网络基础

1、协议：

2、OSI 七层模型：

3、TCP/IP 五层 / 四层协议

3.1、为什么要有TCP / IP 协议？

3.1.1、主机之间变远产生的问题：

3.1.2、TCP/IP协议于操作系统的关系

4、局域网

4.1、Mac

4.1.1 在Linux内使用指令 ifconfig 进行Mac地址的查看

4.2、数据碰撞

4.3、封装与解包

5、跨网络传输与 IP

5.1 、在Linux内使用指令 ifconfig 进行Mac地址的查看

5.2 、路由器与跨网络传输

5.3、跨网络运输也需要从上到下的封装和解包

6、IP和Mac的区别

1、协议：

协议，一种约定，计算机之间的传输媒介是光信号和电信号，通过 "频率" 和 "强弱" 来表示 0 和 1 这样的信息，要想传递各种不同的信息, 就需要约定好双方的数据格式。

2、OSI 七层模型：

OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型，是一个逻辑上的定义和规范;
把网络从逻辑上分为了7层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机;
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;
它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整. 通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯;
但是, 它既复杂又不实用;

其实在网络的角度，OSI定的协议七层模型是非常完善的，但是在实际操作的过程中，会话层、表示层、是不可能接入到操作系统的，且会话层、表示层的模型构造十分的复杂，具体表现不能用一层来进行实现，内部还需要进行多次的分层结构。
所以最终在工程的实践中，最终落地的是五层协议。

3、TCP/IP 五层 / 四层协议

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。

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。

物理层我们考虑的比较少. 因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型。

一般而言：

对于一台主机, 它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容;
对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层;
对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层;
对于集线器, 它只实现了物理层;

但是并不绝对. 很多交换机也实现了网络层的转发; 很多路由器也实现了部分传输层的内容(比如端口转发);

3.1、为什么要有TCP / IP 协议？

首先，即使是单机，计算机的内部也是存在各种各样的协议，比如：其他设备和内存通信时会有内存协议；其他设备和磁盘进行通信，会有磁盘协议。

其次，网络通信的最大特点也是最大的问题：主机之间的距离变远了，任何通信特征的变化一定会带来新的问题，有问题就必须要解决问题，所以就需要产生新的协议。

3.1.1、主机之间变远产生的问题：

1、如何将数据发送到路由器？

2、如何把数据发送到对应的主机上？（网络上主机太多了，如何进行定位要发送到的主机？

3、数据发送后，如果丢失了怎么办？

4、发送数据只是手段，不是目的，使用数据才是目的？接收到数据的主机将如何处理数据？如何使用数据？

以上都需要使用协议进行解决，所以TCP/IP协议的本质就是一种解决方案，而为什么需要有TCP/IP协议的原因就是主机之间的距离变远了。

3.1.2、TCP/IP协议于操作系统的关系

在TCP/IP 协议的五层分层模型中，传输层和网络层都是在操作系统内部进行实现的，所以网络层和传输层都必须要遵守TCP/IP协议栈的规矩，即便是两个不同的操作系统，它们内部的传输层和网络层都必须要遵守TCP/IP协议，因为这事关之后的网络通讯、操作系统互相通讯的问题。

4、局域网

局域网（Local Area Network，简称LAN）是一种在有限区域内（如一个学校、一栋大楼、一个企业或一个家庭内部）将各种计算机、外设、数据库等互相连接起来，实现资源共享和信息交换的计算机网络。局域网具有覆盖范围小、传输速率高、误码率低、易于配置和管理等特点。

简单来说，局域网就是使用了同一个网络线路的，就是局域网

4.1、Mac

局域网是能够进行直接通信的，而在通信的过程中，每一台主机都需要有一个唯一的标识符：Mac

1、MAC地址（Media Access Control Address）是一个用于唯一标识网络上每个设备的物理地址

2、MAC地址是48位长的二进制数，以及6个字节，一般用16进制数字加锁冒号的形式来表示，例如：08：00：27：03：fb：19

3、在局域网中，当设备需要与其他设备通信时，它们会使用MAC地址来识别对方。

4、MAC地址主要用于局域网内的链路层通信，用来识别数据链路层中相连的节点;。当数据包从一台设备发送到另一台设备时，它们首先在局域网内使用MAC地址进行传输。

5、MAC地址是唯一的值，在出厂之前就设置好了，且是集成于网卡的，在计算机开机时，会根据协议将网卡内部的mac地址读取到操作系统中。

4.1.1 在Linux内使用指令 ifconfig 进行Mac地址的查看

4.2、数据碰撞

以太网中，任何时刻，只允许一台机器向网络中发送数据

如果有多台同时发送，会发生数据干扰，我们称之为数据碰撞

所有发送数据的主机要进行碰撞检测和碰撞避免，例如：例如让发送数据的主机进行一段时间的休眠，同时休眠的时候，可以让其他的主机进行数据的发送。

没有交换机的情况下，一个以太网就是一个碰撞域

局域网通信的过程中，主机对收到的报文确认是否是发给自己的，是通过目标Mac地址判定