网络基础详解

网络是什么？

这里的网络，指的是网络协议栈，它是一个软件，有着贯穿操作系统的体系结构，属于操作系统的一部分。

什么是网络协议？

协议的本质是一种约定，由编码的程序员根据标准文档，或者自己的喜好定义的。约定一个共同的标准，大家都来遵守，这就是网络协议。

网络协议是分层的

分层的本质是，将网络中的各个模块进行了解耦，降低了它们之间的耦合度，使各个层次之间相对独立。

分层的好处

1.减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可以迅速定位故障所在层次，便于查找和纠错。

2.在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操作，各层之间则相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行。

3.能有效刺激技术革新，因为每次更新都可以在小范围上进行，不需要对整个网络动手术。

TCP/IP五层模型

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通讯协议采用了五层的层级结构，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。

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应用层：负责应用程序间沟通，收到数据之后，完成一个应用层功能。

传输层：负责两台主机之间的数据传输，为数据通信提供策略。

网络层：负责地址管理和路由选择，跨网络路由找到目标网络+目标主机。

数据链路层：负责设备之间的数据帧传送和识别，是同一个网段的通信方式。

物理层：负责光/电信号的传递。

OSI VS TCP/IP

1.OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念，TCP/IP借鉴了OSI的这些概念建立TCP/IP模型。

2.OSI是先有模型，后有协议，现有标准，后进行实践。而TCP/IP先有协议和应用，再提出了模型，且是参照OSI模型。

3.OSI七层网络模型称为开放式系统互连参考模型，是一个逻辑上的定义和规范。而TCP/IP已被广泛使用，称为网络互联事实上的标准。

数据转发

同一个网段内

封装

应用层数据通过协议栈发送到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部，称为封装。首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷有多长，上层协议是什么等信息。

这里的数据首部称为报头，是一种结构化的数据，类似于快递盒子上面的快递单，每一层都需要报头中的数据，来指导当前层进行某种协议决策。

解包

数据封装成帧后发送到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，称为解包。几乎每个报头，都明确了报头和有效载荷的边界。

分用

当前层协议根据首部中的 "上层协议字段" 将有效载荷交给对应的上层协议处理，称为分用。

局域网通信原理

MAC地址：用来识别数据链路层中相连的节点，在网卡出厂时就确定了，不能修改，MAC地址通常是唯一的（也有些网卡支持用户配置MAC地址）。

同一个局域网内，是可以直接通信的，网络资源被大家共享。发送到这个网段的数据并不是只有目标主机收到，而是这个局域网的所有主机都可以收到，收到数据的主机会根据数据帧中的目的MAC地址来选择接收或不接受该数据。

局域网的任何一个时刻，都只能有一台主机向局域网中发送数据，如果同时发送，可能发生数据碰撞的问题，所以每台主机都要有碰撞检测的能力，都要有碰撞避免算法。

跨网络

IP

IP用来标识网络中的不同主机，一个数据的IP地址几乎是一直不变的，标识的该数据从哪里来，到哪里去，而数据中的MAC地址是一直在变化的，标识了数据上一站从哪里来，下一站到哪里去。

路由器

路由器通常工作在网络层和数据链路层，既有IP地址，又有MAC地址。在一个局域网内，路由器在数据链路层通过MAC地址拿到数据，然后对数据进行解包后交付给上层网络层。上层根据目的IP地址进行路由，路由好后，将数据重新封装，并换上新的MAC地址，发送到下一站。

IP vs MAC

IP：用于网络寻址，它的作用空间是整个地球的网络。

MAC：用于数据链路层寻址，它的作用空间是局域网。

IP作为逻辑地址，不是一成不变的，而MAC是物理地址，在设备出厂是就被固定。