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系列專欄:xiaoxie的計算機網絡學習系列專欄——CSDN博客●'?'σσ??
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目錄

?編輯?一.網絡初識

1.核心概念

1.局域網 vs 廣域網

1.連接方式

2.傳輸速度

3.IP地址

2.路由器 vs 交換機

1.交換機：

3.IP地址 vs 端口號

1.IP地址：

2.端口號：

4.協議

1.協議分層

?2.協議分層的好處

1.起到了封裝的效果

2.解耦合的效果

?5.OSI七層模型 vs TCP / IP 五層/四層 模型

?6.協議的層與層之間是如何配合工作的.

1.封裝

1.應用層?

?2.傳輸層

?3.網絡層

4.數據鏈路層

5.物理層

2.分用 (B)

1.物理層

2.數據鏈路層

?3.網絡層

4.傳輸層

5.應用層

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?一.網絡初識

1.核心概念

1.局域網 vs 廣域網

• 局域網 (LAN)：范圍相對較小，通常局限在一個小的區域內，如辦公室、學校、家庭或一個園區內，最大距離一般不超過幾千米。局域網的設計目的是為了在近距離內實現高速數據傳輸和資源共享。
• 廣域網 (WAN)：覆蓋范圍廣泛，可以跨越城市、國家乃至全球。廣域網連接不同地理位置的局域網，使得這些分散的網絡能夠相互通信，其距離可以達到數千公里。

1.連接方式

• 局域網：主要通過以太網線、Wi-Fi 或其他短距離無線技術連接，使用交換機作為中心節點來連接網絡中的設備。
• 廣域網：通過路由器將多個局域網連接起來，利用電話線、光纖、衛星、微波等長距離傳輸技術。

2.傳輸速度

• 局域網：由于距離短，通常提供更快的數據傳輸速率，例如100Mbps至10Gbps或更高。
• 廣域網：由于傳輸距離遠，數據傳輸速率通常較慢，雖然現代技術如光纖可以提供高速率，但整體上仍不如局域網快。

3.IP地址

• 局域網：使用私有IP地址空間，可以在不同局域網內部重復使用。通過NAT（網絡地址轉換）技術訪問互聯網。
• 廣域網：每臺直接連接到廣域網的設備都需要一個全局唯一的公有IP地址以便在互聯網上識別和通信。

2.路由器 vs 交換機

1.交換機：

• 主要工作在數據鏈路層（OSI模型的第二層），用于局域網（LAN）內部的設備連接。
• 通過學習連接設備的MAC地址來進行數據幀的轉發，使不同設備之間可以高效地通信。
• 交換機可以分割沖突域，但傳統的交換機不能分割廣播域，意味著廣播信息會在同一廣播域內傳播。
• 適用于構建和管理一個網絡內的直接連接，提高局域網內部數據傳輸速度。

2.路由器：

• 工作在網絡層（OSI模型的第三層），不僅連接局域網，還能連接廣域網（WAN），實現不同網絡之間的通信。
• 使用IP地址來決定數據包的最佳路徑，從而轉發到目標網絡或設備，支持更復雜的路由策略和過濾功能。
• 能夠分割廣播域，防止廣播風暴，這對于大型網絡管理至關重要。
• 提供諸如網絡地址轉換（NAT）、防火墻過濾等高級功能，有助于網絡安全和外網訪問控制。
• 通常用在需要連接到互聯網或者連接不同子網的場合。

總結來說，交換機專注于提升局域網內部的數據交換效率，而路由器則負責在不同網絡之間引導數據包，實現更廣泛的網絡互連與通信。

3.IP地址 vs 端口號

1.IP地址：

• 是互聯網協議（IP）用于標識網絡中每臺設備的唯一地址，如同設備在網絡世界中的“門牌號”。
• 它確保了數據可以從源設備發送到目標設備，無論這兩臺設備位于世界哪個角落。
• IP地址分為IPv4（32位，常用點分十進制表示）和IPv6（128位，用冒號分隔的十六進制數表示）兩種版本。
• 每個IP地址包含網絡部分和主機部分，幫助路由器判斷數據包的傳輸路徑。

