20201230-1 网络基础知识
一、计算机网络的定义
数据传输依靠数据封装
计算机网络概述与分类
计算机网络概述
> 计算机网络的定义
● 计算机网络是在网络协议的控制下，通过通信设备和线路将分布在不同地理位置，且具有独立功能的多个计算机系统连接起来，通过网络操作系统等网络软件实现通信和资源共享的系统。
◇ 计算机网络中至少拥有两台以上的计算机。
◇ 传输媒体和通信设备把若干台计算机连接到了一起。
◇ 把多台计算机连接在一起，形成一个网络，是为了资源共享。
◇ 为了正确地通信，需要有一个共同遵守的约定——通信协议。
> 数据通信
云其实指的就是互联网，通过互联网将数据传送到另一台计算机，这就叫数据通信
> 什么是协议?
这个世界没有单纯的自由，我们总要遵循各种协议，在法律的框框中生活
那么在计算机中，协议又是指什么呢？
● 为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需要“讲”相同的“语言”
● 描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是协议
● 例如：两个人交谈，必须使用相同的语言，如果你说汉语，他说阿拉伯语……
> 数据通信协议的定义
● 决定数据的格式和传输的一组规则或者一组惯例
二、计算机网络的发展
计算机网络概述
> 计算机网络的发展
● 第一代计算机网络的诞生
◇ 1946年产生第一台数字计算机
◇ 1954年收发器终端的产生
◇ 60年代初，由多重线路控制器参与组成的网络，被称为第一代计算机网络
多重线路过于复杂，于是提出了存储转发的概念
● 第二代计算机网络的诞生
◇ 1964年， Baran提出存储转发概念
◇ 1966年， David提出分组概念
◇ 1969年， DARPA的计算机分组交换网ARPANET投入运行
数据会有一个选址的过程，一条近的路线不一定是一条能快速到达的路线，比如堵塞的道路。
选址是由计算机网络的路由进行的。
● 1977年0SI参考模型的提出，标志着计算机网络进入到第三个阶段
实现，不同的人做不同的事情。
比如 QQ，微信 等应用软件 都是工作在应用层
● 网络应用也正迅速地朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向不断深入，新一代网络也将必然出现。
这是计算机的第四个阶段
三、计算机网络的分类与拓扑结构
计算机网络概述
> 计算机网络的分类
● 根据传输技术划分
◇ 广播网络 比如收音机
◇ 点对点网络 比如计算机网络
● 根据覆盖地理范围划分
◇ 个人区域网PAN
◇ 局域网LAN 公司内部的网络
◇ 城域网MAN 城市内的网络
◇ 广域网WAN
◇ Internet 地球村
> 计算机网络的拓扑结构
● 总线结构：通过一条通信线路将所有的入网计算机连接起来，从而形成一条共享的信道，这条共享 信道就称为总线。
● 环状结构：将计算机通过通信线路连接起来形成一个闭合的环。在该拓扑中，线路是共用的，数据一般按固定方向单向流动，每个收到数据包的节点都向它的下游节点转发该数据包。
环状结构也叫做网状结构
环状结构可以很好的保护计算机网络中的数据，因为 A 一定要通过 B 才可以传到 C
● 星状结构：每一个入网计算机都通过单一的通信线路与中心交换节点直接相连。其中，中心交换节点是唯一的转接节点。其他任何两个节点之间不能直接通信，它们之间的通信必须通过中心交换节点转发。
这种星状结构可以在中心管理所有的计算机，提高管理能力
● 树状结构：是星状结构的一种变形，采用了分层结构。
树状结构不仅一个中心，也会有子中心，子中心也分别要进行连接。
● 网状结构：又称为分布式结构，是由分布在不同地点并且具有多个终端的节点机相互连接而成的。网状结构又分为全连接网状结构和不完全连接网状结构两种形式。
网状结构解决了环状结构节点之间不连接的问题，(e)全连接网状结构是不安全的
不完全连接的网状结构又可以实现对某一个节点的保护。
互联网就是不完全连接的网状结构。
四、网络体系结构
计算机网络体系结构
> 计算机网络的协议与体系结构
● 网络通信的过程很复杂
◇ 数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机,然后转换成最初的形式，以便接收者能够阅读
◇ 为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分层设计
● 分层设计的意义
◇ 用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别
◇ 而通信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同
比如 QQ 不关心网络介质，wifi 4G 等都可以
例如：文件传输或电子邮件服务模块的设计，不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线
● 邮局对于写信人来说是下层
◇ 运输部门是邮局的下层
