网络基础概念(网络基础)
目录
计算机网络背景
网络发展
初识协议
协议分层
软件分层的好处
OSI 七层模型
TCP/IP 五层(或四层)模型
再识协议
什么是 TCP/IP 协议？
TCP/IP 协议与操作系统的关系
所以究竟什么是协议？
计算机网络背景
网络发展
独立模式: 计算机之间相互独立;
网络互联: 多台计算机连接在一起, 完成数据共享;
局域网 LAN: 计算机数量更多了, 通过交换机和路由器连接在一起;
广域网 WAN: 将远隔千里的计算机都连在一起;
"局域网" 和 "广域网" 只是一个相对的概念
初识协议
"协议" 是一种约定.
计算机之间的传输媒介是光信号和电信号. 通过 "频率" 和 "强弱" 来表示 0 和 1 这样的信息. 要想传递各种不同的信息, 就需要约定好双方的数据格式.
完善的协议，需要更多更细致的规定，并让参与的人都要遵守。
- 计算机生产厂商有很多;
- 计算机操作系统, 也有很多
- 计算机网络硬件设备, 还是有很多;
- 如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信? 就需要有人站出来, 约定一个共同的标准, 大家都来遵守, 这就是网络协议;
一般具有定制协议或者标准的资格的组织或者公司都必须是业界公认或者具有江湖地 位的组织或者公司.
以上这些组织或公司都能在一定程度上定制协议标准，以满足特定需求或推动技术发展。
协议分层
- 协议本质也是软件，在设计上为了更好的进行模块化，解耦合，也是被设计成为层状结构的
软件分层的好处
- 在这个例子中, 我们的"协议"只有两层:语言层、通信设备层。
- 但是实际的网络通信协议，设计的会更加复杂, 需要分更多的层
- 但是通过上面的简单例子, 我们能理解，分层可以实现解耦合，让软件维护的成本更低
OSI 七层模型
- OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型，是一个逻辑上的定义和规范;
- 把网络从逻辑上分为了 7 层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机;
- OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输;
- 它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚， 理论也比较完整. 通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯;
- 但是, 它既复杂又不实用; 所以我们按照 TCP/IP 四层模型来讲解.
- 其实在网络角度，OSI 定的协议 7 层模型其实非常完善，但是在实际操作的过程 中，会话层、表示层是不可能接入到操作系统中的，所以在工程实践中，最终落地的是 5 层协议。
- 但是要理解上面的话，需要我们学习完网络才可以理解
TCP/IP 五层(或四层)模型
TCP/IP 是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了 TCP/IP 协议簇.
TCP/IP 通讯协议采用了 5 层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完 成自己的需求.
- 物理层: 负责光/电信号的传递方式. 比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早 期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的 wifi 无线网使用 电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等. 集线器(Hub ,信号放大)工作在物理层.
- 数据链路层(局域网通信): 负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就 自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线 LAN 等标准. 交换机 (Switch,一个局域网中设备过多应引入交换机)工作在数据链路层.
- 网络层(不直接负责长距离传输 , 负责长距离传输的转化): 负责地址管理和路由选择. 例如在 IP 协议中, 通过 IP 地址来标识一台 主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器 (Router)工作在网路层.
- 传输层: 负责两台主机之间的数据传输. 如传输控制协议 (TCP), 能够确保数据 可靠的从源主机发送到目标主机.
- 应用层: 负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协 议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等. 我们的网络编程主要就是针对应用层.
物理层我们考虑的比较少，我们只考虑软件相关的内容. 因此很多时候我们直接称为 TCP/IP 四层模型.
一般而言
- 对于一台主机, 它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容;
- 对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层;
- 对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层;
- 对于集线器, 它只实现了物理层;
但是并不绝对. 很多交换机也实现了网络层的转发; 很多路由器也实现了部分传输层的 内容(比如端口转发);
再识协议
下面我们再次重新理解协议和协议分层。
- 首先，即便是单机，你的计算机内部，其实都是存在协议的，比如：其他设备和 内存通信，会有内存协议。其他设备和磁盘通信，会有磁盘相关的协议，比如： SATA，IDE，SCSI 等。
- 其次，网络通信最大的特点就是主机之间变远了。任何通信特征的变化，一定会 带来新的问题，有问题就得解决问题，所以需要新的协议咯。
所以，为什么要有 TCP/IP 协议？本质就是通信主机距离变远了
什么是 TCP/IP 协议？
- TCP/IP 协议的本质是一种解决方案
- TCP/IP 协议能分层，前提是因为问题们本身能分层
TCP/IP 协议与操作系统的关系
所以究竟什么是协议？
OS 源代码一般都是用 C/C++语言写的
问题：主机 B 能识别 data，并且准确提取 a=10，b=20，c=30 吗？
回答：答案是肯定的！因为双方都有同样的结构体类型 struct protocol。也就是说， 用同样的代码实现协议，用同样的自定义数据类型，天然就具有”共识“，能够识别对方发来的数据，这不就是约定吗？
关于协议的朴素理解：所谓协议，就是通信双方都认识的结构化的数据类型 因为协议栈是分层的，所以，每层都有双方都有协议，同层之间，互相可以认识对方的协议。
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