计算机网络①网络、TCP/IP基础知识

参考《图解TCP/IP》一书

1、网络基础知识

1.1、发展阶段

批处理（Batch Processing）
分时系统（TSS, Time Sharing System）
计算机间通信
计算机网络：分组交换技术
互联网普及：瘦身、多供应商
以互联网为中心
安全连接：TCP/IP

1.2、协议

协议：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够实现通信。
协议有很多种，每种协议都明确界定了它的行为规范。

分组交换协议

分组交换：将大数据分割为一个个包（Packet）进行传输。

报文首部：源主机地址、目标主机地址、分组序号
协议会规定报文首部的内容和处理方式，互相通信的计算机根据协议来构造报文首部、读取首部内容。

协议的标准化

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。

ISO 制定了国际标准 OSI，对通信系统进行了标准化。
OSI 所定义的协议没有得到普及，但 OSI 参考模型具有指导意义。
TCP/IP 是由 IETF 建议并推进的协议。
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。

协议分层

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：上下层交互所遵循的约定。
协议：同一层交互所遵循的约定。

1.3、OSI参考模型

概念区分

OSI（参考模型）：7 个分层。

OSI 协议：为了让异构的计算机能相互通信的网络体系结构

以 OSI 模型为基础；

定义每层协议和层间接口

分层

OSI 参考模型将协议分为 7 层，比较理想化。

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；
过分模块化、处理沉重、每个模块需要实现相似的逻辑处理。

实例

7 层通信实例：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；（上层数据 + 本层首部）
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。

1.4、传输方式的分类

面向连接 & 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。（如 TCP）
无连接：不需要建立和断开连接。（如 UDP）
- 发送端可以随时发送数据。
- 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。
- 即使接收端不存在或无法接收数据，发送端也可以发送数据。

电路交换 & 分组交换

电路交换

交换机负责数据的中转处理。
源主机需要通过交换机与目标主机建立连接线路。
在连接建立期间，始终占用端到端资源。（独占）
其它计算机需等待该计算机处理结束后，才有机会使用该电路。

分组交换

分组交换机（路由器）负责连接通信线路。
源主机将数据分成多个数据包（packet），分别发送给路由器，路由器接收分组数据后缓存到一个缓冲区，再转发给下一个路由器或目标主机。（分组交换、存储转发）
无需占用端到端资源，多台主机共享通信线路。
可能出现网络拥塞、分组丢失。

不同接收端数量

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（Multicast）：特定组内的主机（电视会议）
任播（Anycast）：特定组内主机中的一台（DNS 根域名解析器）

1.5、地址

通信传输中，发送端和接收端都可以视为通信主体，由地址标识。

每一层的协议使用不同的地址。

唯一性：一个地址必须明确地标识一个主体对象。
层次性：地址多的情况下，高效寻址。

1.6、网络组成

网络核心（骨干）
网络边缘
接入网

2、TCP/IP 基础知识

TCP(Transmission Control Protocol)和IP(Internet Protocol)是互联网的众多通信协议中最为著名的。

2.1、背景历史

军事通信技术
ARPARNET 诞生：分组交换技术
TCP/IP 诞生：可靠传输
UNIX 系统普及、互联网普及
商用互联网服务：ISP

2.2、TCP/IP 标准化

TCP/IP 不仅指 TCP 和 IP 两种协议，而是利用 IP 进行通信时所必须使用到的协议群的统称。
TCP/IP 也称网际协议族（Internet Protocol Suite）

2.3、TCP/IP 协议分层模型

OSI 参考模型：注重通信协议必要的功能。
TCP/IP：强调实现协议所需开发的程序。

分层

物理层：负责数据传输的硬件。
数据链路层：利用以太网的数据链路进行通信。
网络层：使用 IP 协议，基于 IP 地址转发分包数据。
传输层：进程间通信，基于端口号。
应用层：HTTP、HTML、SMTP、FTP、TELNET、SSH、SNMP等。

数据包首部

数据单位
- 通用：包（Packet）
- 数据链路层：帧（Frame）
- 网络层：数据报（datagram）
- 传输层：段（segment）
- 应用层：消息（message）
每个分层，都会对所发送的数据附加一个首部。

实例

TCP/IP 分层通信实例：假设主机 A 要给主机 B 发送一封电子邮件。

发送方（接收方与发送方相反）

应用层：编码处理，在发送邮件的时刻建立 TCP 连接。
传输层
- 可靠传输：建立连接、发送数据、断开连接
- TCP 首部：源端口号和目标端口号、序号、校验和。
网络层
- IP 首部：源 IP 地址和目标 IP 地址。
- 根据路由控制表将数据包发送给下一跳路由器或主机。
数据链路层
物理层

包流动时，依次被附加了应用层首部、TCP 首部、IP 包首部、以太网首部。包的最后还有以太网包尾。