文章目錄：
一、網絡
（一）網絡概念
網絡是由若干結點和鏈接這些節點的鏈路組成，表示諸多對象及其相互聯繫。網絡中的結點可以是計算機，交換機，路由器等設備。總結出來就是通過設備和線路將計算機互聯起來就形成了網絡。如下圖所示：
這個網絡是一個具有四個節點和三條鏈路的網絡，一般的我們用一朵雲來表示一個網絡，這樣做的好處就是可以不去關心網絡中的細節問題，因而可以集中精力研究設計到與網絡互連相關的一些問題。
（二）網絡中的設備
主要的網絡設備有：
- 集線器：通過網線直接傳送數據的，工作在物理層。
- 交換機：數據的集中或者分派，即相當於多了網線接口，工作在數據鏈路層。
- 路由器：通過IP地址尋址找網絡，工作在網絡層
集線器現在已經被交換機代替了，並且路由器擁有交換機的功能。工作在高層的設備能夠擁有工作在低層設備的功能。
交換機和集線器的區別：
| 交換機 | 集線器 | |
|---|---|---|
| 工作層次 | 數據鏈路層 | 物理層 |
| 寬帶影響 | 獨享 | 共享 |
| 數據傳輸 | 有目的發送 | 廣播發送 |
| 傳輸模式 | 全雙工或半雙工 | 半雙工 |
交換機和路由器的區別：
| 路由器 | 交換機 | |
|---|---|---|
| 工作層次 | 網絡層 | 數據鏈路層 |
| 轉發依據 | IP地址 | Mac地址 |
| 功能 | 連接不同的網絡 | 連接局域網中的電腦 |
| 寬帶影響 | 共享寬帶 | 獨享寬帶 |
簡單的說路由器專管入網，交換機只管配送，路由路由就是給你找路讓你上網的，交換機只負責開門，交換機上面要沒有路由你是上不了網的。交換機是做端口擴展的，而路由器是做網間連接的。交換機適合局域網內互聯，路由器實現全網段互聯。
（三）網絡中的線路
1. 雙絞線
雙絞線就是把兩根相互絕緣的銅導線並排放在一起，然後用規則的方法絞合起來構成了雙絞線。這樣絞合的目的是可以減少對相鄰導線的電磁干擾。模擬傳輸和數字傳輸都可以使用雙絞線，其通信距離一般是幾到十幾公里。
2. 同軸電纜
由於外導體的屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用於傳輸較高速率的數據,不超過100米。
3. 光纖
光纖以光脈衝的形式來傳輸信號，因此材質也以玻璃或有機玻璃爲主。它由纖維芯、包層和保護套組成。
【小知識】：貓：調制解調器，將模擬信號和數字信號進行轉換。
（三）網絡分類
- 按網絡履蓋的範圍不同可分爲:局域網，城域網，廣域網。
- 按網絡傳輸技術可分爲:廣播式網絡，點對點網絡。
- 按傳輸介質可分爲:有線網絡，無線網絡。
- 按網絡拓樸結構可分爲:星型網絡，樹型網絡，總線型網絡，環型網絡，網狀型網絡。
二、互聯網
其實互聯網通俗一點來理解就是網絡的網絡，將不同的網絡連接起來（通過路由器）。而我們熟悉的因特網就是世界上最大的互連網絡。大家把連接在因特網上的計算機都稱爲主機，他們的連接形式如下圖所示：
三、IP地址、MAC地址
（一）IP地址
【1. 基本概念】
IP地址就是給因特網上的每一個主機（或路由器）的每一個接口分配一個在全世界範圍內唯一的標識符（但是現在因爲需求的增多，已經無法保證唯一性了）。IP地址因其特殊的結構使我們可以在因特網上很方便的進行尋址，網絡層所使用的地址。
IP地址分爲IPV4、IPV6兩種類別格式：
- IPV4類似“A.B.C.D"的格式，32位，用"."分爲4端，每個段8位（0~255）,10進制標識。
- IPV6地址是128位，格式類似”XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX",用“:”分爲8段，用4個16進制表示每一段，則表示X需要4位，一段就16位。
示例：
IPV4:"192.168.31.8"
ipv6:"2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b"
我們現在最多的還是使用IPV4，所以我們接下來描述的IP地址都是指IPV4。爲了方便尋址，瞭解目標主機位置，每個IP地址由網絡號和主機號兩部分構成，同一個物理網絡上所有的主機都使用同一個網絡號，只是主機號不同。
