网络1️⃣基础知识

学习参考

  • 入门：
    • 书籍：图解 TCP/IP、图解 HTTP、网络是怎样连接的
    • 文章：小林 coding 图解网络
    • 视频：计算机网络微课堂（B 站）
  • 进阶：

1、发展阶段

计算机从 20 世纪 50 年代开始普及，

计算机网络的发展大致经历 7 个阶段。

  1. 批处理（Batch Processing）：

    • 程序员事先将用户程序和数据装入卡带/磁带。

    • 计算机按照一定的顺序读取并批量处理。

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  2. 分时系统（TSS, Time Sharing System）：

    • 多个终端与同一个计算机连接，允许多个用户同时使用一台计算机的系统。

    • 具有多路性、独占性、交互性和及时性。

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  3. 计算机间通信：

    • 计算机通信技术诞生前，需要将数据保存到磁带、软盘等外部存储介质中，送到目的计算机才能实现数据转存。

    • 计算机通信技术诞生后（计算机之间由通信线路连接），计算机之间能够轻松即时读取另一台计算机中的数据，极大缩短了数据传送时间。

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  4. 计算机网络：

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  5. 互联网普及：瘦身、多供应商

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  6. 以互联网为中心：

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  7. 安全连接：TCP/IP

2、相关概念 🔥

2.1、协议 🔥

协议（Protocol）：计算机之间通过网络实现通信，事先达成的一种“约定”。

  • 异构的计算机，只要遵循相同的协议就能实现通信。

  • 协议有很多种，每种协议都明确界定了它的行为规范。

    网络体系结构 协议 常见用途
    TCP/IP IP, ICMP, TCP, UDP, HTTP, TELNET, SNMP, SMTP... 互联网、局域网
    IPC/SPC (NetWare) IPX, SPX, NPC... 个人电脑局域网
    AppleTalk DDP, RTMP, AEP, ATP, ZIP... 苹果产品的局域网
    DECnet DPR, NSP, SCP 前 DEC 小型机
    OSI FTAM, MOTIS, VT, CMIS/CMIP, CLNP, CONP -
    XNS IDP, SPP, PEP... 施乐公司网络

2.2、分层

每个分层都接收下一层提供的服务，并为上一层提供服务。

  • 接口（Interface）：上下层交互所遵循的约定。

  • 协议（Protocol）：同一层交互所遵循的约定。

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2.3、地址

通信传输中，发送端和接收端都可以视为通信主体。

  1. 作用：唯一标识通信主体，且每层的协议使用不同的地址。
    • 传输层：端口号，用于识别同一计算机中同时通信的不同应用程序。
    • 网络层：IP 地址，用于寻找网络中互连的主机或路由器。
    • 数据链路层：MAC 地址，用于寻找局域网中的主机。
  2. 特点：
    • 唯一性：一个地址必须明确地标识一个主体对象。
    • 层次性：在地址多的情况下，有利于高效寻址。

URI 和 URL

二者是包含关系，不是并列关系。

URI URL
全称 统一资源标识符
Uniform Resource Identifier		 统一资源定位符
Uniform Resource Locater
含义 唯一标识资源 唯一标识资源及其在互联网中的位置
说明 抽象概念，能唯一标识资源的就是 URI URI 的一种实现
实例 www.abc.com www.abc.com/1.png

2.4、网络组成

  • 网络核心（骨干）
  • 网络边缘
  • 接入网

3、传输方式分类 🔥

3.1、有无连接

根据具体的通信内容来决定采用的传输方式。

  • 面向连接：在通信传输前后，需要在收发主机之间专门建立和断开连接。（e.g. TCP）

  • 无连接：不需要建立和断开连接。（e.g. UDP）

    • 发送端可以随时发送数据，即使接收端不存在或无法接收数据。

    • 接收端对于何时会收到哪里的数据是未知的，需要经常确认。

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3.2、交换方式

3.2.1、电路 vs 分组

电路交换 分组交换
核心思想 独占性 分组交换、存储转发
源主机操作 源主机通过交换机与目标主机建立连接线路，发送完整数据 源主机将数据分成多个数据包（packet），分别发送给路由器
交换机作用 交换机负责数据的中转处理 分组交换机（路由器）负责连接通信线路将缓存到缓冲区，再转发给下一个路由器或目标主机
资源占用 连接建立期间，始终占用端到端资源
（其它计算机需等待处理结束后，才有机会使用该电路）		 无需占用端到端资源，多台主机共享通信线路
（但可能发生网络拥塞、分组丢失）

