計算機網絡基礎概論

目錄

一、網絡基本概念

1.1. 網絡

1.2 互聯網

1.3 ip地址

1.3.1 作用

1.3.2 分類

1.4 MAC地址

1.4.1 MAC地址與 IP 地址的關系

?1.5 網絡協議

二、網絡分層模型

2.1 物理層

2.2 數據鏈路層

2.3 網絡層

2.4 傳輸層

2.5 會話層

2.6 表示層

2.7 應用層

三、網絡應用程序通信流程

---

一、網絡基本概念

1.1. 網絡

網絡是由若干結點和連接這些結點的鏈路組成，網絡中的結點可以是計算機，交換機，路由器等設備

網絡設備有：交換機，路由器，集線器

傳輸介質：雙絞線，同軸電纜，光纖

1.2 互聯網

多個網絡連接起來就構成了互聯網

目前最大的互聯網就是我們說的英特網

1.3 ip地址

ip地址即互聯網協議地址。就是給因特網上的每個主機或路由器的每個接口分配一個在全世界范圍內唯一的標識符。通過ip地址我們可以在英特網上很方便的進行尋址，是網絡通信的基礎

1.3.1 作用

• 標識設備：如同現實中每個家庭有唯一住址，網絡中每個設備（計算機、服務器、路由器等 ）都有唯一 IP 地址，確保數據能準確發送到目標設備 。比如發送電子郵件時，郵件服務器根據收件方設備 IP 地址傳輸郵件 。
• 路由選擇：路由器依據 IP 地址決定數據包傳輸路徑。數據包從源設備出發，經多個路由器轉發，路由器根據目的 IP 地址查找路由表，選擇最佳路徑轉發，直至到達目標設備 。

1.3.2 分類

• IPv4：常用的 32 位地址，一般用點分十進制表示，如?192.168.1.1?，分成 4 個字節，每個字節對應 0 - 255 的十進制數。
• IPv6：為解決 IPv4 地址不足問題而設計的 128 位地址，采用冒號分隔的十六進制表示，如?2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334?。地址空間極大，理論上能為地球上每平方米分配眾多地址 。

?每個ip地址由網絡號和主機號倆個部分組成。同一個物理網絡上所有主機都使用同一個網絡號，只是主機號不同。默認都使用ipv4，32位，4個段，每段8位

1.4 MAC地址

在局域網中，硬件地址稱為物理地址又稱MAC地址，長度48位，是固化在計算機適配器的ROM中的地址。通常用十六進制表示，如00-16-3E-00-01-02。

在數據鏈路層，MAC 地址用于唯一標識網絡中的設備。當數據在局域網中傳輸時，交換機等設備通過 MAC 地址來確定數據的發送和接收方，確保數據能夠準確無誤地到達目標設備

1.4.1 MAC地址與 IP 地址的關系

• 區別：IP 地址是網絡層的邏輯地址，用于在不同網絡之間進行路由選擇和尋址；MAC 地址是數據鏈路層的物理地址，用于在局域網內進行設備間的直接通信。IP 地址可以根據網絡配置和需求進行動態分配或更改，而 MAC 地址一般是固定不變的。
• 聯系：在網絡通信中，IP 地址和 MAC 地址相互配合。當數據從源設備發送到目標設備時，在網絡層使用 IP 地址進行路由選擇，確定數據要經過的路由器和網絡路徑；在數據鏈路層，使用 MAC 地址將數據幀從一個設備發送到另一個直接相連的設備。例如，在一個局域網中，計算機 A 要向計算機 B 發送數據，首先根據計算機 B 的 IP 地址，通過路由器等設備找到計算機 B 所在的局域網，然后在局域網內通過計算機 B 的 MAC 地址將數據幀準確發送到計算機 B。

