[网络原理]关于网络的基本概念及协议

news2024/9/21 10:33:15

文章目录

一. 关于网络的概念介绍
- 1. 局域⽹LAN
- 2. ⼴域⽹WAN
- 3. 主机
- 4. 路由器
- 5. 交换机
- IP地址
- 端口号
二. 协议
- 协议分层
- TCP/IP五层模型(或四层)
- OSI七层模型
- 封装分用

一. 关于网络的概念介绍

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。

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。
全世界现在最大的广域网, 就叫做The Internet, 万维网

3. 主机

简单来说, 就是上网的设备, 包括电脑, 手机…其他设备

4. 路由器

用来组建网络的重要设备
一个路由器上有一个WAN口和若干个LAN口
LAN口用来连接自己的主机
WAN口用来连接运营商自己的路由器
这个路由器上面也有一个WAN口和若干个LAN口, WAN再用来连接更大的路由器
这样, 就把越来越多的设备组件到网络中了
此时, 自己买的路由器和主机就构成了一个局域网
在这里插入图片描述

5. 交换机

也是一个重要的网络设备
路由器虽然有很多网口, 可以让你插网线, 但是实际上, 路由器上的口可能不够用
此时就可以通过使用交换机, 对LAN接口进行拓展

IP地址

表示网络上的一个设备的位置
通过这个位置找到这个设备, 可以进行进一步通信
IP地址, 其实是32为的整数, 就是4个字节的数字
往往使用"点分十进制"方式来表示IP地址
使用3个. 把上述IP地址分成4哥部分, 每个部分一个字节, 表示范围是0-255

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端口号

表示一个主机上的不同应用程序
要求每个程序, 在启动的时候, 就需要关联(也可以叫绑定)上一个和别人不重复的端口号

有的程序, 是有固定端口号的
例如: http服务器, 80 ssh服务器 22…, 这些知名的端口号一共有1024个
但是这些端口号, 对我们来说只是建议, 比如我们弄一个http服务器, 可以使用80, 也可以使用别的

二. 协议

协议, 就是一种约定, 通信双方, 对于通信规则的约定
协议, 可以认可面非常广, 也可以是认可面不广的

协议分层

网络通信, 是一个非常复杂的事情, 这个过程中涉及到很多细节
如果使用一个协议来约定上述所有的细节, 这个协议就会非常庞大, 非常复杂
此时, 就可以把一个功能复杂的协议, 拆分成多个功能单一的协议

协议分层, 就是把很多协议, 按照功能分成不同的层级, 每个层级都有对应的主线任务
上层协议会调用下层协议的功能, 下层协议给上层协议提供服务

分层的好处:
分层最⼤的好处，类似于⾯向接⼝编程：定义好两层间的接⼝规范，让双⽅遵循这个规范来对接。
在代码中，类似于定义好⼀个接⼝，⼀⽅为接⼝的实现类（提供⽅，提供服务），⼀⽅为接⼝的使⽤
类（使⽤⽅，使⽤服务）：
• 对于使⽤⽅来说，并不关⼼提供⽅是如何实现的，只需要使⽤接⼝即可
• 对于提供⽅来说，利⽤封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接⼝即可。

当前网络, 就有很多协议, 这些协议就是按照一定的分层规则组织起来的

TCP/IP五层模型(或四层)

就是真实世界中采取的网络分层模型, 咱们接触到的网络, 大部分都是TCP/IP模型

物理层
就是硬件层面上的相关约定
数据链路层
关注的是, 通信过程中, 两个相邻的节点之间的通信
网络层
关注的是, 通信中, 通信路径的规划, 规划出的路径, 就决定了要经过哪些结点
传输层
关注的是通信双方的起点和终点
应用层
和具体的应用程序直接相关, 传输的数据是干啥用的, 如何使用…

举例:
我要在网上买卫生纸
我要怎么使用卫生纸 ---- 应用层
我和商家都要提供各自的地址和电话 ---- 传输层
快递公司, 根据快的目的地, 分配搭配不同的运输路线上 ---- 网络层
假设快递是从北京发杭州, 中间可能会经过上海, 那么从北京到上海可能是铁路运输, 从上海到杭州可能轮船运输, 只关注两个相邻节点之间的通信 ---- 数据链路层

如果说成是四层模型, 就是不算物理层

OSI七层模型

这种模型, 只存在于教科书上, 客观世界不存在
比TCP/IP五层模型, 多了表示层和会话层
在TCP / IP五层模型中, 应用层, 表示层, 会话层都合并成应用层

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笔试题:
路由器工作在协议中的那一层?
交换机工作在协议中的那一层?
如果是在考试卷子上, 就是指经典的路由器交换机
路由器工作在网络层
交换机工作在数据链路层
但是在真实世界中, 现在的路由去交换机功能越来越多, 甚至有的路由器交换机能工作在应用层

封装分用

协议的层和层之间
上层协议用调用下层协议
上层协议给上层提供服务

通过一个例子来理解:
假设A通过qq给B发送hello

第一层: 应用层
qq中就有应用层的网络协议
假设这个协议就是约定了数据按照什么格式来组织
网络上传输的数据, 本质上是二进制的字符串, 因此就要把要传输的发送人, 接收人, 消息时间, 消息内容…这些结构化的数据组织成一个字符串中, 按照协议里规定的格式来组织

结构化数据 --> 字符串这个过程称为**“序列化”**
字符串 --> 结构化数据这个过程称为**“反序列化”**

A在聊天窗口中, 输入hello, 点击发送, qq应用程序, 首先就把上述要传递的内容, 组织成**“应用层数据包”**
假设是这样组织的:
发送人qq号, 接收人qq号, 发送时间, 消息正文\n
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接下来, 应用层要调用传输层提供的api, 就把刚才的应用层数据交给了传输层(进入到系统内核了)

第二层: 传输层
传输层拿到应用层数据包后, 就会把这个数据包进行进一步封装, 构造成数据层传输包
在传输层, 典型有两个协议, TCP, UDP
此处假设用UDP来作为传输协议
UDP会给数据加上报头, 报头中放的是UDP相关的属性(比如发件人和收件人的端口号, 就在UDP报头中)
在这里插入图片描述
传输层构造好数据包之后, 就会继续把数据包交给网络层(传输层会调用网络层提供的api, 这个调用过程, 都是系统内核自行负责的, 程序猿感知不到)

第三层: 网络层
网络层拿到传输层数据包后, 就会把这个数据包进行进一步封装, 构造成IP传输包
典型的协议就是IP协议
IP协议也会给数据包加上IP报头, 存放的是IP地址(这里就包含了收件人和发件人的IP地址)
在这里插入图片描述
网络层构造好数据包之后, 就会继续把数据包交给数据链路层(网络层会调用数据链路层提供的api, 这个调用过程, 都是系统内核自行负责的, 程序猿感知不到, 这里的api, 往往是网卡的驱动程序提供的)