一一下层为上层提供服务
> 写信人与收信人之间使用相同的语言
● 邮局之间的约定
一一同层次之间使用相同的协议
信封 → 邮局 → 运输车 → 车 → 邮局 → 收信人
邮局对于写信人来说，被称之为下层；运输车是邮局的下层
计算机网络中，下层为上层服务。
写信人和收信人要用相同的语言，邮局和邮局之间也要有不同的约定
写信装到信封里，在邮箱里又封装，放到运输车上又是封装，到达目的地后，拆开，解包；收信人收到信后，拆开，又是一个解包。计算机网络模型也是如此。
数据传输时需要加密，确保安全
比特流的传输指用的是无线网络，4g网络，联通还是移动等等
TCP/IP协议
> 实际应用中， 完全遵从OSI参考模型的协议几乎没有
> TCP/IP， 20世纪70年代， 美国国防部高级研究计划署开发
> 最早在ARP NET上实现， 目的在于解决异构系统的通信问题
> 网络接口层
● 网络接口层，也被称为网络访问层，包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，它对应OSI的物理层和数据链路层
> 互联网络层
互联网络层也叫网际层
● 网际层是在TCP/IP标准中正式定义的第一层。网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据包(IP数据包)，并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机，在网际层中，最常用的协议是网际协议IP，其他一些协议用来协助IP的操作。
> 传输层
● TCP/IP的传输层也被称为主机至主机层， 与OSI的传输层类似， 主要负责主机到主机之间的端对端
通信， 该层使用了两种协议来支持两种数据的传送方法， 即TCP协议和UDP协议。
> 应用层
● 在TCP/IP模型中， 应用程序接口是最高层， 它与OSI模型中的高三层的任务相同，用于提供网络服务，比如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。
传输层负责的就是传输过程，数据是怎样传输的过程
互联网络层负责的是传输给谁的内容
测试的产品更多的都在应用层，BS和CS 结构都是在应用层
TCP/IP协议
● TCP：TransmissionControlProtocol 传输控制协议
● IP： Internet Protocol 网际协议
● FTP：FileTransferProtocol 文件传输协议
● ARP：AddressResolutionProtocol 地址解析协议
● RARP：ReverseAddressResolutionProtocol 逆向地址解析协议
● UDP：UserDatagramProtocol 用户数据报协议
● HTTP：HypertextTransferProtocol 超文本传输协议
● ICMP：InternetControlMessageProtocol 互联网控制报文协议
● IGMP：InternetGroupManagementProtocol 互联网组控制协议
● SMTP：SimpleMailTransmissionProtocol 简单邮件传输协议
TCP 服务于传输层，IP服务于互联网络层
TCP 预示着怎么样传输，IP 预示着给谁传输
数据封装
TCP/IP网络协议
> 网际协议IP (Internet Protocol)
● IP协议的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址、目的主机的IP地址和其他一些信息。
● IP协议的另一项工作是分割和重编在传输层被分割的数据包。由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，IP协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，IP协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。
为什么要分割，因为如果传输数据比较大，传输时如果网络断开，就要重新进行传输，如果进行分割，就可以提高传输效率。
除了分割，还有一个概念叫分治
● IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者IP包的次序会混乱。因此，要实现数据包的可靠传输， 就必须依靠高层的协议或应用程序， 如传输层的 TCP 协议。
● 地址解析协议ARP
◇ 将IP地址解析为属于数据链路层的MAC(物理) 地址，以提高数据交换的效率
● 反向地址解析协议RARP
◇ 计算机网络中各主机之间要进行通信时， 必须要知道彼此的物理地址(OSI模型中数据链路层的地 址)。因此，在TCP/IP的网际层有ARP协议和RARP协议， 它们的作用是将源主机和目的主机的IP地址与它们的物理地址相匹配。