3.2.2、图示

  • 电路交换 vs 分组交换：

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  • 分组交换：

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3.3、接收端数量

类型 接收端 场景示例
单播（Unicast） 1 对 1 早期固定电话
广播（Broadcast） 广播域中的所有其它主机 电视播放
多播/组播（Multicast） 特定组内的主机 电视会议
任播（Anycast） 特定组内任意一台主机 DNS 根域名解析器

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4、标准化

标准化：使不同厂商生产的异构产品之间具有兼容性、便于使用的规范化过程。

协议的标准化，使所有遵循标准协议的异构设备能够实现通信。

4.1、ISO 和 OSI

ISO（International Organization for Standardization）：国际标准化组织

OSI（Open System Interconnect）：开放式系统互连

  • ISO 制定了国际标准 OSI，对通信系统进行了标准化。
    • OSI 参考模型：7 个分层。
    • OSI 协议：参考 OSI 模型来定义协议和接口，使异构的计算机能相互通信的网络体系结构。
  • 情况：
    • OSI 模型仅作为参考，在实际运用中没有得到普及。
    • 当今互联网广泛使用 TCP/IP 网络模型，由 IETF 建议并推进。

4.2、OSI 参考模型 🔥

OSI 参考模型将协议分为 7 层，比较理想化。

  • 优点：

    • 每个分层独立使用，某一层变化不影响其它层。
    • 细分通信功能，界定每层的责任，易于实现每个分层的协议。

  • 缺点：过分模块化、处理沉重、每个模块需要实现相似的逻辑处理。

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4.3、通信示例

假设主机 A 要给主机 B 发送一封电子邮件。

  • 发送方：

    • 从上往下传输数据；
    • 每层接收上一层的数据，并加上当前分层的协议所必需的首部信息，转发给下一层。

  • 接收方：

    • 与发送方相反，从下往上传输数据；

    • 每层接收下一层的数据，将首部与数据分离，再转发给上一层。

    • 最终将数据恢复为原状。

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5、TCP/IP 🔥

5.1、含义

TCP/IP 也称网际协议族（Internet Protocol Suite）

不仅指 TCP 和 IP 两种协议，是对利用 IP 通信时需使用的协议群的统称。

  • 传输控制协议：TCP（Transmission Control Protocol）
  • 网际协议：IP（Internet Protocol）

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5.2、发展史

  1. 军事通信技术

  2. ARPARNET 诞生：分组交换技术

  3. TCP/IP 诞生：可靠传输

  4. UNIX 系统普及、互联网普及

  5. 商用互联网服务：ISP

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5.3、分层模型 🔥

对比：

  • OSI：侧重通信协议必要的功能，在实际中并不常用。

  • TCP/IP：强调实现协议所需开发的程序。

5.3.1、TCP/IP 网络模型

应用层：工作在操作系统用户态，

传输层及以下：工作在操作系统内核态。

分层 作用 说明 常见协议
应用层 为用户提供应用功能 无需关注底层数据传输 HTTP、SMTP、FTP、TELNET、SSH、SNMP
传输层 为应用层提供网络传输 基于端口号实现进程间通信
（进程到进程）		 TCP、UDP
网络层 负责实际传输功能 基于 IP 地址转发分包数据
（端到端寻址、路由）		 IP
数据链路层 为网络层提供链路级别传输 利用以太网的数据链路进行通信
（跳到跳）		 -

TCP/IP 模型将网络划分为 4 层，但在实际应用中会划分为 5 层。

物理层：负责数据传输的硬件。

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5.3.2、数据包 & 首部

数据包（Packet）：在不同层的称呼不同。

  • 应用层：消息/报文（message）
  • 传输层：段（segment）
  • 网络层：数据报（datagram）
  • 数据链路层：帧（Frame）
  • 物理层：比特（Bit）

首部：数据包从上往下流动时，每个分层都会对上层数据附加一个首部。

本层数据包 = 上层数据 + 本层首部

  • 首部主要信息：

    • 传输层：源端口号、目标端口号
    • 网络层：源 IP 地址、目标 IP 地址、协议类型（i.e. 传输层协议）
    • 数据链路层：源 MAC 地址、目标 MAC 地址、以太网类型（i.e. 网络层协议）

  • 包的最后还有以太网包尾。

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5.4、通信示例

假设主机 A 要给主机 B 发送一封电子邮件。

  • 发送方：从上往下传输数据，每层都会附加一个首部。

    1. 应用层：编码处理，在发送邮件的时刻建立 TCP 连接。
    2. 传输层：建立连接、发送数据、断开连接
    3. 网络层：根据路由控制表，将数据包发送给下一跳路由器或主机。
    4. 数据链路层
    5. 物理层

  • 接收方：与发送方相反

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posted @ 2022-02-24 23:52  Jaywee  阅读(296)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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