為封裝
將報頭自底向上進行交付，稱之為解包加分用
解包：將報頭和有效載荷分離
分用：將有效載荷交付給上層

協(xié)議要支持兩個基本功能：
1.報頭必須要能和有效載荷分離
2.報頭必須支持，將有效載荷交付給上層，被稱為數(shù)據(jù)報分用(分發(fā)給上層去用)

局域網(wǎng)通信原理(故事版本)

一般原理

每一個同學都有自己的名字，老師大聲在教室詢問，張三為什么布置的作業(yè)沒有寫，教室內(nèi)的所有的同學都聽到了，
聽到后先分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包的報頭是張三，有效載荷是作業(yè)為什么沒做
先將報頭與有效載荷分離，報頭是張三，每個人都知道自己不是張三，所以每個人在數(shù)據(jù)鏈路層將消息丟棄了

有一名同學在數(shù)據(jù)鏈路層對比時，發(fā)現(xiàn)他就是張三
當張三回答老師說，老師，作業(yè)已經(jīng)做完了
張三給老師發(fā)數(shù)據(jù)包，在座的其他同學都能聽見
報頭為 老師， 有效載荷為 作業(yè)已經(jīng)做完了
此時其他同學在數(shù)據(jù)鏈路層將消息丟棄了，老師在數(shù)據(jù)鏈路層對比時，發(fā)現(xiàn)這名同學就是叫他的
將有效載荷 作業(yè)已經(jīng)做完了，向上交付給老師

在這個過程中，張三認為和老師直接通信，老師也認為和張三直接通信，完成一次信息的交互
這種通信原理就被稱為 以太網(wǎng)的局域網(wǎng)的通信原理

數(shù)據(jù)碰撞

在教室內(nèi)，當上課時，有一個同學一直在說話，擾亂課堂秩序，一般這個時候老師會讓這位同學出去
因為這位同學說話時，會干擾老師或者其他同學說話，導致其他人聽不清楚
這種情況被稱為局域網(wǎng)發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞

結論

局域網(wǎng)中，任何時刻，只允許一個人在向局域網(wǎng)發(fā)送消息
任何人要通信，需要有唯一的一個標識符，對于機器也是如此，對于計算機，每臺計算機都配有網(wǎng)卡
網(wǎng)卡在出廠的時候，就在網(wǎng)卡內(nèi)部寫入網(wǎng)卡的sn號(俗稱MAC地址，全球唯一)
(標識符：在教室里，每個人都有唯一的名字)

情況2：跨一個路由器的兩個子網(wǎng)

路由器：
1.網(wǎng)絡層
2.鏈路層
3.物理層

路由器也是一臺主機，路由器要能跨網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)，
路由器至少要聯(lián)兩個子網(wǎng)，至少要有兩個網(wǎng)絡接口

在教室內(nèi)，約定好手里拿水杯的人才能說話
令牌環(huán)的作用 即 拿水杯時才能說話，說完了，將水杯交給下一個人，下一個人再說
本質(zhì)是 保證任何時刻 只有一個人說話

路由器要將數(shù)據(jù)從左側(cè)主機轉(zhuǎn)給右側(cè)主機
要求路由器和左側(cè)主機處于同一子網(wǎng)，也和右側(cè)主機處于同一子網(wǎng)

所以一個數(shù)據(jù)包可以從左側(cè)主機交付到路由器主機
也可以從路由器主機交付到右側(cè)主機

以太網(wǎng)和令牌環(huán)中存在更多的主機
當要發(fā)送消息時，并不是將消息直接發(fā)送給對方，先添加自己應用層的報頭，然后將報頭與有效載荷交付給下一層

當數(shù)據(jù)達到數(shù)據(jù)鏈路層時， 憑什么把數(shù)據(jù)報交給路由器R，而不交給其他主機？

所以要面臨選擇主機的問題，而選擇主機之前要先標識主機(使用IP地址標識公網(wǎng)中主機的唯一性)

IP地址是IPV4，對應4字節(jié)的整數(shù)
如：192.168.X.Y
一般IP地址的取值范圍是 【0.0.0.0 ， 255.255.255.255】
192.168.X.Y一般是以字符串風格展現(xiàn)出來的，被叫做字符串風格的點分十進制方案的IP地址(給人看的)

