一、计算机网络出现背景
计算机独立模式-->计算通过网络互连
二、计算机发展七个阶段
- 批处理(batcch processing)
- 分时系统(TTS Time sharing System)
- 计算机间通信(计算机间由通信线路连接)
- 计算机网络(基于分组转发技术)
- 互联网普及(开始扩大商用)
- 以互联网技术为中心的时代(各种网络技术都向互联网靠拢，如电话、电视、家电等都通过互联网)
- 从"单纯建立连接"到"安全建立连接"
三、网络体系结构
计算机网络体系结构包含多种协议。
| 网络体系结构 | 协议 | 主要用途 |
|---|---|---|
| TCP/IP | IP，ICMP，TCP，UDP，HTTP，TELNET，SNMP，SMTP... | 互联网、局域网 |
| IPX/SPX(NetWare) | IPX，SPX，NPC | 个人电脑局域网 |
| AppleTalk | DDP，RTMP，AEP，ATP，ZIP... | 苹果公司现在产品的局域网 |
| 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 |
(1)协议
协议就是计算机之间进行网络通信时事先的一种"交流约定"，计算机从物理连接层到应用软件层，各个组件都必须严格遵循实现的约定才能真正通信。
分组交换协议: 将大数据分割为一个个包(小数据packet)进行传输，同时给每一个小包标明序号。
(2)协议分层
按照通信系统的必要功能分为7层，同一层之间的交互所遵循的约定叫做"协议"。每一层都使用下一层的特定服务，并且给上一层提供特定服务，上下层之间的交互时所遵循的约定叫做接口。好比通过电子设备进行对话，通话层可以用英语、汉语等，电子设备层可以用有线电话机、无线电对讲机等。
(3)协议标准化
针对不同公司有各种网络体系结构，导致不同网络体系无法通信。ISO(International Standards Organization)制定了OSI(Open System interconnection 开放系统互联)参考模型对网络体系结构进行标准化，让不同结构的计算机之间进行通信。而IETF(Internett Engineering Task Force)则推动使用的TCP/IP网络结构标准。
(3)OSI模型
OSI参考模型对整个通信过程中必要的功能进行了归纳，对通信网络结构进行了分层，粗略界定了每层的作用和功能，但未对协议和接口进行详细的定义。以OSI参考模型为基础定义了各层的协议机各层之间的接口的标准叫做OSI标准。OSI参考模型各层的作用如下。
| 分层名称 | 功能 | 功能概览 | |
|---|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 特定应用的协议 | 电子邮件应用-->使用电子邮件协议；远程登陆应用-->远程登陆协议；文件传输-->文件传输协议 |
| 6 | 表示层 | 设备固有的数据格式和网络标准数据格式的转换 | 不同表现形式的信息如文字流、图像声音、二进制文件等设备固有的数据格式与网络标准数据格式转换 |
| 5 | 会话层 | 通信管理-负责建立和断开通信连接。管理传输层以下的分层 | 何时建立连接，何时断开连接，保持多久的连接? |
| 4 | 传输层 | 管理两个节点(互联的网络终端如计算机等)之间的数据传输。负责可靠传输(确保数据被可靠地传送到目标地址) | |
| 3 | 网络层 | 地址管理和路由选择 | 经过哪个路由传递到目标地址？ |
| 2 | 链路层 | 互连设备(两个设备之间)传送及识别数据帧 | 如将0，1序列划分为具有意义的数据帧传送给连接的设备 |
| 1 | 物理层 | 物理设备之间通信，如网线、设备线路规格、传输电压表示信息等 | 如将比特流转换为电信号等 |
(4) OSI模型各层通信处理-举例
以发邮件为例-A将"早上好"发送给B
会话层以上，在应用层写入数据，由表示层格式化编码，再由会话层标记发送顺序。
-
应用层
应用将邮件内容"早上好"，发件人，收件人等信息转换为特殊的邮件格式。--应用层 -
表示层
每个计算机数据格式是不同的，如windows的换行和linux换行不同。如果A和B的计算机和应用软件相同，那么就可以顺利接收和读取邮件。但现实生活中不太可能。
解决：利用表示层将计算机"特定的数据格式"转换为"网络通用的标准数据格式"后再发送出去。接收端接收到这些网络通用标准格式的数据后转换为"该计算机特定的数据格式"，然后就可以进行读取处理。 -
会话层
处理好的邮件数据什么时候建立连接进行发送，如果有多封邮件，可以每发送一封邮件时建立一次连接进行发送，随后断开。也可以把多封邮件一次性通过建立的一次连接发送，甚至因为邮件太大，通过多次连接发送一封邮件，也就是会话层决定如何进行发送(建立连接。即连接的管理。 -
传输层
在主机A和主机B之间建立连接，在连接中传输具体数据。同时，负责重发(如果数据未到达目标地址) -
网络层
具体传输数据时，路由线路选择等。即主机A发送到主机B的邮件具体从什么线路走，怎么选择路由。-网络层负责整个数据发送到最终目标地址。 -
数据链路层
数据链路层就是在传输线路中，在通过传输介质互连的设备之间进行数据传输处理。-数据链路层只负责一个分段内的数据传输(两个通过传输线路直接相连的设备之间)。 -
物理层
将数据"0","1"转换为电压或脉冲光信号传输到传输介质，之后信号通过传输介质到达另一端。
四、其他概念
(1)传输方式
网络与通信中可以根据其数据发送方法进行多种分类,以下有三种分类。
