计算机网络——初识网络

一、局域网与广域网

1.局域网（LAN）

局域网：即Local Area Network，简称LAN。Local即标识了局域⽹是本地，局部组建的⼀种私有⽹络。局域⽹内的主机之间能⽅便的进⾏⽹络通信，⼜称为内⽹；局域⽹和局域⽹之间在没有连接的情况下，是⽆法通信的。以下是实现局域网的几种方式：

（1）基于网线直接连接，如图1.1.1所示：

（2）基于集线器组建，如图1.1.2所示：

要注意的是，集线器是把一个网口扩展成多个，扩展出的网口之间会有冲突，所以同一时刻只有一条路能通，相比之下，交换机则是扩展出这些路线，各个网口之间互不影响。

（3）基于交换机组建，如图1.1.3所示：

（4）基于交换机和路由器组建，如图1.1.4所示：

2.广域网（WAN）

广域网：即Wide Area Network，简称WAN。通过路由器，将多个局域⽹连接起来，在物理上组成很⼤范围的⽹络，就形成了⼴域⽹。⼴域⽹内部的局域⽹都属于其⼦⽹。其大致的实现逻辑可参考图1.2所示的方式：

二、网络通信基础

1.IP地址

IP地址描述了一个设备在网络上的位置，在生活中，我们地址的地址例如：XXX省XXX市XXX区XXX小区这样来进行描述，在计算机中则是通过数字来进行描述地址（IP地址），IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割成4个“8位二进制数”（也就是4个字节），为了方便表示，往往把IP地址表示成“点分十进制”的方式，使用3个.把四个字节分成四部分，每部分取值范围是0~255。例如：192.168.0.100。

2.端口号

IP地址描述了主机在网络中的位置，那么端口号则是描述一个主机上的哪个应用程序，有了IP地址可以确定主机，但是一个主机上可以存在很多个程序在使用网络，这时候当主机收到网络数据时就需要区分出这个网络数据是要交给哪个应用程序的，这就像发送快递时，我们不仅需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收获人（端口号）。

每个程序在进行网络通信过程中都有一个端口号，这个端口号可以是用户手动指定，也可以系统自动分配，但是一个主机上程序之间的端口号不能冲突，这个端口号是一个0~65535的整数。

3.认识协议

在有了IP地址与端口号后，我们可以确定网络中唯一的主机的唯一程序（进程），但是还是存在一个问题，网络通信是基于二进制0/1数据来传输的，如何描述对方我们发送的数据是什么样的呢？

网络通信传输的数据类型有很多种：图片、音乐、视频、文本等，同一个类型数据格式也可能不同，这时候就需要协议来规定双方在网络传输过程中的数据格式了。

协议：⽹络协议的简称，⽹络协议是⽹络通信（即⽹络数据传输）经过的所有⽹络设备都必须共同遵从的⼀组约定、规则。如怎么样建⽴连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。

例如市面上有很多不同形状的灯管，但是他们和灯座上的接口是一定能对应上的，这是因为所有生产灯管的厂商都统一遵循灯管与灯座之间的规格，所以可以确保任意灯管与灯座之间的搭配是可行的，这就是现实生活中协议的一种体现。

4.网络通信五元组

在TCP/IP协议中，⽤五元组来标识⼀个⽹络通信：

        1. 源IP：标识源主机。

        2. 源端⼝号：标识源主机中该次通信发送数据的进程。

        3. ⽬的IP：标识⽬的主机。

        4. ⽬的端⼝号：标识⽬的主机中该次通信接收数据的进程。

        5. 协议号：标识发送进程和接收进程双⽅约定的数据格式。

三、协议分层

1.分层的好处

对于⽹络协议来说，往往分成⼏个层次进⾏定义。分层的初心是为了让复杂的一个协议变成简单的多个协议，并且还附带了很多好处：

上层协议直接使用下层协议即可，不需要了解下层协议的细节；

例如这里我们打电话，我们只要会说汉语就可以，并不需要了解电话的工作原理。

某一层的协议进行替换之后，对于其他层没有什么影响。

例如下图，当我们语言协议发生变化，或者电话协议发生变化，并不会影响我们的使用

2.OSI七层模型

OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连

OSI 七层⽹络模型是⼀个逻辑上的定义和规范：把⽹络从逻辑上分为了7层。
OSI 七层模型是⼀种框架性的设计⽅法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输；

OSI七层模型划分为以下七层：

OSI 七层模型既复杂⼜不实⽤：所以OSI七层模型没有落地实现。实际组建⽹络时，只是以OSI七层模型设计中的部分分层，也即是以下TCP/IP五层模型来实现。

3.TCP/IP五层模型

TCP/IP是⼀组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。TCP/IP通讯协议采⽤了5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。

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。
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。
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。
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。
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。