网络基础背景-协议-OSI模型-TCP/IP模型-网络传输-地址管理

Posted 2022-12-06 西科陈冠希

网络基础①

• 计算机背景知识
• • 网络发展
• 协议
• • 概述
  • 网络协议
• OSI七层模型
• TCP/IP五层(或四层)模型
• • 分层介绍
• 网络传输基本流程
• • 数据的封装和分用
  • • 封装
    • 分用
  • 网络中的地址管理
  • • IP地址
    • MAC地址
  • 两台主机通讯过程
  • 跨网段主机通讯过程

计算机背景知识

网络发展

计算机之间是相互独立的

当不同的用户想要数据分享时候，就产生了网络互联

通过共同的服务器将三人的电脑进行连接起来来达到互联
局域网LAN
计算机数量更多的时候，通过交换机和路由器连接在一起

广域网WAN
当距离更远的时候就通过广域网将计算机连在一起

并且WAN和LAN是相对的概念

协议

概述

计算机和计算机之间的交互是通过光电信号在管道里的传输来进行交互的，发出信源通过信道抵达信宿这是大概的流程，其中会通过0和1来表示强弱，这其中就牵扯道模数转换。

大家都是通过一种标准来遵守，不然就是萝卜青菜各有所爱，只有同一地方的人能和同一地方的人沟通。

网络协议

在上图中，人将语言传递给电话电话在通过转换将声音信号转化为电信号传播给B电话机，然后电话机再转换为汉语给另一个人每一层都有每一层的关系，我们不需要去理解电话机的传输模式，就可以和另一个人沟通，尽在一部分上变换例如汉语变英语，电话变电脑
也就是我们常说的解耦合

OSI七层模型

1. OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型，
   是一个逻辑上的定义和规范;
2. 把网络从逻辑上分为了7层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机;
3. OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输;
4. 它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整. 通过七
   个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯;
5. 但是, 它既复杂又不实用; 所以我们按照TCP/IP四层模型来讲解.
   

TCP/IP五层(或四层)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.

分层介绍

物理层: 负责光/电信号的传递方式. 比如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.

数据链路层: 负责设备之间的数据帧的传送和识别. 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.

网络层: 负责地址管理和路由选择. 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). 路由器(Router)工作在网路层.

传输层: 负责两台主机之间的数据传输. 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.

应用层: 负责应用程序间沟通，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

网络传输基本流程

数据的封装和分用

封装

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.

通过每一层添加不同的报头来进行封装。

分用

分用是指在自下而上的途中，链路层是如何知道要传递给网络层的，通过就相当于每一层都存在着一个数组存放着一些数据，每次向上传输没如果数组中有，其就会进行解析并且break，然后对报头进行解析分离出来，传递给下一个数组中靠前的，以上只是方便理解，真正存储还是在下图中凸显：

网络中的地址管理

IP地址

IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;

对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;

我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;

MAC地址

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;

长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)

在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址).

两台主机通讯过程

1. 将用户的信息通过应用层加协议，传输层加协议，网络层加协议，链路层加协议，进行不断地封装。
2. 将本身的信息加上协议就是组成的数据包（协议报头+传输数据）
3. 所有的协议都要解决每一层的报头和有效载荷避免出错。
4. 要记录上下文例如 网络层下来要传给链路层此时就要进行分用
5. 在局域网中主机可以直接通信，在链路层中，每一哥电脑都有一个mac地址，将其加到数据包中就能被其他的识别。
6. 如果局域网中存在其他用户他们读进来分析mac后会主动丢弃掉数据。

跨网段主机通讯过程

流程概述
当然以上这些都是建立在物理层的基础之上

1. 客户将数据从上而下的进行加报头进行封装直到以太网的驱动程序。
2. 然后通过存储路由器的MAC地址来找到这一片的路由器。
3. 路由器通过解析报头得到想要给哪个IP进行传递，然后去找到对应IP所存在的MAC地址（这里用的令牌环也同理）
4. 通过链路层找到对应的MAC地址进行解析，一步步的进行解包
   总结：
   MAC地址是会变换的，但是IP是从始至终都为改变的。所以IP以上的传输层和应用层是不需要考虑底层是进行什么传输的，只需要对数据包进行解包，分用，这样就做到了解耦合。