物理地址就是 MAC地址，一个计算机可能有多个 IP 但是只有一个 MAC地址，就好比人的身份证号码。怎样让计算机知道某一个IP对应的MAC，这件事是 ARP 进行的
ARP：IP → MAC
RARP：MAC→IP
ARP协议
● IP地址解析为MAC地址
● 主机10.1.1.1想发送数据给主机10.1.1.2，检查缓存，发现没有10.1.1.2的MAC地址
● 主机10.1.1.1发送ARP广播
● 所有主机都接收到10.1.1.1的ARP广播， 但只有10.1.1.2给它一个单播回复，并缓存10.1.1.1的MAC地址
● 主机10.1.1.1将10.1.1.2的MAC地址保存到缓存中，发送数据
1得到2的MAC地址后，将地址存入缓存，并向2发送相应的数据
这个过程类似于在群里说话的过程，比如在群里找到对应的人后，将对方的电话号码存入手机
TCP/IP网络协议
> ICMP
● 侦测远端主机是否存在 （比如 ping）
● 建立及维护路由资料
● 重导资料传送路径
● 资料流量控制
> 在一台计算机上向远程主机发起ping连接时， 可能收到的返回信息有
● 连接建立成功
○ Reply from 192.168.1.1：bytes= 32 time <1msTTL= 128
● 目标主机不可达
○ Destination host unreachable
● 请求时间超时
○ Request timed out
● 未知主机名
○ Unknown host abc
ICMP的作用就是检查远端的主机是否可用
> TCP
● 面向连接
● 可靠
● ACK应答
> UDP
● 无连接
● 不可靠
比如发送短信，其实就是UDP连接，因为短信发过去后，对方有没有收到，有没有查看，我都是无法知道的。
TCP就好比打电话，电话打过去后，对方在通话，关机还是等待接听，是可以知道的。
五、TCP IP三次握手及端口
TCP的链接——三次握手
HostA 为源主机； HostB 为目的主机
端口
> TCP 和 UDP 都使用端口把信息传到上层， 端口号用来标识同一时间内通过网络的不同连接
既然有协议了，协议如果想进入网络，依靠的就是端口；使用端口对上一层和下一层之间的数据进行交互
> 端口号范围：0~65535
> 应用层知名服务：0~255
> 各个厂商：256~1023
> 未被分配：>1023
我们用到的是 1024开始往后，是我们涉及的端口号；一般自己的产品上线后会设计一个端口号，通常设置为1024
端口可以这样理解：比如去肯德基买饮料，到出可乐的口就是可乐，雪碧的口就是雪碧。不会混的，所以，这就是不同的口出不同的东西，做不同的事情，这就是计算机网络端口。
六、IP地址
上网电脑里必须要有网卡，每个网卡都要配有一个 IP 地址
这个 IP 地址 识别了当前网络中，计算机的唯一性
IP地址
> IP地址的特点?
·IP地址为32位长 （指的是二进制长度）
·每个IP地址被分成四组，每组8位，用句点隔开
·每组数字的大小范围为0-255
·10000011 01101011 00000011 00010001
·131.107.3.17
·IP地址——网络号+主机号
IP类型
> 每个地址包含两部分：网络和主机
> IP地址中网络部分可以说明该设备是否属于A类、B类、C类、D类或E类网
D类和E类，一般在生活中是见不到的
A类比如 21.36.78.120 21 在A类范围内，所以是一个 A 类 ip 地址，21 第一节就是网络号
B类比如 132.161.21.100 132在B类范围内，所以，前两节是它的网络号
如果此时和另一台计算机进行通信，要保证后两节是不一样的
C类网络 id 是24位，所以前三节都是网络号；比如 192.168.72.121；通信时，最后一节不一样。
C类网络，在虚拟机中比较常见。
所以，对于 IP 172.16.170.129 是B 类的，前两节是 网络 ip 后两节是它的主机号
网络号节数越多，后面剩余的主机数就越少。
为什么有 ABC 类，因为在 A 类时期，全球只有 21个网络
随着网络的发展，有了 B类，大大提高网络数量，但是现在数量还是不够的，于是有了 C类，更加的适用于现在的生活
IP类型
> 保留地址
·网络号
·10 （A类不能用的网络号）
·127 (环路测试，127.0.0.1 指本机)
·172.16.0.0-172.31.255.255 （这个范围不能用，是用在局域网里的）
·192.168.*.* （也是用在局域网的）
.169.254.x.y （临时 ip 地址，当你的计算机连接不到主机时，会给你临时分配一个 ip 地址）
> 主机号
·全0(表示子网)
·全1(广播)
保留地址的意思就是绝对不能出现在互联网上的地址
127 很特殊，指本机，所以一台计算机中，至少有两个 ip
第一个是本机 ip （172.16.170.29），一个是环路测试 ip （127.0.0.1）
主机号，比如本机有一个ip 172.16.170.129； ip 地址的 172.16.170.0 和 172.16.170.255 不能用
因为 0 和 255 不能用，0 代表 子网， 1 代表 广播
