网络原理,网络通信以及网络协议

简介: 网络原理,网络通信以及网络协议

网络原理

概念

随着时代的发展,越来越需要计算机之间互相通信,共享软件和数据,即以多个计算机协同工作来完

成业务,就有了网络互连。

网络互连:将多台计算机连接在⼀起,完成数据共享。

根据网络互连的规模不同,可以划分为局域网和广域网。

网络通信

本质是⽹络数据传输,即计算机之间通过网络来传输数据.

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。

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。


网络通信

网络互连的目的是进行网络通信,也即是网络数据传输,更具体⼀点,是网络主机中的不同进程间,

基于⽹络传输数据。

那么,在组建的网络中,如何判断到底是从哪台主机,将数据传输到那台主机呢?这就需要使用IP地

址来标识。

IP地址

主要用于标识网络主机、其他网络设备(如路由器)的网络地址。简单说,IP地址用于定位主

机的网络地址

IP地址的格式: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,即a.b.c.d的形式(a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数)。

如:100.4.5.6

端口号

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

端口号的格式: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.


网络协议

概念

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。

协议(protocol)最终体现为在网络上传输的数据包的格式

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

TCP/IP协议五层模型

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。

  1. 应⽤层:负责应用程序间沟通(简单来说就是客户在网络上购物),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。
  2. 传输层:负责两台主机之间的数据传输(关注发货的起点和终点)。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。
  3. ⽹络层:负责地址管理和路由选择(发货起点到终点的路线规划)。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。路由器(Router)工作在网路层。
  4. 数据链路层:负责设备之间的数据帧的传送和识别(发货途中相邻两地的货物运输方式)。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。
  5. 物理层:负责光/电信号的传递方式(通信过程中的基础设施-纯硬件)。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。

网络设备分层

  • 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。

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。

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