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有连接型与无连接型
- 有连接型
发送数据之前，需要在收发双方之间建立一条通信线路，发送完成后断开通信线路。即互相确认一下对方(进行对话沟通)之后再发送数据。 - 无连接型
无连接型，发送数据不要求建立和断开连接，发送端可以在任何时候自由发送数据。
- 有连接型
-
电路交换与分组交换
- 电路交换，在发送端和接收端相当建立了一条物理电路，之后通信双方一直使用该线路进行传输数据。
- 分组交换中, 计算机与路由器之间以及路由器与路由器之间通常只有一条通信线路，这条线路是共享的,相当于多台计算机并联到路由器(分组交换机)。
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按接收端数据分类
网络通信中，也可以根据目标地址的个数及其后续行为对通信进行分类，如单播，多播。- 单播(Unicast)
uni表示"1"，cast表示"投掷"，因此指发送到某一个目标。 - 广播(broadcast)
发送给与之相连的所有主机 - 多播(multicast)
发送给多个接收主机，限定某一组主机为接收端 - 任播(Anycast)
在特定的多台主机中选出一台作为接收端的一种通信方式。
- 单播(Unicast)
(2)地址
在实际通信中，每一层协议使用的地址不同。
地址明确表示一个主体对象，具有唯一性。
为高效寻找通信目标地址，地址必须具有层次性，如手机号码国家区号和国内区号，这样才能快速定位地址。
- MAC地址和IP地址都具有唯一性，但只要ip地址才有层次性。
- MAC地址由制造商设备号、制造商内部产品类型编号、产品本身编号，但在用于寻找地址没有作用，因为无法确定那家厂商的那种网卡的某个网卡被用到了那个地方。
- IP地址由网络号和主机号两部分组成(如192.168.2.9，其中192.168.2为网络号，9为主机号。)
(3)网络的各种硬件设备
搭建一套网络环境需要各种电缆和网络设备。
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传输介质和传输载体
- 概念
传输介质和载体计算机之间通过电缆(电线)相互连接，如双绞线、光纤、同轴电缆等，称为传输介质。而传输数据的载体也可以划分为电波、微波等不同电磁波。 - 传输速率和吞吐量
- 传输速率,指两个设备之间数据流动的物理速度，单位为bps(Bits Per Second).严格地讲同一种传输介质中传输载体的流动速度是恒定的，也就是说数据信息的传输速度是恒定的，传输速率又成带(Bandwidth).
- 吞吐量(实际传输速率), 主机之间数据的实际传输速度称为吞吐量，其单位与带宽相同。吞吐量不仅衡量带宽，同时衡量主机的cpu处理能力、网络的拥堵程度、报文中字段的占有率(只计算数据本身字段)等信息。
- 概念
-
网卡(Network Information Center)
网卡也叫网络适配器。 -
中继器(Repeater)
- 位于OSI模型的第一层，中继器就是将电缆传过来的电信号或者光信号进行波型调整和放大，在传给一段电缆，相当于一个放大器(连接两端)。
- 集线器(hub)，提供多个端口服务的中继器。如多台主机连到集线器在，集线器某个端口连接到另外一段电缆，这样相当于每一个主机都有一个中继器将信号放大传输到另一段电缆。多个中继器组合在一起。
-
网桥(2层交换机)
- 位于OSI模型的第二层数据链路层，连接网络设备与网络设备。识别数据链路层中的数据帧，并将这些数据帧临时存储于内存，再重新生成信号作为一个全新的帧转发给另外与之相连的另一个网络设备。
- 交换集线器(hub), 具有网桥功能的集线器，简称交换机。即同时具有的多端口中继和网桥的设备。
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路由器(3层交换机)
- 位于OSI模型的第三层。连接不同的网络的设备，将数据报文发送到另一个与之相连的网络。
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4-7层交换机
- 负责处理OSI模型中从传输层到应用层的数据。例如，对并发访问量非常大的一个企业web站点，使用一个服务器不能满足前端访问需求，这时需要架设多台服务器来分担。这些服务器前端入口通常只有一个，在这些服务器前端加一个负载均衡器，就可以将前端url访问分发到后面的服务器进行处理。
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网关
- 网关是OSI模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换的设备，它与4-7层交换机一样都是处理传输层以上的数据，但网关不仅负责转发数据，而且对数据进行转换，它通常会使用一个表示层或应用层的网关，在两个不能直接通信的协议之间进行翻译。 即进行协议转换功能。 如互联网邮件和手机邮件的转换服务，手机邮件可能会与互联网邮件互不兼容，这是由于他们在表示层和应用层中的"电子邮件协议"互相不同导致的。那么电脑和手机为什么能互发电子邮件，这是因为手机发送邮件到手机邮件服务器A，手机服务器将手机邮件发送到邮件网关，有邮件网关负责将手机邮件转换为互联网邮件，发送到互联网邮件服务器B。 邮件网关能够识别手机邮件和互联网邮件，并能将它们互相转换。防火墙，代理服务器等也是一种网关设备。