?1.5 網絡協議

網絡協議就是一組網絡規則的集合。

HTTP:超文本傳輸協議

TCP：傳輸控制協議，是一種面向連接的，可靠的，基于字節流的傳輸層通信協議

UDP：用戶數據報協議

IP：互聯網協議

ARP：地址解析協議，根據IP地址獲取MAC地址的協議

RARP：逆地址解析協議

二、網絡分層模型

2.1 物理層

功能：傳輸原始比特流0/1.將數字信號轉換為適合在物理介質上傳輸的模擬信號，或者將收到的模擬信號轉化為數字信號。主要負責處理物理介質上的信號傳輸，包括電纜，光纖，無線等傳輸介質。他定義了物理設備的電器，機械，功能和規程特性，確保數據能在物理介質上正確的傳輸和接收。

設備：集線器，中繼器

2.2 數據鏈路層

功能：負責將物理層接收到的信號比特流轉化為數據幀，并進行差錯檢測和糾正，確保數據在相鄰節點之間的可靠傳輸。通過MAC地址來標識網絡中的設備在數據幀中添加源MAC地址和目的MAC地址，以便在局域網中進行數據幀的傳輸和接收。

設備：交換機，網橋

2.3 網絡層

功能：負責在不同網絡之間進行路由選擇和尋址，將數據從源端傳輸到目的端。它會根據網絡的拓撲結構（網絡的布局）選擇最佳路徑，就像地圖上的導航系統。（通過網絡地址ip地址來標識網絡中的設備并根據路由表確定數據包的傳輸路徑）

最核心的協議是ip協議，為他選擇一個合適的路由器。ip協議為上層協議提供無狀態，無連接，不可靠的服務

設備：路由器

2.4 傳輸層

功能：為應用程序提供端到端的通信服務，確保數據在不同主機上的應用程序之間的可靠傳輸。它負責建立、維護和拆除傳輸連接，并對數據進行分段和重組。

根據應用程序的需求，為應用層提供選擇合適的傳輸協議，如 TCP（面向連接、可靠的傳輸協議）或 UDP（無連接、不可靠的傳輸協議）。對于 TCP 協議，會在發送端將數據分成多個段，并為每個段編號，在接收端根據編號進行排序和重組；通過確認、重傳機制保證數據的可靠傳輸。UDP 協議則相對簡單，主要用于對實時性要求較高的應用，如視頻流、音頻流等

2.5 會話層

功能：負責建立、管理和維護會話連接，在不同主機的應用程序之間進行會話同步和協調。它提供了會話的建立、拆除和同步等功能，確保會話的正常進行。

例如，在文件傳輸過程中，會話層可以確保文件的各個部分按照正確的順序傳輸，并且在傳輸過程中出現問題時能夠進行適當的恢復。它還可以在會話期間對數據進行加密和解密，以保證數據的安全性。

2.6 表示層

功能：主要負責處理數據的表示和轉換，確保不同系統之間能夠正確地理解和處理數據。它包括數據的加密和解密、壓縮和解壓縮、格式轉換等功能。

2.7 應用層

功能：這是最接近用戶的層次。為用戶提供直接的網絡服務接口，是用戶與網絡之間的接口層。它包含了各種應用程序協議，如 HTTP（用于網頁瀏覽）、SMTP（用于電子郵件發送）、DNS（用于域名解析）等，不同的應用層協議為不同的網絡應用提供支持。

OSI 七層模型的每一層都為上一層提供服務，并依賴下一層的服務來實現自身功能，各層之間相互協作，共同完成網絡通信的任務。

三、網絡應用程序通信流程

應用程序A將數據hello傳給網絡上另一臺主機上的程序B，數據從應用層發送給傳輸層，傳輸層在數據前加上tcp協議或者udp協議的報頭，將整條報文發送給網絡層，網絡層添加自己的ip報頭，再將整條數據發送給數據鏈路層，數據鏈路層將數據分裝成能再網絡中國獨立傳輸的數據單元，即數據幀。封裝好的數據幀通過網絡傳輸到另一臺主機，然后從下層依次拆包，將數據部分送往應用層，應用層B就得到了hello。