網絡通信的基本概念與設備

一、互聯網

二、JAVA跨平臺與C/C++的原理

1、JAVA跨平臺的原理

2、C/C++跨平臺的原理

三、網絡互連模型

四、客戶端與服務器

五、計算機之間的通信基礎

1、IP地址與MAC地址

2、ARP與ICMP對比

①ARP協議（地址解析協議）

②ICMP協議（互聯網控制報文協議）

六、計算機之間的連接方式

1、集線器（Hub）

2、網橋

3、交換機

4、路由器

????????數據是如何從一個設備傳遞到另一個設備的？這一切都是由網絡協議來規定的。沒有網絡協議，就沒有今天的互聯網。互聯網、移動互聯網、物聯網，都離不開網絡協議，為了滿足各種需求，有各式各樣的網絡協議（HTTPS、SMTP、MQTT、RTMP等）。

一、互聯網

互聯網如何工作？

以訪問網站為例，互聯網的運作流程如下：

?????????輸入網址：在瀏覽器輸入 https://www.example.com。

?????????DNS解析：將域名轉換為對應的IP地址（如 93.184.216.34）。

?????????建立連接：通過TCP協議與目標服務器三次握手，建立可靠連接。

?????????發送請求：HTTP協議向服務器請求網頁數據。

?????????數據傳輸：數據被拆分為“數據包”，經路由器逐跳轉發到目標服務器。

?????????服務器響應：服務器返回HTML、CSS、JavaScript等文件，瀏覽器渲染頁面。

二、JAVA跨平臺與C/C++的原理

1、JAVA跨平臺的原理

JVM（Java Virtual Machine）：Java虛擬機

·JAVA的跨平臺：一次編譯，到處運行編譯

·生成跟平臺無關的字節碼文件（文件）?

·由對應平臺的解析字節碼為機器指令（01010）

? ? ? ? ? 編譯 ? ? ? ? ? ? ? ?加載 ? ? ? ?Window/Mac/Linux

*.java-------> ?*.class ---------> ??JVM-->機器指令

注意：

如果代碼有語法錯誤，將編譯失敗，并不會生成字節碼文件

那就不會去運行一個程序。最后導致程序運行失敗

2、C/C++跨平臺的原理

C/C++的跨平臺：使用平臺相關的編譯器生成對應平臺的可執行文件

三、網絡互連模型

什么是協議？

????????協議（Protocol）是計算機或設備之間通信時遵循的規則和標準，定義了數據如何傳輸、格式如何組織、錯誤如何處理等，確保不同系統能正確交互。它類似于人類交流中的“語言”和“禮儀”，是數字世界協同工作的基礎。為了更好地促進互聯網絡的研究和發展，國際標準化組織 ISO 在 1985 年制定了網絡互連模型-->OSI 參考模型（Open System Interconnect Reference Model），具有 7 層結構。

按功能分層：

具體分層內容：

協議如何工作？

以發送郵件為例

?????????用戶寫郵件：在客戶端（如Outlook）輸入內容，點擊“發送”。

? ? ? ? 應用層協議（SMTP）：將郵件內容按SMTP格式封裝（包括發件人、收件人）。

?????????傳輸層協議（TCP）：將數據拆分為“段”，通過三次握手建立可靠連接。

?????????網絡層協議（IP）：添加源IP和目標IP地址，將數據包路由到郵件服務器。

?????????物理層：通過光纖/電纜將電信號傳輸到目標服務器。

?????????收件方：服務器按協議反向解析數據，最終將郵件投遞到收件人郵箱

??四、客戶端與服務器

客戶端：????請求服務的終端??? ?-->?主動發起請求

??服務器??：??提供服務的終端??? -->??被動響應請求

請求過程

客戶端發送數據（自上而下封裝）?

①應用層：

生成原始數據（如HTTP請求：“獲取首頁內容”）。

添加應用層協議頭（如HTTP頭部：GET /index.html）。

②傳輸層：

將數據分割為“段”（Segment），添加端口號（如目標端口80）。

TCP協議附加序列號、校驗和（確保可靠傳輸）。

③網絡層：

封裝為“數據包”（Packet），添加源IP和目標IP地址（如客戶端IP 192.168.1.2 → 服務器IP 93.184.216.34）。

④數據鏈路層：

封裝為“幀”（Frame），添加MAC地址（如客戶端MAC 00:1A:2B:3C:4D:5E → 路由器MAC）。

⑤物理層：

將幀轉換為比特流（電信號/光信號），通過網線或無線傳輸。

服務器接收數據（自下而上解封裝）?