查看IP地址：
- Linux 用ifconfig可以查看IP地址。
- windows 用ipconfig查看IP地址。
【2. IP地址分類】
由於每類地址的開頭都是固定的，因此每類地址都有自己的範圍：
- A類：IP地址範圍爲：0.0.0.0~127.255.255.255。一般用於專用網。
- B類：IP地址範圍爲：128.0.0.0~191.255.255.255。
- C類：IP地址範圍爲：192.0.0.0~233.255.255.255，一般用於互聯網。
- D類和E類一般不使用。
如果主機號全0，IP地址代表僅網絡號指向的那個網段，該IP代表一個網段；如果主機號全1，IP地址代表網絡號指向的全部主機，IP地址代表廣播地址 ；其他就是普通的IP地址，指向網域中的一個主機了。
（二）MAC地址
在局域網中，硬件地址又稱爲物理地址或MAC地址，長度爲48位，是固化在計算機適配器的ROM中的地址。唯一的，由生產廠商決定的。
- 假定連接在局域網上的一臺計算機的適配器壞了而我們更換了一個新的適配器，那麼這臺計算機的局域網的“地址”也就改變了，雖然這臺計算機的地理位置沒有發生改變。
- 當我們把一個筆記本從一個地方帶到另一個地方，雖然地理位置變了，但是電腦在局域網中的地址仍然不變。
由此可見，局域網上某個主機的地址（MAC）根本不能告訴我們這臺主機位於什麼地方，在網絡上方便的尋找某個主機，還得依靠IP地址進行。
（三）ARP、RARP協議
IP 地址是網絡層所使用的地址，MAC 地址是數據鏈路層所使用的地址，那麼就會有以下情況的出現：
- 在數據鏈路層是看不見 MAC 地址的，由於路由器的隔離，IP 網絡中無法通過廣播方式依靠 MAC 地址完成跨網絡的尋址，因此 IP 網絡的網絡層只使用 IP 地址來完成尋址。
- 無論網絡層採用什麼協議，在實際網絡的鏈路上傳送數據幀時，最終必須使用硬件地址。因此需要一種協議來完成 IP 地址到 MAC 地址的映射。
那麼我們就需要對IP和MAC進行轉換解析纔可以進行數據的傳輸：
ARP 協議是地址解析協議，其主要功能是將 IP 地址轉換爲物理地址。RARP則是將物理地址MAC解析爲IP地址。
四、網絡層次劃分
一次性實現整個網絡太困難，所以計算機網絡將網絡根據不同的功能進行分層，主要分層類別如下：
OSI的七層協議體繫結構的概念清楚，理論也較完整，但是既複雜又不實用。TCP/IP體系結構得到了非常廣泛的應用，是一個四層的體系結構。但是從實質上來講，TCP/IP只有最上面的三層，因爲最下面的網絡接口層並沒有什麼具體內容。因此在學習計算機網絡原理時往往採取折中的方法，採用一種五層協議的體系結構。
（一）OSI七層模型
模型自底向上分爲物理層，數據鏈路層，網絡層，傳輸層，會話層，表示層，應用層。總結每一層的主要功能：
| 層 | 傳輸單位 | 任務 | 功能 |
|---|---|---|---|
| 物理層 | 比特 | 任務是透明的傳輸比特流 | 功能是在物理媒體上爲數據端設備透明的傳輸原始比特流。 |
| 數據鏈路層 | 幀 | 任務是將網絡層傳來的IP數據報組裝成幀 | 功能可以概括爲封裝成幀，差錯控制，流量控制和傳輸管理，提供點到點通信 |
| 網絡層 | 數據報 | 關心通信子網的運行控制，任務是把網絡層的協議數據單元從源端傳到目的端，爲分組交換網上的不同主機提供通信服務 | 功能主要爲對分組進行路由選擇，流量控制，擁塞控制，差錯控制，網際互聯等功能 |
| 傳輸層 | TCP報文段或UDP報文段 | 負責主機中兩個進程的通信 | 功能是爲端到端的連接提供可靠的傳輸服務，爲端到端的連接提供流量控制，差錯控制，數據傳輸管理等服務 |
| 會話層 | 報文段 | 任務是允許不同主機上的各個進程之間進行會話 | 功能是管理主機間的會話進程，包含建立，終止等 |
| 表示層 | 報文段 | 任務是處理兩個通信系統中交換信息的表示方式，不同機器採用的編碼和表示方法是不同的，使用的數據結構也不同。 | 所以功能是編碼形式化，數據壓縮，解密等 |
