一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)背景

網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分為一下幾個階段：

獨立模式: 計算機(jī)之間相互獨立：

此時計算機(jī)之間是相互獨立的，每個人在執(zhí)行任務(wù)的時候是獨立的，需要等待前一個將任務(wù)完成之后，自己才能進(jìn)行執(zhí)行任務(wù)，是串行執(zhí)行的，效率很低。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián): 多臺計算機(jī)連接在一起, 完成數(shù)據(jù)共享：

此時數(shù)據(jù)完成了共享，每個人都使用獨立的計算機(jī)，業(yè)務(wù)之間可以隨時自由切換，共享數(shù)據(jù)由服務(wù)器集中處理

局域網(wǎng)LAN: 計算機(jī)數(shù)量更多了, 通過交換機(jī)和路由器連接在一起

廣域網(wǎng)WAN: 將遠(yuǎn)隔千里的計算機(jī)都連在一起

注意：所謂 “局域網(wǎng)” 和 “廣域網(wǎng)” 只是一個相對的概念. 比如, 我們有 “天朝特色” 的廣域網(wǎng), 也可以看做一個比較大的局域網(wǎng)。

一臺計算機(jī)內(nèi)部本質(zhì)也是一個小型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

比如我們將一臺計算機(jī)的磁盤拉到很遠(yuǎn)的地方，此時依然可以進(jìn)行存儲，此時為云存儲，同理，其他的硬件結(jié)構(gòu)也可以這樣，所以計算機(jī) 體系結(jié)構(gòu)中有網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中有體系結(jié)構(gòu)

二、協(xié)議

1.協(xié)議是什么

我們舉一個例子進(jìn)行說明，以前的時候，只有臺式的座機(jī)，然而那個時候話費(fèi)也特別的貴，你要上學(xué)去讀書，你到了學(xué)校需要向自己的父母進(jìn)行報備，沒有了零花錢需要找父母要，這時，你和你的爸爸進(jìn)行約定，你打電話過來一聲之后就掛斷了就說明安全到學(xué)校了，打電話過來兩聲之后才掛斷電話說明沒有了零花錢，打電話過來三聲都還沒有掛斷，則說明有其他重要的事情，這樣就可以省很多的電話費(fèi)，同時也能夠達(dá)到通信的目的。

上面的例子中，電話響一聲，表明安全到學(xué)校了，電話響兩聲，表明沒有了零花錢，電話響三聲，說明有其他重要的事情。

3種都代表不同的含義，而這個含義不用解釋，雙方早已有了共識。所以協(xié)議就是約定

計算機(jī)之間的傳輸媒介是光信號和電信號. 通過 “頻率” 和 “強(qiáng)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.

只要通信的兩臺主機(jī), 約定好協(xié)議就可以了么?

當(dāng)然不是，我們舉一個例子來進(jìn)行說明，比如我們門衛(wèi)的口令是天王蓋地虎，寶塔鎮(zhèn)河妖，但是我們這里的人來自全國各地，回答的時候可能就是自己的方言，那么門衛(wèi)就不知道回答的對不對。所以我們需要要求在回答口令的時候，全部都使用普通話，這樣才可以。

所以，計算機(jī)生產(chǎn)廠商有很多; 計算機(jī)操作系統(tǒng), 也有很多; 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備, 還是有很多; 如何讓這些不同廠商之間生產(chǎn)的計算機(jī)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(biāo)準(zhǔn), 大家都來遵守, 這就是 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;

2.為什么要有協(xié)議

我們面對面進(jìn)行交談的時候，障礙比較少，不容易出錯，但是當(dāng)我們兩個人站在相隔500米的橋的兩端的時候，此時進(jìn)行交流通信就會變得極其困難。

對于計算機(jī)來說，所有的網(wǎng)絡(luò)問題，本質(zhì)都是傳輸距離變長了，此時就可能會引入新的通信問題，為了盡可能減少通信成本，就需要定制協(xié)議，如果使用計算機(jī)語言來進(jìn)行表達(dá)，則稱為計算機(jī)協(xié)議

