初识网络原理（笔记）

目录

​编辑局域网

网络通信基础

IP 地址

端口号

协议

协议分层

TCP / IP 五层网络模型

网络数据传输的基本流程

发送方的情况：

接收方的情况

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局域网

 搭建网络的时候，需要用到 交换机 和 路由器

路由器上，有 lan 口 和 wan 口

虽然路由器只有 4 个 lan 口

实际上组建的局域网，可以有更多的设备，就可以用到交换机

交换机的口是不分 lan 口 和 wan 口 的，所有的 口 都是等价的

组件企业网络，往往需要一个企业级路由器+ 若干个企业级交换机，延伸出很多的网线，供大家使用

AP 相当于一个不用插网线的小交换机（提高无线热点扩容能力）

路由器，可以进行三层（网络层）转发

交换机，是进行两层（数据链路层）转发

这个定义是站在经典的路由器/ 交换机的定义上看待的

实际上现代的交换机/ 路由器之间的差异越来越小了，之间的功能也是有很多重合的

集线器是把一根网线，分成多个岔口，但是和交换机有本质区别

交换机分出来的这个岔口，彼此之间是独立的，不干扰的

集线器分出来的岔口，是会冲突的

局域网和广域网，并没有一个明确的界限

当局域网中，设备数量非常多，局域网空间跨度特别大，就可以称为广域网了

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网络通信基础

IP 地址

使用 ip 地址，来描述网络上一个设备所在的位置

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端口号

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用来区分一个主机上不同的应用程序

一个网络程序，在启动的时候，都需要绑定一个或者多个端口号，后续的通信过程都需要依赖端口进行展开的

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协议

描述了网络通信传输的数据的含义

网络通信协议，虽然更复杂，但是本质上也是认为约定出来的一些规则

网络发展这么多年了，很多细节，都已经有规定出来的协议了

我们做的主要就是学习已经约定好的协议

为什么要约定好协议呢？

电脑种类很多，设备的厂商也很多，必须有一份统一的协议标准，让大家按照同样的标准来研发设备，这样大家弄出来的东西就可以在一起相互通信了

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协议分层

网络通信，是一个比较复杂的工作，会涉及到一系列非常繁琐，非常细节的工作

靠一个协议解决所有问题会导致这个协议非常复杂，非常庞大

因此就需要对协议进行拆分，由于拆分出来的协议有点多，就对这些协议进行分类，分层

对于网络协议来所，往往分成几个层次进行定义

上层协议调用下层协议

下层协议给上层协议提供服务支持

也就是属于这些协议搞了明确的层级关系，可以避免跨层级调用引起的混乱，降低耦合，提高了整个系统的可读性

这个图就很好描述了分层

（1）上层不需要了解下层的细节（封装）

（2）灵活的 调整 / 替换 某层的协议

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协议分层，主要有两种方式：OSI 七层网络模型（只是在教科书上） ， TCP / IP 五层网络模型

