计算机基础知识-计算机网络知识

1.3 计算机网络

1. 计算机之间通过物理连接介质（网络设备）连接到一起
2. 计算机之间基于网络协议通信（网络协议相当于计算机）界的通用语言

开发需要了解的： ip地址确定目标机器的局域网
mac地址确定目标机器的具体地址
tcp/udp确定目标机器的软件端口

什么是互联网协议及为何要有互联网协议

osi五层模型

我们将应用层、表示层、会话层并作应用层，从tcp/ip五层(应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层)协议的角度来阐述每层的由来与功能，搞清楚了每层的主要协议就理解了整个互联网通信的原理。
首先，用户感知到的只是最上面一层应用层，自上而下每层都依赖于下一层，所以我们从最下一层开始切入，比较好理解。每层都运行特定的协议，越往上越靠近用户，越往下越靠近硬件

物理层

• 由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网。
  
• 功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0。

局域网与广域网皆属第1、2层。

数据链路层

• 由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思
• 功能：定义了电信号的分组方式

以太网协议

规定每个机器必须有网卡，有一个mac地址，基于mac进行局域网内的广播通信。
早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet: * ethernet规定一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”，每一数据帧分成：报头head和数据data两部分
head------data
head包含：(固定18个字节) 描述数据包
发送者／源地址，6个字节 接收者／目标地址，6个字节 数据类型，6个字节
data包含：(最短46字节，最长1500字节)

数据包的具体内容

head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送

• mac地址：
  每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）。
  head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址
• 广播：
  有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）。ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼。

网络层

• 由来：
  有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难。
  上图得出必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包），同时mac地址是无法区分的，它只跟厂商有关。
• 功能：
  引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址。

IP协议

规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
范围0.0.0.0-255.255.255.255
一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1

ip地址分成两部分
网络部分：标识子网
主机部分：标识主机

注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

• 子网掩码

所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。

知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
ip地址与子网掩码进行按位与运算得出网络地址

• IP协议的作用 主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
• ip数据包 ip数据包也分为head和data部分，无须为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分

head：长度为20到60字节

data：最长为65,515字节。

而以太网数据包的”数据”部分，最长只有1500字节。因此，如果IP数据包超过了1500字节，它就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。

以太网头---------ip 头---------ip数据

ARP协议

arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即广播的方式，所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在谈及以太网协议时候，我门了解到通信是基于mac的广播方式实现，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议

arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址

协议工作方式：每台主机ip都是已知的

例如：主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

一：首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
场景 数据包地址
同一子网 目标主机mac，目标主机ip
不同子网 网关mac，目标主机ip

二：分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络，那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)
------------源mac 目标mac 源ip 目标ip 数据部分
发送端主机---发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

三：这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标ip为自己的，就响应，返回自己的mac

传输层

tcp/udp协议，基于端口（port）通信
端口：一台计算机可以有多个软件，端口为单个软件提供一台电脑上独一的端口以标示该软件

应用层

DHCP:自动分配ip地址 DNS:domain name server www.baidu.com:80---->ip:80
(浏览器自动分配80端口)

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