三、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

1.為什么要進(jìn)行協(xié)議分層

協(xié)議分層有如下的原因：

1.軟件設(shè)計方面的優(yōu)勢 – 一層的代碼出問題了不會影響其他層 – 低耦合

2.一般我們分層的依據(jù)：功能比較集中，耦合度比較高的模塊–一層–高內(nèi)聚

3.每一層都有自己匹配的協(xié)議，每一層協(xié)議都解決自己的問題

我們舉一個例子，比如我們要從重慶到北京，那么我們首先要有從一個省跨越到另一個省的能力，在計算機(jī)中稱為如何把數(shù)據(jù)交付給和自己直接相連的下一臺主機(jī)，其他我們要有路線選擇的能力，我們?nèi)ケ本?，不能從重慶往西邊走，在計算機(jī)中稱為要有路徑選擇的能力，其次我們在去北京的路上，走錯路之后要有糾正路線的能力，在計算機(jī)中稱為容錯糾錯能力，我們最終的目的不是去北京，而是在北京進(jìn)行游玩，在計算機(jī)中稱為解決應(yīng)用方面的問題。

所以每一層都有自己匹配的協(xié)議，每一層協(xié)議都要解決自己的問題。

2.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;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(jī);

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(jī)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;但是, 它既復(fù)雜又不實用; 所以我們按照TCP/IP四層模型來講解

3.TCP/IP五層(或四層)模型

TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞，它還包括許多協(xié)議，組成了TCP/IP協(xié)議簇.

TCP/IP通訊協(xié)議采用了5層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求

物理層: 負(fù)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.

數(shù)據(jù)鏈路層: 負(fù)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(biāo)準(zhǔn). 交換機(jī)(Switch)工作在數(shù)據(jù)鏈路層.

網(wǎng)絡(luò)層: 負(fù)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(biāo)識一臺主機(jī), 并通過路由表的方式規(guī)劃出兩臺主機(jī)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(fù)責(zé)兩臺主機(jī)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(jī)發(fā)送到目標(biāo)主機(jī).

應(yīng)用層: 負(fù)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(yuǎn)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

物理層我們考慮的比較少. 因此很多時候也可以稱為 TCP/IP四層模型.

一般而言

對于一臺主機(jī), 它的操作系統(tǒng)內(nèi)核實現(xiàn)了從傳輸層到物理層的內(nèi)容;

對于一臺路由器, 它實現(xiàn)了從網(wǎng)絡(luò)層到物理層;

對于一臺交換機(jī), 它實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)鏈路層到物理層;

對于集線器, 它只實現(xiàn)了物理層;

但是并不絕對. 很多交換機(jī)也實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層的轉(zhuǎn)發(fā); 很多路由器也實現(xiàn)了部分傳輸層的內(nèi)容(比如端口轉(zhuǎn)發(fā));

四、網(wǎng)絡(luò)傳輸基本流程

1.協(xié)議報頭

對于協(xié)議報頭，我們需要理解一下幾個方面：

1.協(xié)議每一層都有，而每一個協(xié)議最終表現(xiàn)就是協(xié)議都要有報頭

2.協(xié)議通常是通過協(xié)議報頭來進(jìn)行表達(dá)的

3.每一份數(shù)據(jù)最終在被發(fā)送者或者在不同的協(xié)議層中，都要有自己的報頭

我們以一個例子來進(jìn)行說明報頭，比如我們在網(wǎng)上買一個水杯，商家通過順豐快遞送到我家附件的順豐快遞點，當(dāng)我收到水杯的時候，就只有水杯中嗎？其實不是的，還有快遞的盒子，快遞單，其中快遞單就是所謂的報頭。報頭就是有一定的格式的，即有一定的協(xié)議，否則如果只在快遞單上面填入一串?dāng)?shù)字或者文字而沒有進(jìn)行說明，此時快遞點就無法進(jìn)行分辨快遞單上面的內(nèi)容，而制定一定的協(xié)議之后，所有的順豐快遞都能夠進(jìn)進(jìn)行辨認(rèn)。

2.局域網(wǎng)

1.兩臺局域網(wǎng)的主機(jī)能夠直接通信

2.局域網(wǎng)的通信原理

每一臺機(jī)器都有自己的“名字”，每一臺主機(jī)都有網(wǎng)卡，每一張網(wǎng)卡都有自己的地址，即MAC地址，MAC地址表明直接在局域網(wǎng)中的唯一性

