一、計算機網絡的定義
數據傳輸依靠數據封裝
計算機網絡概述與分類
計算機網絡概述
> 計算機網絡的定義
● 計算機網絡是在網絡協議的控制下，通過通信設備和線路將分布在不同地理位置，且具有獨立功能的多個計算機系統連接起來，通過網絡操作系統等網絡軟件實現通信和資源共享的系統。
◇ 計算機網絡中至少擁有兩台以上的計算機。
◇ 傳輸媒體和通信設備把若干台計算機連接到了一起。
◇ 把多台計算機連接在一起，形成一個網絡，是為了資源共享。
◇ 為了正確地通信，需要有一個共同遵守的約定——通信協議。
> 數據通信
雲其實指的就是互聯網，通過互聯網將數據傳送到另一台計算機，這就叫數據通信
> 什么是協議?
這個世界沒有單純的自由，我們總要遵循各種協議，在法律的框框中生活
那么在計算機中，協議又是指什么呢？
● 為了使數據可以在網絡上從源傳遞到目的地，網絡上所有設備需要“講”相同的“語言”
● 描述網絡通信中“語言”規范的一組規則就是協議
● 例如：兩個人交談，必須使用相同的語言，如果你說漢語，他說阿拉伯語……
> 數據通信協議的定義
● 決定數據的格式和傳輸的一組規則或者一組慣例
二、計算機網絡的發展
計算機網絡概述
> 計算機網絡的發展
● 第一代計算機網絡的誕生
◇ 1946年產生第一台數字計算機
◇ 1954年收發器終端的產生
◇ 60年代初，由多重線路控制器參與組成的網絡，被稱為第一代計算機網絡
多重線路過於復雜，於是提出了存儲轉發的概念
● 第二代計算機網絡的誕生
◇ 1964年， Baran提出存儲轉發概念
◇ 1966年， David提出分組概念
◇ 1969年， DARPA的計算機分組交換網ARPANET投入運行
數據會有一個選址的過程，一條近的路線不一定是一條能快速到達的路線，比如堵塞的道路。
選址是由計算機網絡的路由進行的。
● 1977年0SI參考模型的提出，標志着計算機網絡進入到第三個階段
實現，不同的人做不同的事情。
比如 QQ，微信 等應用軟件 都是工作在應用層
● 網絡應用也正迅速地朝着高速化、實時化、智能化、集成化和多媒體化的方向不斷深入，新一代網絡也將必然出現。
這是計算機的第四個階段
三、計算機網絡的分類與拓撲結構
計算機網絡概述
> 計算機網絡的分類
● 根據傳輸技術划分
◇ 廣播網絡 比如收音機
◇ 點對點網絡 比如計算機網絡
● 根據覆蓋地理范圍划分
◇ 個人區域網PAN
◇ 局域網LAN 公司內部的網絡
◇ 城域網MAN 城市內的網絡
◇ 廣域網WAN
◇ Internet 地球村
> 計算機網絡的拓撲結構
● 總線結構：通過一條通信線路將所有的入網計算機連接起來，從而形成一條共享的信道，這條共享 信道就稱為總線。
● 環狀結構：將計算機通過通信線路連接起來形成一個閉合的環。在該拓撲中，線路是共用的，數據一般按固定方向單向流動，每個收到數據包的節點都向它的下游節點轉發該數據包。
環狀結構也叫做網狀結構
環狀結構可以很好的保護計算機網絡中的數據，因為 A 一定要通過 B 才可以傳到 C
● 星狀結構：每一個入網計算機都通過單一的通信線路與中心交換節點直接相連。其中，中心交換節點是唯一的轉接節點。其他任何兩個節點之間不能直接通信，它們之間的通信必須通過中心交換節點轉發。
這種星狀結構可以在中心管理所有的計算機，提高管理能力
● 樹狀結構：是星狀結構的一種變形，采用了分層結構。
樹狀結構不僅一個中心，也會有子中心，子中心也分別要進行連接。
● 網狀結構：又稱為分布式結構，是由分布在不同地點並且具有多個終端的節點機相互連接而成的。網狀結構又分為全連接網狀結構和不完全連接網狀結構兩種形式。
網狀結構解決了環狀結構節點之間不連接的問題，(e)全連接網狀結構是不安全的
不完全連接的網狀結構又可以實現對某一個節點的保護。
互聯網就是不完全連接的網狀結構。
四、網絡體系結構
計算機網絡體系結構
> 計算機網絡的協議與體系結構
● 網絡通信的過程很復雜
◇ 數據以電子信號的形式穿越介質到達正確的計算機,然后轉換成最初的形式，以便接收者能夠閱讀
◇ 為了降低網絡設計的復雜性，將協議進行了分層設計
● 分層設計的意義
◇ 用戶服務層的模塊設計可相對獨立於具體的通信線路和通信硬件接口的差別
◇ 而通信服務層的模塊設計又可相對獨立於具體用戶應用要求的不同
比如 QQ 不關心網絡介質，wifi 4G 等都可以
例如：文件傳輸或電子郵件服務模塊的設計，不必關心底層通信線路是光纖還是雙絞線
● 郵局對於寫信人來說是下層
◇ 運輸部門是郵局的下層
一一下層為上層提供服務
> 寫信人與收信人之間使用相同的語言
● 郵局之間的約定
一一同層次之間使用相同的協議
信封 → 郵局 → 運輸車 → 車 → 郵局 → 收信人
郵局對於寫信人來說，被稱之為下層；運輸車是郵局的下層
計算機網絡中，下層為上層服務。
