网络基础

一、传输技术 

       计算机网络就是利用各种各样的传输技术，实现主机之间的通信和信息的交换。

        

        传输是对信息的作用和变化，使之跨洲越洋，并设法使信息尽量保持原样。从信息类型来讲，传输分为光信息传输和电信息传输；从传输技术本身的特征来讲，传输分为模拟信息传输和数据信息传输；从计算机网络的角度来看，分为广播和点到点传输。

二、网络模型

        协议，在通信中，指双方为完成通信而预先作的一些关于控制方面的规定。

        一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行对话，对话的规则被称为第n层上的协议。

        层和协议的结合称为网络体系结构。

        某系统所使用的协议列表，每层一个协议，被称为协议栈。

        协议分层的较低层次通常以硬件或固件的形式实现，以提高信息的处理速度。

        计算机网络的某些关键问题在好几层的设计中都会实现：1. 每一层都需要识别发送方和接收广播机制；2. 所有的进程都应该能接受任意长的报文。

   

        实体：每一层的活动元素通常被称为实体，实体可以是软件实体（如一个进程），也可以是硬件实体（如智能输入/输出芯片）。不同机器上同一层的实体叫对等实体。

        服务和服务接入点：服务是服务接入点SAP（Service Access Point）提供给上层使用的。

        协议数据单元：为了传递SDU（Service Data Unit），n层实体可能将SDU分成几段，每一段加上一个报头后就构造协议数据单元（PDU：Protocol Data Unit）.

        连接和非连接：面向连接的服务和面向无连接的服务。

        因n层实体实现的服务为n+1层所利用，故n层被称为服务提供者，n+1层被称为服务用户。

        开放系统互联参考模型（ISO/OSI RM），简称OSI模型，分为以下七层：

        1. 根据不同层次的抽象分层；

        2. 每层应当实现一个定义明确的功能；

        3. 每层功能的选择应当有助于指定网络协议的国际标准；

        4. 各层的边界的选择应当尽量减少跨过接口的通信量；

        5. 层数应该足够多，以避免不同的功能混杂到同一层里。

        物理层

        物理层涉及到通信在信道上传递的原始比特流。物理层仅仅接收和传输比特流，而不关心它的结构和意义。

        数据链路层

        数据链路层的主要功能是加强物理层传输原始比特流的功能，使之对网络层显现为一条无错链路。

        数据链路层要解决由于帧的破坏、丢失和重复而造成的问题，也要防止由于调整的发送方的数据把低速的接收方的数据“淹没”，即所谓的差错控制和流量控制。

        网络层

        网络层关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。路由即可以选择网络中固定的静态路由表，也可以在每一次会话开始时决定，还可以根据当前网络的负载状况，调试灵活地为每一个分组决定路由。

        在广播网络中，路由的选择很简单，因此网络层很弱，甚至不存在。

        传输层

        传输层的基本功能是从会话层接收数据，并在必要时把它分为较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。传输层使会话层不受硬件技术的影响。

        传输层也要决定向会话层，最终向用户提供什么样的服务。

        传输层是真正从源到目的“端到端”的层。

        会话层

        会话层允许不同的机器上的用户建立会话关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据传输，并提供了对某些应用有用的增强服务会话，也可用于远程登录分时系统或在两台机器间传递文件。

        会话层的服务之一是管理会话。会话层允许信息同时进行双向传输，或任一时刻只能单向传输。

        另一会话服务是同步。

        表示层

        表示层以下各层只关心可靠的传输比特流，而表示层关心的是所传输信息的语法和语义。

        应用层

        应用层包含大量人们普遍需要的协议，如文件传输。

三、TCP/IP网络

        TCP/IP：Transmission Control Protocol/Internet Portocol。

        TCP相当于OSI参考模型中的传输层的服务；IP提供网络层的服务。

        网络层IP提供的是一种不可靠的服务，主要负责在主机间寻址，并为IP数据包设定路由。

        TCP协议在不可靠的IP层上提供了一个可靠的面向连接的传输层。

        TCP/IP是一个协议族，分为四层，从下到上分别为网络接口层、网络层、传输层和应用层：

        底层网络（网络接口层）对应于ISO/OSI中的数据链路层和物理层。

        IP层相当ISO/OSI中的网络层：

        1. ICMP（Internet Control Message Protocol）是IP协议的附属协议。IP层用它来与其他主机或路由器交换错误报文或其他重要信息；

        2. ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）和RARP（Reverse Address Resolution Portocol，逆地址解析协议）是某些网络接口（如以太网和令牌环网）使用的特殊协议，用来转换IP层和网络接口层所使用的地址，其中，ARP将IP地址转化成网络接口层地址，RARP反之；

        3. IP（Internet Portocol）是TCP/IP协议族中最为核心的协议，所有的TCP、UDP、ICMP数据都以IP数据报格式传输，IP提供不可靠、无连接的数据报传递服务。不可靠（unreliable）指的是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地，无连接（connectionless）是指IP并不维护任何关于数据报的后续信息。每个数据报的处理是独立的，这也说明，IP数据报可以不按顺序传输。

        传输层相当于ISO/OSI模型中的传输层：

        1. 传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。

        2. TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）/UDP（User Datagram Portocol，用户数据报协议），TCP是面向连接的，它为两台主机提供高可靠性的数据通信，正因为此，应用层可以忽略这些细节。UDP是无连接的，它为应用层提供一种非常简单的服务，它只把称作数据包的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据包能到达另一端。

        应用层相当于ISO/OSI模型中的应用层

        1. 远程登录协议TELNET：使用户的终端可以很方便地接入远程分时系统；

        2. 文件传输协议FTP（File Transfer Portocol）：用于主机之间文件的交换；

        3. 简单邮件传送协议SMTP（Simple Mail Transfer Portocol）：电子邮件传输协议；

        4. 域名服务DNS（Domain Name Service）：提供URL名字到IP地址的转换。

        IP地址采用点分十进制表示法（dotted decimal notation）。

        多接口主要（如有两个以太网网卡）具有多个IP地址，每个接口对应一个IP地址，而且每个接口必须有一个IP地址，在某些操作系统中，一个接口还可以有多个IP地址。

        域名系统（DNS）是一个分布的数据库，由它来提供IP地址和主机名之间的映射。

        当应用程序用TCP协议传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络，其中每一层对收到的数据都要加一些首部信息（有时还增加一些尾部信息）。

        TCP传给IP的数据单元称为TCP报文段或简称TCP段（TCP segment），IP传给底层网络的数据单元称作IP数据报（IP datagram），通过以太网传输的比特流称作帧（frame）。