TCP / IP 五层网络模型

如果算上物理层，就是五层，如果不算上物理层，就是四层

因为物理层是偏硬件的，和软件关系不大 

物理层：

描述的是网络通信中的一些基础设施需要遵守的规范

会约定 网线，网口是什么样子的

数据链路层

相邻节点之间，数据如何运输 

网络层

进行路径规划 

上海 -> 北京，有很多的路线走法 ，快递公司就需要规划处商品走哪个路线

传输层

只关注起点和终点，不关注中间过程（数据从哪里出发，要到哪里去） 

应用层

拿到这个数据，具体用来干什么

不同的应用程序，就会使用不同的应用层协议来通信（也可能用相同的）

传输层协议，网络层协议，都是属于操作系统中的，已经内置的

驱动程序，是硬件厂商提供的，驱动程序会和系统内核进行适配，进一步的系统就可以通过驱动来操作硬件了

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网络数据传输的基本流程

用四个字概括：封装和分用

以 QQ 发送消息为例，介绍网络数据传输的基本流程

A 把消息通过 QQ 发给主机 B

网络通信中的 “五元组” ： 源ip ，源端口，目的ip ，目的端口，协议类型

发送方的情况：

1、应用层

QQ 应用程序，从输入框获取到你要输入的消息，构造成应用层数据报（根据应用层协议）

很多应用程序里会自定义应用层协议，QQ 使用的是什么协议，我们是不知道的

假设  QQ 的应用层协议是这样的：

所谓的 “构造应用层数据报” 过程，就是按照一定格式进行字符串拼接

发送方和接收方，需要达成一致

应用程序，就会调用传输层提供的接口，把上述数据交给传出层进行处理

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2、传输层

传输层协议有很多，其中最主要的是 TCP 和 UDP  、

此处假设使用 UDP

上面数据从应用层传到了传输层，交给了 UDP ，于是 UDP 协议就要按照自己的格式，生成一个 UDP 数据报

UDP 不关心应用层数据里面都有啥，都是啥内容，只是把应用层数据当做一个字符串，构造出一个 UDP 数据报

类似于快递小哥在取件的时候，不关心快递具体是啥东西，只是关心尺寸和重量（包裹中能不能放下）

快递小哥在拿到东西之后，会再包装一下，贴上标签

此时，传输层会把构造好的 UDP 数据报，进一步交给网络层

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3、网络层

网络层最主要的协议，就是 IP 协议

IP 协议也会根据自己的格式，构造出一个 IP 数据报

IP 协议不关心这里的载荷内容是啥，只是单纯的把在和当做一个字符串，再这个基础上拼接上另外一个 IP 报头

接下来， 还需要把数据传输给数据链路层

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4、数据链路层

以太网（平时上网需要插一个网线）

以太网，又会针对 IP 数据报，进行进一步封装，再添上数据头和数据尾

以太网也不关心载荷里是啥，只是把载荷当成字符串，进一步拼接上帧头帧尾，构造成 以太网数据帧

上述这样的数据，还需要进一步交给物理层

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5、物理层

硬件设备（网卡）

本质上都是二进制的数据（一组0101 构成的）

硬件设备就需要对上述数据进行转换了（光信号 / 电信号 / 电磁波）

到这里，主机A 完成了发送过程

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接收方的情况

此处，我们先不考虑中间过程

1、物理层

硬件设备受到 光信号 / 电信号 / 电磁波，需要把受到的信号进行解调，得到了一串 0101 的二进制数据序列，也就是以太网数据帧

调制：把你要传输的信息放到光电信号中

解调：从光电信号中把信息取出来

这个数据就需要被交给上一层，数据链路层

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 2、数据链路层

数据链路层的以太网协议，就会针对这个数据进行解析

 此时，再把载荷部分取出来，交给上层（IP协议）

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3、网络层

IP 协议针对这个数据报进行解析，去掉 IP 报头，取出载荷，进一步的交给传输层

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4、传输层

根据 IP 报头里的字段，就知道当前这个载荷是一个 UDP 数据报，交给 UDP 处理

UDP 也是要针对数据报进行解析，去掉报头，取出载荷，进一步交给应用程序

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 5、应用层

UDP 报头中，有一个字段，目的端口，根据目的端口找到关联的应用程序，就交给这个程序即可

qq程序接收到了这个数据，就会按照qq 的应用层协议，进行解析

把这里的数据显示到页面上

在qq 中，对应的头像就开始闪烁，点进去，就能显示出这个新的消息以及消息的时间等信息

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主机 A 从上到下，依次添加报头的过程，称为封装

主机 B 从下到上，依次解析报头的过程，称为分用

封装就是在打包快递，分用就是在拆快递

每次网络数据的传输，都是要经历这个过程的

消息转发到某个设备，每个设备处理流程都是和上面的封装分用是一样的

如果是一个交换机，交换机分用到数据链路层即可

交换机解析出以太网数据帧，进一步的获取到帧头中的 “mac 地址” ，根据 mac 地址查询到交换机内部的转发表，确定接下来数据从哪个网口发出去

在发送之前，又会重新把以太网数据帧封装好

路由器则是封装分用到网络层

解析出 ip 数据包，获取到 ip 报头，根据 ip 报头中的目的ip 进一步规划接下来要走的路线

接下来又会把这个数据进行转发

上述描述的交换机路由器，只是一个经典的交换机路由器

实际上现代的交换机路由器，会做更多的事情，很可能是封装分用到应用层