寫信人和收信人要用相同的語言，郵局和郵局之間也要有不同的約定
寫信裝到信封里，在郵箱里又封裝，放到運輸車上又是封裝，到達目的地后，拆開，解包；收信人收到信后，拆開，又是一個解包。計算機網絡模型也是如此。
數據傳輸時需要加密，確保安全
比特流的傳輸指用的是無線網絡，4g網絡，聯通還是移動等等
TCP/IP協議
> 實際應用中， 完全遵從OSI參考模型的協議幾乎沒有
> TCP/IP， 20世紀70年代， 美國國防部高級研究計划署開發
> 最早在ARP NET上實現， 目的在於解決異構系統的通信問題
> 網絡接口層
● 網絡接口層，也被稱為網絡訪問層，包括了能使用TCP/IP與物理網絡進行通信的協議，它對應OSI的物理層和數據鏈路層
> 互聯網絡層
互聯網絡層也叫網際層
● 網際層是在TCP/IP標准中正式定義的第一層。網際層所執行的主要功能是處理來自傳輸層的分組，將分組形成數據包(IP數據包)，並為該數據包進行路徑選擇，最終將數據包從源主機發送到目的主機，在網際層中，最常用的協議是網際協議IP，其他一些協議用來協助IP的操作。
> 傳輸層
● TCP/IP的傳輸層也被稱為主機至主機層， 與OSI的傳輸層類似， 主要負責主機到主機之間的端對端
通信， 該層使用了兩種協議來支持兩種數據的傳送方法， 即TCP協議和UDP協議。
> 應用層
● 在TCP/IP模型中， 應用程序接口是最高層， 它與OSI模型中的高三層的任務相同，用於提供網絡服務，比如文件傳輸、遠程登錄、域名服務和簡單網絡管理等。
傳輸層負責的就是傳輸過程，數據是怎樣傳輸的過程
互聯網絡層負責的是傳輸給誰的內容
測試的產品更多的都在應用層，BS和CS 結構都是在應用層
TCP/IP協議
● TCP：TransmissionControlProtocol 傳輸控制協議
● IP： Internet Protocol 網際協議
● FTP：FileTransferProtocol 文件傳輸協議
● ARP：AddressResolutionProtocol 地址解析協議
● RARP：ReverseAddressResolutionProtocol 逆向地址解析協議
● UDP：UserDatagramProtocol 用戶數據報協議
● HTTP：HypertextTransferProtocol 超文本傳輸協議
● ICMP：InternetControlMessageProtocol 互聯網控制報文協議
● IGMP：InternetGroupManagementProtocol 互聯網組控制協議
● SMTP：SimpleMailTransmissionProtocol 簡單郵件傳輸協議
TCP 服務於傳輸層，IP服務於互聯網絡層
TCP 預示着怎么樣傳輸，IP 預示着給誰傳輸
數據封裝
TCP/IP網絡協議
> 網際協議IP (Internet Protocol)
● IP協議的任務是對數據包進行相應的尋址和路由，並從一個網絡轉發到另一個網絡。IP協議在每個發送的數據包前加入一個控制信息，其中包含了源主機的IP地址、目的主機的IP地址和其他一些信息。
● IP協議的另一項工作是分割和重編在傳輸層被分割的數據包。由於數據包要從一個網絡到另一個網絡，當兩個網絡所支持傳輸的數據包的大小不相同時，IP協議就要在發送端將數據包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息進行傳輸。當接收端接收到數據包后，IP協議將所有的片段重新組合形成原始的數據。
為什么要分割，因為如果傳輸數據比較大，傳輸時如果網絡斷開，就要重新進行傳輸，如果進行分割，就可以提高傳輸效率。
除了分割，還有一個概念叫分治
● IP是一個無連接的協議。無連接是指主機之間不建立用於可靠通信的端到端的連接，源主機只是簡單地將IP數據包發送出去，而數據包可能會丟失、重復、延遲時間大或者IP包的次序會混亂。因此，要實現數據包的可靠傳輸， 就必須依靠高層的協議或應用程序， 如傳輸層的 TCP 協議。
● 地址解析協議ARP
◇ 將IP地址解析為屬於數據鏈路層的MAC(物理) 地址，以提高數據交換的效率
● 反向地址解析協議RARP
◇ 計算機網絡中各主機之間要進行通信時， 必須要知道彼此的物理地址(OSI模型中數據鏈路層的地 址)。因此，在TCP/IP的網際層有ARP協議和RARP協議， 它們的作用是將源主機和目的主機的IP地址與它們的物理地址相匹配。
物理地址就是 MAC地址，一個計算機可能有多個 IP 但是只有一個 MAC地址，就好比人的身份證號碼。怎樣讓計算機知道某一個IP對應的MAC，這件事是 ARP 進行的
ARP：IP → MAC
RARP：MAC→IP
ARP協議
● IP地址解析為MAC地址
● 主機10.1.1.1想發送數據給主機10.1.1.2，檢查緩存，發現沒有10.1.1.2的MAC地址