每一個主機的網(wǎng)絡層都有一個路由表
路由表作用：當用戶發(fā)送你好時，還要知道給誰發(fā)
假設要發(fā)給B的IP地址，結合IP地址和路由表，判定當前數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給B

A在那一個子網(wǎng)中自己是知道的，而B在那個子網(wǎng)中是不知道的，只知道B的IP地址
所以A查路由表要有一種能力，雖然并不清楚數(shù)據(jù)要去的IP地址是誰，主機能決定數(shù)據(jù)報一定不是發(fā)給自己以太網(wǎng)的其他主機的
如：你是計算機專業(yè)的學生，有自己的學號，來了一個你不認識的同學，但是你可以通過它的學號判定它是不是計算專業(yè)的
若前面學號相同則是，否則就不是

IP報頭中涵蓋一個目的IP稱為IPB

將數(shù)據(jù)線將給路由器R，在向下交付給自己的數(shù)據(jù)鏈路層，添加以太網(wǎng)自己的報頭
每一個主機都要有自己的MAC地址
在以太網(wǎng)環(huán)境下目的MAC 稱為 MR(后面會解釋)

IP地址與MAC地址的關系

西游記中，唐僧西天取經(jīng)，會在這一路上經(jīng)歷好多城池，比如其中一個城池，車遲國
當唐僧到達城池的時候，國王就會問，和尚從哪里來，到哪里去
唐僧就會說，從東土大唐而來，自西天取經(jīng)而去
國王又問，上一站從哪里來，下一站去哪里
唐僧回答，上一站從黑風嶺逃出來的，下一站去女兒國

此時唐僧身上有兩套地址，一套地址是從東土大唐要到西天取經(jīng)，叫做源IP和目的IP
另一套地址是上一站從黑風嶺來，下一站去女兒國，叫做原MAC地址與目的MAC地址
詢問國王的過程就是 查路由表的過程

IP地址作用是為報文定制最終目標，路上根據(jù)該地址進行路徑選擇
MAC地址作用是根據(jù)路徑選擇的結果，來選擇下一跳主機

填MR的原因：
上一層查路由表時發(fā)現(xiàn) ，要去路由器R，所以MR表示路由器的MAC地址

將數(shù)據(jù)鏈路層的報文 設為M
路由器工作在網(wǎng)絡層，因為只有IP有路由表以及IP地址，所以報文在路由器中要做一次向上交付
路由器經(jīng)過路由，發(fā)現(xiàn)目的IP為IPB，正好為路由器向下連接的IP地址
所以路由器會將對應的報文向下交付
此時的報文會將報頭的MAC地址由MR替換成MB 即主機B的MAC地址
由原來的下一跳路由器變?yōu)橄乱惶鳈CB

將報文進行向上交付，將有效載荷 與報頭分離
同層協(xié)議就認為自己在向?qū)Ψ街苯影l(fā)數(shù)據(jù)
而對于數(shù)據(jù)鏈路層來說，可能不一樣

網(wǎng)絡通信的理解

學校有五層的教學樓，以及三層的保安室
在學校中有很多條的路和岔路口

假設你是你們班的班長，你們班的考試成績出來了，你們班的班主任把你叫到教學樓A的五樓，給了你一個檔案袋
讓你把它交給教學樓B的五層的教學組長

因為路在一樓，所以你必須得先下樓
學校規(guī)定每個樓的第三層都必須呆一個保安大爺
所以你在下樓時，下到三樓就問保安大爺路該怎么走
大爺說不是很清楚，告訴你保安室2怎么走，讓你去保安室2去問問那里面的保安大爺

來到保安室2后，爬上三樓，問里面的保安大爺，教學樓B怎么走
此時保安大爺告訴你怎么走才能到教學樓B

但是你并不能直接到教學樓B，因為路在一樓，所以你必須得先下樓

來到教學樓B后，爬上三樓再次詢問這里的大爺 是否為B棟，大爺說是
所以你才繼續(xù)上到五樓，找到教導主任

在網(wǎng)絡通信時，網(wǎng)絡通信的所有報文最終都必須在網(wǎng)線上跑，
就決定了所有的報文至少要交給每一個主機最底層的物理層或數(shù)據(jù)鏈路層
若為上層協(xié)議就必須得自頂向下交付，而到了目標主機要自底向上交付文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-626632.html

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