2.端口號：

• 是應用層的標識符，用于標識在同一臺設備上運行的不同網絡服務或應用程序。
• 它使得數據包在到達目標設備后，能被正確地導向到相應的服務或應用程序，就好比是設備內的“部門編號”。
• 端口號是16位的數字，范圍從0到65535，其中0-1023是系統保留端口，通常分配給標準服務（如HTTP使用80端口，HTTPS使用443端口）。
• 動態或私有端口范圍（大于1023）可用于任意應用程序，以避免端口沖突。

結合IP地址和端口號，形成了所謂的“套接字”（Socket），這是網絡通信中用于標示服務訪問點的唯一組合，確保了數據能夠準確無誤地送達互聯網上的特定服務或應用程序。

4.協議

簡單解釋就是,通信的雙方互相約定好的一種通信規則,這樣的規則就可以稱之為協議,它定義了數據如何格式化、如何傳輸、如何被接收方解析以及如何響應等細節,無論通信的對象有多少個,都互相遵守的規則,同時,注意在通信的時候,必須要有協議,這樣即使通信的雙方的主機設備不同,硬件不同,應用程序不同,操作系統不同等等,都可以進行通信.?

1.協議分層

進行網絡通信是一件非常復雜的事,其中涉及到很多的細節問題,如果你就使用一種網絡協議來約定其中所有的細節,這個協議就會十分復雜,所以基于這個理論,就衍生出了協議分層這個概念.所以我們可以把一個復雜的協議分成許多個功能單一的協議,再把這些拆分的協議根據,它們的功能,分類,組織起來.

舉一個小栗子:

在大公司中,有許多的員工,以及許多的崗位,那老板該如何去管理他們呢,是不是應該根據不同的層級,上層管理下層,這樣老板只需要管理他的下一層即可.這樣即使人很多也可以很好的運營這個公司了,簡單畫個圖表示一下

協議分層也是類似的效果,把一堆拆分的協議,按照功能分成不同的層級,每一個層級都有對應的任務/解決的問題,上層協議調用下層協議的功能,下層協議為上層協議提供服務.這種分層使得各部分可以獨立設計、開發和故障排查，同時也便于升級和擴展，大大簡化了復雜網絡系統的管理和維護。即使人員（或設備）眾多，通過這樣的層級劃分，整個系統也能高效有序地運行。

?2.協議分層的好處

1.起到了封裝的效果

在協議分層中，每一層都封裝了自己的實現細節，只向上一層提供服務。這樣，每一層可以獨立于其他層進行開發和維護，而不需要關心下層的具體實現

舉個小栗子:

想象一下，你買了一臺微波爐。你不需要知道微波爐是如何加熱食物的，也不需要了解它的內部電路和機械部件是如何工作的。你只需要知道如何設置時間和功率，然后按下啟動按鈕。這里，微波爐的制造商將復雜的加熱機制封裝在用戶界面后面，用戶只需要通過簡單的操作界面與之交互。

類比：這就像網絡協議中的應用層，用戶（應用層）不需要了解下層（如傳輸層、網絡層等）是如何工作的，只需要通過提供的接口（如API）來發送和接收數據。?

2.解耦合的效果

協議分層減少系統中各個部分之間的依賴關系，使得系統的一個部分的變化不會影響到其他部分。在協議分層中，由于每一層都獨立于其他層工作，因此可以單獨修改或替換某一層，而不會影響到整個系統的其他部分。

舉個小栗子:

再想象一下，你正在使用一個快遞服務來寄送包裹。快遞公司可能會更改他們的內部物流流程，比如從使用卡車運輸改為使用無人機。作為客戶，你不需要關心這些變化，你只需要知道你可以繼續使用這項服務來寄送包裹。

類比：這類似于網絡協議中的不同層之間的解耦合。如果你的應用層（比如一個網頁瀏覽器）需要從HTTP切換到HTTPS，這個改變主要發生在應用層和傳輸層之間，而網絡層和數據鏈路層可以保持不變，因為它們只負責傳輸數據包，而不關心數據的安全協議

?5.OSI七層模型 vs TCP / IP 五層/四層 模型

1. 應用層 (Application Layer)：

   • 作用：為應用軟件提供網絡服務。這一層負責處理網絡應用程序的具體功能，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等。
   • 例子：HTTP（網頁）、SMTP（郵件）、FTP（文件傳輸）、DNS（域名解析）。