● 主機10.1.1.1發送ARP廣播
● 所有主機都接收到10.1.1.1的ARP廣播， 但只有10.1.1.2給它一個單播回復，並緩存10.1.1.1的MAC地址
● 主機10.1.1.1將10.1.1.2的MAC地址保存到緩存中，發送數據
1得到2的MAC地址后，將地址存入緩存，並向2發送相應的數據
這個過程類似於在群里說話的過程，比如在群里找到對應的人后，將對方的電話號碼存入手機
TCP/IP網絡協議
> ICMP
● 偵測遠端主機是否存在 （比如 ping）
● 建立及維護路由資料
● 重導資料傳送路徑
● 資料流量控制
> 在一台計算機上向遠程主機發起ping連接時， 可能收到的返回信息有
● 連接建立成功
○ Reply from 192.168.1.1：bytes= 32 time <1msTTL= 128
● 目標主機不可達
○ Destination host unreachable
● 請求時間超時
○ Request timed out
● 未知主機名
○ Unknown host abc
ICMP的作用就是檢查遠端的主機是否可用
> TCP
● 面向連接
● 可靠
● ACK應答
> UDP
● 無連接
● 不可靠
比如發送短信，其實就是UDP連接，因為短信發過去后，對方有沒有收到，有沒有查看，我都是無法知道的。
TCP就好比打電話，電話打過去后，對方在通話，關機還是等待接聽，是可以知道的。
五、TCP IP三次握手及端口
TCP的鏈接——三次握手
HostA 為源主機； HostB 為目的主機
端口
> TCP 和 UDP 都使用端口把信息傳到上層， 端口號用來標識同一時間內通過網絡的不同連接
既然有協議了，協議如果想進入網絡，依靠的就是端口；使用端口對上一層和下一層之間的數據進行交互
> 端口號范圍：0~65535
> 應用層知名服務：0~255
> 各個廠商：256~1023
> 未被分配：>1023
我們用到的是 1024開始往后，是我們涉及的端口號；一般自己的產品上線后會設計一個端口號，通常設置為1024
端口可以這樣理解：比如去肯德基買飲料，到出可樂的口就是可樂，雪碧的口就是雪碧。不會混的，所以，這就是不同的口出不同的東西，做不同的事情，這就是計算機網絡端口。
六、IP地址
上網電腦里必須要有網卡，每個網卡都要配有一個 IP 地址
這個 IP 地址 識別了當前網絡中，計算機的唯一性
IP地址
> IP地址的特點?
·IP地址為32位長 （指的是二進制長度）
·每個IP地址被分成四組，每組8位，用句點隔開
·每組數字的大小范圍為0-255
·10000011 01101011 00000011 00010001
·131.107.3.17
·IP地址——網絡號+主機號
IP類型
> 每個地址包含兩部分：網絡和主機
> IP地址中網絡部分可以說明該設備是否屬於A類、B類、C類、D類或E類網
D類和E類，一般在生活中是見不到的
A類比如 21.36.78.120 21 在A類范圍內，所以是一個 A 類 ip 地址，21 第一節就是網絡號
B類比如 132.161.21.100 132在B類范圍內，所以，前兩節是它的網絡號
如果此時和另一台計算機進行通信，要保證后兩節是不一樣的
C類網絡 id 是24位，所以前三節都是網絡號；比如 192.168.72.121；通信時，最后一節不一樣。
C類網絡，在虛擬機中比較常見。
所以，對於 IP 172.16.170.129 是B 類的，前兩節是 網絡 ip 后兩節是它的主機號
網絡號節數越多，后面剩余的主機數就越少。
為什么有 ABC 類，因為在 A 類時期，全球只有 21個網絡
隨着網絡的發展，有了 B類，大大提高網絡數量，但是現在數量還是不夠的，於是有了 C類，更加的適用於現在的生活
IP類型
> 保留地址
·網絡號
·10 （A類不能用的網絡號）
·127 (環路測試，127.0.0.1 指本機)
·172.16.0.0-172.31.255.255 （這個范圍不能用，是用在局域網里的）
·192.168.*.* （也是用在局域網的）
.169.254.x.y （臨時 ip 地址，當你的計算機連接不到主機時，會給你臨時分配一個 ip 地址）
> 主機號
·全0(表示子網)
·全1(廣播)
保留地址的意思就是絕對不能出現在互聯網上的地址
127 很特殊，指本機，所以一台計算機中，至少有兩個 ip
第一個是本機 ip （172.16.170.29），一個是環路測試 ip （127.0.0.1）
主機號，比如本機有一個ip 172.16.170.129； ip 地址的 172.16.170.0 和 172.16.170.255 不能用
因為 0 和 255 不能用，0 代表 子網， 1 代表 廣播