网络基础

文章目录

- 网络发展
- 协议
- 网络分层结构
- 局域网通信
- IP地址和MAC地址

网络发展

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
因为人和人之间数据要互相协作，所以网络的出现是必然的，同时随着网络发展，必然会产生新的物理级别的设备

协议

"协议"是一种约定，计算机协议就是计算机之间的约定，目的是减少通信时的沟通成本

网络分层结构

软件分层
软件分层是一种常用的组织代码的方式，它将一个软件系统分解成多个层次，每个层次都有自己的职责和功能。层与层之间是松耦合的，可以随时替换，方便维护。
网络分层(为什么要存在网络协议？为什么要协议分层？)
因为互联网通信双方的距离变远了，必定会引发新的问题：
1.如何使用数据的问题
2.可靠性问题(数据丢包或顺序不一致)
3.主机定位的问题
4.数据包局域网转发的问题
为了解决这些问题，有人提出了网络协议，所以网络协议本质是一个解决方案，如何衡量一个方案的好与坏？好的方案一定要方便维护且可扩展，所以网络协议就是层状结构
OSI七层模型

分层名称	功能	每层功能概览
应用层	针对特性应用的协议	针对每个应用的协议
表示层	备固有数据格式和网络标准数据格式的转换	接收不同表现形式的文件，如文字流、图像、声音等
会话层	通信管理。负责建立和断开通信连接。管理传输层以下的分层	何时建立连接，合适断开连接以及保持多久的连接
传输层	管理两个节点之间的数据传输负责可靠传输（确保数据被可靠的传送到目标地址）	是否有数据丢失
网络层	地址管理与路由选择	经过哪个路由传递到目标地址
数据链路层	互联设备之间传送和识别数据帧	数据帧与比特流之间的转换
物理层	用‘0’和‘1’表示高低电压,灯光的闪灭	比特流与电子信号的转换、连接器与网线的规格

因为OSI七层模型复杂又不实用，所以实际中用的是TCP/IP五层(或四层)模型

TCP/IP五层模型

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)工作在物理层.
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(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、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. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层.
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的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层.
传输层: 负责两台主机之间的数据传输. 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，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

在这里插入图片描述
互联网因为通信双方距离变远，引发的问题：
1.如何使用数据的问题 ------ 应用层
2.可靠性问题(数据丢包或顺序不一致) ------ 传输层
3.主机定位的问题 ------- 网络层
4.数据包局域网转发的问题 ------- 数据链路层

物理层我们考虑较少，因此很多时候也可以称为TCP/IP四层模型

网络和OS之间的关系

在这里插入图片描述

windows和linux操作系统在系统上可能有很多差别，但在网络上，双方必须使用相同的数据类型，所以经过传输，对方一定认识每个字段的大小，含义，这样不同系统之间就可以进行网络通信了。
世界上所有的操作系统只要想入网，就必须遵守TCP/IP协议，保证不同主机之间的数据通信
所以站在语言角度，协议就是双方都能识别的结构体数据类型

局域网通信

局域网中的任意两台主机可以直接通信
每台主机都有网卡，每张网卡都有自己的地址，即MAC地址，MAXC地址标示网卡的唯一性

以太网
任何时刻只允许一台主机在局域网中发送消息，通过碰撞域和碰撞检测来完成通信的。

OS和网络一统：局域网是一个临界资源

应用层数据通过协议栈发送到网络上时，报文不断被自顶向下交付的过程中，要添加每一层的协议报头，叫做封装。
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)。
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解包和分用：任何协议(特殊情况暂不考虑)