网络通信基础

简介: 网络通信基础

一、IP地址


IP地址主要用于定位网络主机、其他网络设备(如路由器)的网络地址。

IP地址是一个32位的二进制数,通常被分割为4个“8位二进制数”(也就是4个字节),如:

01100100.00000100.00000101.00000110。通常用“点分十进制”的方式来表示,如:


二、端口号

IP地址解决了网络通信时,定位网络主机的问题,但是还存在一个问题,传输到目的主机后,由哪个进

程来接收这个数据呢?这就需要端口号来标识。

在网络通信中,IP地址用于标识主机网络地址,端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简

单说:端口号用于定位主机中的进程。端口号是0~65535范围的数字,在网络通信中,进程可以通过绑定一个端口号,来发送及接收网络数据。

注意:两个不同的进程,不能绑定同一个端口号,但一个进程可以绑定多个端口号


三、关于协议

有了IP地址和端口号,可以定位到网络中唯一的一个进程,但是,网络通信是基于二进制

0/1数据来传输,网络通信传输的数据类型可能有多种:图片,视频,文本等。同一个类型的数据,格式可能也不同,所以基于网络数据传输,需要使用协议来规定双方的数据格式。

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。协议最终体现为在网络上传输的数据包的格式。


四、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

可以在cmd中,输入 netstat -ano 查看网络数据传输中的五元组信息:


5c83b641391c4fd1a3f7259beef020b1.png


五、协议分层

分层的作用

对于网络协议来说,往往分成几个层次进行定义。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。

OSI七层模型

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(或四层)模型来实现。


TCP/IP五层(或四层(不算物理层))模型

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。

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。

网络设备所在分层

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,也即是TCP/IP五层模型的下四层

对于一台路由器,它实现了从网络层到物理层,也即是TCP/IP五层模型的下三层

对于一台交换机,它实现了从数据链路层到物理层,也即是TCP/IP五层模型的下两层

对于集线器,它只实现了物理层

注意我们这里说的是传统意义上的交换机和路由器,也称为二层交换机(工作在TCP/IP五层模型的下两层)、三层路由器(工作在TCP/IP五层模型的下三层)。随着现在网络设备技术的不断发展,也出现了很多3层或4层交换机,4层路由器。我们以下说的网络设备都是传统意义上的交换机和路由器。


六、关于封装和分用


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)。


应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装(Encapsulation)。


首部信息中包含了一些类似于首部有多长,载荷(payload)有多长,上层协议是什么等信息。

数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部,根据首部中的 "上层协议字段" 将数据交给对应的上层协议处理,这就称为分用


关于分用就是上述封装的反过程,从下到上,层层解析。


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