①物理層 → 數據鏈路層：

接收比特流，轉換為幀，校驗MAC地址是否匹配。

②數據鏈路層 → 網絡層：

剝離MAC頭部，檢查IP地址是否為服務器自身IP。

③網絡層 → 傳輸層：

剝離IP頭部，根據端口號（如80）將數據交給對應服務（如Web服務器）。

④傳輸層 → 應用層：

TCP重組數據段（按序列號排序），校驗完整性，最終傳遞原始HTTP請求到應用層。

⑤應用層處理：

解析HTTP請求，生成響應（如返回HTML文件），反向封裝并發送回客戶端。

總結：

????????客戶端與服務器的本質區別在于??服務方向??（請求 vs 響應），而非物理形態。當你在手機上滑動屏幕時——指尖觸發客戶端代碼生成請求，跨越層層協議棧抵達云端服務器，CPU執行微秒級的計算，再將結果穿透無數路由器精準返回，整個過程就像一場由協議導演、數據擔綱主角的環球接力賽。

五、計算機之間的通信基礎

1、IP地址與MAC地址

IP地址是通信的起點：計算機需先獲取目標設備的IP地址（通過DNS解析、手動輸入等方式），這是跨網絡尋址的基礎。

最終是根據MAC地址（網卡地址），輸送數據到網卡，被網卡接收

?目標MAC匹配：若數據幀的MAC地址與網卡自身地址一致，網卡將數據上傳至網絡層（如IP協議）處理。

?目標MAC不匹配：若MAC地址不匹配，網卡直接丟棄數據，避免無關流量占用系統資源。

關鍵設備：

?交換機：基于MAC地址轉發數據（數據鏈路層）。

?路由器：基于IP地址跨網絡路由（網絡層）。

?網關：協議轉換（如連接IPv4和IPv6網絡）。

應用場景：

設備A（IP: 192.168.1.20）向設備B（IP: 192.168.1.21）發送數據：

????????設備A檢查本地ARP緩存表，若未找到B的MAC地址，發送ARP廣播請求。

????????設備B響應ARP請求，返回自己的MAC地址。

????????設備B檢查本地ARP緩存表，若未找到A的MAC地址，發送ARP廣播請求。

????????設備A響應ARP請求，返回自己的MAC地址。

????????設備A將數據封裝為幀（目標MAC=設備B的MAC），通過交換機發送。

????????設備B的網卡檢測到目標MAC匹配，接收數據并上傳至網絡層處理。

總結流程：

①IP地址的獲取：

用戶通過域名（如 www.example.com）訪問資源時，需先通過DNS協議將域名解析為IP地址。

若目標設備在局域網內，可直接通過ARP協議獲取其MAC地址（無需經過路由器）。

②IP地址 → MAC地址的轉換：

通過ARP協議（Address Resolution Protocol）廣播查詢目標IP對應的MAC地址。

目標設備響應ARP請求，返回自身MAC地址，并存儲在本地ARP緩存表中。

③數據封裝與傳輸：

數據在網絡層封裝為IP數據包（包含源/目標IP地址）。

在數據鏈路層封裝為以太網幀（添加源/目標MAC地址）。

通過物理介質（網線、光纖等）傳輸到目標設備的網卡。

④網卡對數據幀的校驗：

網卡檢查幀頭中的目標MAC地址：

? ·匹配：拆解幀，將IP數據包傳遞給網絡層協議。

? ·不匹配：直接丟棄，不進行后續處理。

2、ARP與ICMP對比

①ARP協議（地址解析協議）

定義與作用：

????????ARP（Address Resolution Protocol）用于將網絡層的IP地址解析為數據鏈路層的MAC地址，使得同一局域網內的設備能夠直接通信。

工作原理：

ARP請求（廣播）：當設備A需要與設備B通信，但不知道B的MAC地址時，會發送一個廣播ARP請求，包含目標IP地址。

ARP響應（單播）：設備B收到請求后，若IP匹配，則回復一個單播ARP響應，包含自己的MAC地址。

緩存機制：設備A將B的IP-MAC映射存入本地ARP緩存表（通常有效期幾分鐘），減少重復請求。

②ICMP協議（互聯網控制報文協議）

定義與作用：

????????ICMP（Internet Control Message Protocol）用于傳遞網絡控制信息，如錯誤報告、狀態查詢，幫助診斷網絡問題。

工作原理：

封裝在IP數據包中（協議號1），不直接關聯傳輸層（如TCP/UDP）。

設備根據ICMP報文類型執行操作，例如：

???·目標不可達（類型3）：路由器無法轉發數據包時發送。

?? ·超時（類型11）：數據包TTL歸零時觸發。

?? ·回顯請求/應答（類型8/0）：用于ping命令測試連通性。