局域網(wǎng)中的通信方式如下：

Mac1向Mac7發(fā)生吃了嗎，數(shù)據(jù)中會包含接收方的mac地址，數(shù)據(jù)發(fā)送到局域網(wǎng)中，局域網(wǎng)中的其他主機(jī)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的目的mac地址和自己的mac地址不符，此時就會忽略該"消息"。只有對應(yīng)的mac地址的主機(jī)才會接收。所以局域網(wǎng)中只允許一個主機(jī)在任何一個時刻在局域網(wǎng)中發(fā)送消息，否則就會發(fā)生碰撞，在局域網(wǎng)中稱為碰撞域

我們?nèi)绾慰创钟蚓W(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)資源：站在系統(tǒng)的角度–共享資源，臨界資源

局域網(wǎng)有：以太網(wǎng)，令牌環(huán)網(wǎng)和無限LAN

3.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(dá)目的主機(jī)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)議處理

下圖為數(shù)據(jù)封裝的過程

下圖為數(shù)據(jù)分用的過程

封裝和數(shù)據(jù)分用的過程

每一層從上到下數(shù)據(jù)包根據(jù)該層的協(xié)議進(jìn)行封裝，向上不斷的進(jìn)行解包和分用，最終將數(shù)據(jù)從一臺主機(jī)傳輸?shù)搅硪慌_主機(jī)上

報文 = 報頭 + 有效載荷

這里有兩個問題：

如何判斷哪里是報頭？哪里是有效載荷？

如何判斷自己的有效載荷要交給上層的哪一個協(xié)議呢

這是每一層協(xié)議都必須面對的問題，也都需要解決的，在每一層協(xié)議的報頭中，一定會涵蓋上面的所有信息，這是所有協(xié)議的共性

在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，我們可以認(rèn)為同層協(xié)議在直接通信，也可以理解稱為向下進(jìn)行交付，這是兩種不同的認(rèn)知

4.網(wǎng)絡(luò)傳輸流程圖

同一個網(wǎng)段內(nèi)的兩臺主機(jī)進(jìn)行文件傳輸

跨網(wǎng)段的主機(jī)的文件傳輸. 數(shù)據(jù)從一臺計算機(jī)到另一臺計算機(jī)傳輸過程中要經(jīng)過一個或多個路由器

我們知道一個設(shè)備至少要橫跨兩個網(wǎng)絡(luò)，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)報跨網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)->路由器必須至少要橫跨兩個網(wǎng)絡(luò)->路由器必須有兩個網(wǎng)絡(luò)接口

在路由器這里，先進(jìn)行解包，得到數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行重新封裝，這樣就屏蔽了網(wǎng)絡(luò)底層的差異，進(jìn)行跨網(wǎng)段傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸流程圖：

五、網(wǎng)絡(luò)中的地址管理

1.認(rèn)識IP地址

IP協(xié)議有兩個版本, IPv4和IPv6. 我們整個的課程, 凡是提到IP協(xié)議, 沒有特殊說明的, 默認(rèn)都是指IPv4

IP地址是在IP協(xié)議中, 用來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)的地址;

對于IPv4來說, IP地址是一個4字節(jié), 32位的整數(shù);

我們通常也使用 “點分十進(jìn)制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用點分割的每一個數(shù)字表示一個字節(jié), 范圍是 0 - 255;

2.認(rèn)識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, 及6個字節(jié). 一般用16進(jìn)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(jī)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)

3.理解IP地址和MAC地址的關(guān)系

計算機(jī)中有兩套地址，分別為IP地址和MAC地址，IP地址分為源IP和目的IP，回答了從哪里來，到哪里去的問題，為我們未來的每一個階段，提供方向目標(biāo)，方便進(jìn)行路徑選擇。而MAC地址是上一站從哪來，下一站去哪里，該類地址，一直在變化，提供了路徑選擇的可行性。比如西游記中唐僧說從東土大唐來，到西天去拜佛求經(jīng)。這里東土大唐就是源IP，西天就是目的IP。而路上經(jīng)過的黑風(fēng)嶺和火焰山則是MAC地址。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-778121.html

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