2. 傳輸層 (Transport Layer)：

   • 作用：負責在網絡中兩個節點之間提供可靠的數據傳輸服務。這一層定義了兩個主機間進行會話的規則，如TCP（傳輸控制協議）提供可靠的連接，而UDP（用戶數據報協議）提供較快但不保證可靠性的連接。
   • 例子：TCP（確保數據包順序和完整性）、UDP（快速但不保證順序或完整性）。

3. 網絡層 (Network Layer)：

   • 作用：負責數據包從源到宿的傳遞和路由選擇。這一層處理數據包在整個互聯網中的尋址和路由問題。
   • 例子：IP（互聯網協議），負責將數據包從源地址路由到目的地址。

4. 數據鏈路層 (Data Link Layer)：

   • 作用：在相鄰的網絡節點之間提供數據傳輸，處理MAC（媒體訪問控制）地址，確保數據在局域網內的可靠傳輸。
   • 例子：以太網、Wi-Fi，它們定義了如何在物理媒介上編碼和傳輸數據。

5. 物理層 (Physical Layer)：

   • 作用：處理通過物理媒介傳輸數據的技術細節，如電纜的電氣特性、無線信號的傳輸方式等。
   • 例子：RJ45以太網接口、光纖、無線電波，這些都是物理層關心的傳輸介質。

每一層都為上一層提供服務，同時依賴下一層來完成其功能。數據在發送時從高層向低層傳遞，每一層為其添加必要的信息（如頭部信息），在接收時則從低層向高層傳遞，每一層去除對應的頭部信息，直至最終到達目標應用程序。這種分層的設計使得網絡通信更加模塊化，易于理解和維護

注意這里的?TCP / IP 五層/四層 模型 的區別就是是否把物理層和數據鏈路層看成網絡接口層,所以也不好說明哪一個是對的,都記住就好.

?6.協議的層與層之間是如何配合工作的.

總結來說就是上層協議調用下層協議的功能,下層協議為上層協議提供服務,就是一個封裝和分用的過程,這里通過一個例子來講解封裝和分用的過程

假如 A 使用 微信 發送信息給 B.我們就通過這個我們日常生活中看似很簡單,但其實里面涉及的網絡通信原理卻十分復雜的過程來講解封裝和分用的過程

1.封裝

前提A給B發送"hello" 這個信息,A的賬號為 123 B的賬號為 456 發送時間為21:00

1.應用層?

這里我們就假定微信的應用層協議(數據的格式)為一個字符串,里面主要存儲了四個信息,分別是,發送人賬號,接收人賬號,發送時間,發送的內容,通過 ,?來分割信息,并且在結尾以 \n 為標識

實際上微信的應用層協議肯定更復雜, 這樣應用層就把這個數據進行了封裝,之后通過調用系統API,把數據傳輸給傳輸層.

?2.傳輸層

傳輸層接收到應用層傳輸過來的數據之后,就會根據傳輸層上的協議對數據進行封裝,例如傳輸層上典型的傳輸層協議 TCP / UDP 協議 ,這里我們以UDP協議作為傳輸層的協議.

UDP協議,會給數據添加一個報頭將數據分成兩部分,一部分為報頭,一部分為載荷

其中報頭里存儲的是UDP的一些屬性信息,載荷中就是傳輸的數據

這樣傳輸層就對數據進行了封裝?,之后通過調用系統API,把數據傳輸給網絡層

?3.網絡層

典型的協議 IP協議,通過IP協議對數據進行封裝

其中IP報頭就包含了接收方的IP地址和發送方的地址,同時調用數據鏈路層的API,也就是網卡,傳輸到數據鏈路層中,進行進一步的封裝

4.數據鏈路層

使用以太網協議

將以太網數據幀通過網卡,發送到物理層

5.物理層

?此時的以太網數據幀,本質上就是0/1的二進制數據了,硬件設備,把這些二進制數據轉化為,電信號,光信號,電磁波等等,傳輸給B.

上述過程就是封裝,層層對數據進行包裝.