| 應用層 | 帶有應用層協議標誌的報文段 | 任務是面向用戶，完成對應需求 | 功能是爲特定類型的網絡提供訪問底層的手段，使用不同的協議 |
（二）TCP/IP四層(五層)模型
功能都是一樣的，我們再簡短總結一下：
- 物理層: 負責光/電信號的傳遞方式。 比如現在以太網通用的網線(雙絞 線)、早期以太網採用的的同軸電纜(現在主要用於有線電視)、光纖, 現在的wifi無線網使用電磁波等都屬於物理層的概念。物理層的能力決定了最大傳輸速率、傳輸距離、抗干擾性等. 集線器(Hub)工作在物理層。
- 數據鏈路層: 負責設備之間的數據幀的傳送和識別。 例如網卡設備的驅動、幀同步(就是說從網線上檢測到什麼信號算作新幀的開始)、衝突檢測(如果檢測到衝突就自動重發)、數據差錯校驗等工作. 有以太網、令牌環網, 無線LAN等標準. 交換機(Switch)工作在數據鏈路層。
- 網絡層: 負責地址管理和路由選擇。 例如在IP協議中, 通過IP地址來標識一臺主機, 並通過路由表的方式規劃出兩臺主機之間的數據傳輸的線路(路由). 路由器(Router)工作在網絡層。
- 傳輸層: 負責兩臺主機之間的數據傳輸。 如傳輸控制協議 (TCP), 能夠確保數據可靠的從源主機發送到目標主機。
- 應用層: 負責應用程序間溝通。如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協議（FTP）、網絡遠程訪問協議（Telnet）等. 我們的網絡編程主要就是針對應用層
【各層的主要協議】
- 數據鏈路層：PPP、HDLC、ARP、RARP
- 網絡層：IP、ICMP、IGMP、OSPF
- 傳輸層：TCP、UDP
- 應用層：HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet
之間的關係爲：
【各層的主要設備：】
- 物理層：中繼器、集線器
- 數據鏈路層：網橋、交換機
- 網絡層：路由器
- 網絡層以上：網關
（三）OSI七層&&TCP/IP四層的區別
【相似之處：】
- 二者都採用了分層的體系結構，都是將龐大且複雜的問題劃分爲若干個容易處理的、範圍較小的問題。
- 二者都是基於獨立的協議棧的概念。
- 二者都可以解決異構網絡的互聯。
【區別：】
- OSI 參考模型產生在協議發明之前，而 TCP/IP 模型出現在協議出現之後，模型實際上是對已有協議的描述；OSI 模型分層複雜，實際難以實現，缺乏市場與商業動力，而 TCP/IP 比較符合商業期望，成爲了事實上的商業標準。
- 從協議上來講，OSI 參考模型在網絡層支持面向連接和無連接的通信，但在傳輸層僅僅只有面向連接的通信；而 TCP/IP 模型認爲可靠性是端到端的問題，因此它在網絡層僅有一種無連接的通信模式，但傳輸層支持無連接和麪向連接兩種模式。
五、常見協議解釋
- HTTP：超文本傳輸協議
- FTP：文件傳輸協議
- TELNET：是internet遠程登錄服務的標準協議
- TCP：傳輸控制協議，是一種面向連接的，可靠的，基於字節流的傳輸層通信協議
- UDP：用戶數據報協議
- IP：網際協議或互聯網協議
- ICMP：因特網控制報文協議
- ARP：地址解析協議，根據IP地址獲得MAC地址。
- RARP：逆地址解析協議。
六、封裝和分用
在網絡中通訊的主角：運行在不同主機上的兩個進程。如何標識這個進程，通過IP地址（標識主機），+端口號（標識進程）。
那麼在數據從一個主機發送到另外一個主機的過程，數據在各層都做了什麼，假設我們從主機A向主機B發送數據”hello”，我們可以用一張圖來表示：
可以看到主機A發送的信息，從應用層開始自上向下的對數據進行包裝，經過路由器的選擇，轉發，發給目標主機B的物理層，再經過自底向上對數據進行拆解，再應用層收到hello。
封裝： 應用程序數據在發送到物理網路上之前，將沿着協議棧從上往下依次傳遞，每層協議都將在上層數據的基礎上加上自己的頭部信息（有時還包括尾部信息），以實現該層的功能，這個過程就稱爲封裝。
分用： 當幀到達目的主機後，將沿着協議棧自底向上依次傳遞，各層協議依次處理幀中本層負責的頭部數據， 以獲取所需的信息，並將處理後的幀交給目標應用程序。
加油哦！💪。