2.分用 (B)

1.物理層

收到一系列光電信號,把這些信號轉成 0101 二進制數據, 交給 數據鏈路層

2.數據鏈路層

按照以太網協議,對數據進行解析(解析報頭中的關鍵信息,為后續的傳輸/轉發打下基礎,還需要拿到載荷數據)

解析出來的載荷數據,是要交給上層(網絡層)?

?3.網絡層

IP 協議拿到了 IP 數據包,按照協議格式進一步解析,解析報頭中的關鍵信息, 取出載荷.

解析出來的載荷數據傳輸給上一層(傳輸層)

4.傳輸層

拿著 UDP 數據包,按照 UDP 格式進一步解析,解析出關鍵的信息 (要交給哪個端口號對應的進程),以及解析出載荷數據?

?解析出來的載荷數據傳輸給上一層(應用層)

5.應用層

微信 程序拿到了應用數據包. 根據應用層協議按照自己的協議格式,進行解析,拿到這里的結構化數據, 顯示到界面上 ->反序列化.這樣B就接收到了A發送的信息了.

注意:

中間的路由器, 交換機,也要進行封裝分用.也是上述過程.
只不過,交換機，封裝分用到 數據鏈路層,即可知道下一步如何轉發.(工作在數據鏈路層)
路由器,封裝分用到,網絡層,即可知道下一步如何轉發，(工作在網絡層)

同時分用時,操作系統會根據數據包上的報頭,了解到封裝時各層使用了具體的什么協議,這一點很重要.

以上就是封裝分用過程了,我們還可以用網購時商家對快遞的包裝,和我們拆快遞的過程來簡單解釋一下封裝分用的過程

1. 封裝過程： 想象你在網上購買了一件商品，商家需要將商品安全地包裝好，以便快遞公司能夠將它安全地送到你手中。在這個過程中，商家會做以下幾步：

   • 商品本身（相當于應用層的數據）：這是你要購買的物品，比如一件衣服。
   • 包裝（相當于傳輸層）：商家會將衣服放入一個盒子，并確保它不會因為運輸途中的顛簸而損壞。如果商家使用的是可靠的快遞服務（類似TCP協議），那么他們可能會添加額外的保護層，如泡沫或氣泡膜，以確保衣服在運輸過程中不會受損。
   • 地址標簽（相當于網絡層）：商家會在盒子上貼上一個標簽，上面寫著你的地址（目的IP地址）和他們商店的地址（源IP地址），這樣快遞公司就知道這個包裹應該送往哪里。
   • 運輸包裝（相當于數據鏈路層）：為了確保包裹在運輸過程中的完整性，商家可能還會在外層加上一個防水袋或額外的保護層。
   • 物理運輸（相當于物理層）：最后，包裹被裝上卡車或飛機，通過物理運輸方式送到你所在的城市。

2. 分用過程： 當你收到包裹時，你會執行相反的操作來獲取商品，這個過程就是分用：

   • 物理運輸（物理層）：包裹首先通過卡車或飛機運輸到達你所在的城市。
   • 運輸包裝（數據鏈路層）：快遞公司將包裹從運輸工具上卸下，并確保包裹在送達前沒有受損。
   • 地址標簽（網絡層）：快遞公司根據包裹上的地址標簽，決定如何將包裹送到你的地址。
   • 拆包裝（傳輸層）：你收到包裹后，會拆除最外層的包裝，比如防水袋，然后是商家添加的保護層。
   • 取出商品（應用層）：最后，你打開盒子，取出你購買的衣服，這時候你得到了原始的商品，即應用層的數據。

通過這個例子和上述的微信接收信息的例子，我們可以看到，封裝是將數據和必要的控制信息組合在一起，以便安全地在網絡中傳輸。而分用則是接收端將這些數據和控制信息分開，提取出原始數據供應用程序使用。這個過程確保了數據的完整性和正確性，無論數據在網絡中經過了多么復雜的路徑。

以上就是關于計算機網絡的初步認識了,這些知識點雖然比較繁瑣,但只要你能夠理解下來的話,相信這些知識還是比較容易的,理解這些知識對后續的學習,也會有很大的幫助,同時提醒一句計算機網絡在我們今后的工作中是非常常用的,這方面的知識也算是作為一名程序猿的基本功了,基本功不牢,地動山搖,好了就啰嗦這么多,感謝你的閱讀,祝你一天愉快.

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