网络通信基础

素颜马尾好姑娘i 2024-03-29 15:31 118阅读 0赞

## 目录： ##

##### 一、IP地址 #####

##### 二、端口号 #####

##### 三、关于协议 #####

##### 四、五元组 #####

##### 五、协议分层 #####

###### 分层的作用 ######

###### OSI七层模型 ######

###### TCP/IP五层(或四层)模型 ######

###### 网络设备所在分层 ######

##### 六、关于封装和分用 #####

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## 一、IP地址 ##

IP地址主要用于定位网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节），如：

01100100.00000100.00000101.00000110。通常用“点分十进制”的方式来表示，如：

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## 二、端口号 ##

IP地址解决了网络通信时，定位网络主机的问题，但是还存在一个问题，传输到目的主机后，由哪个进

程来接收这个数据呢？这就需要端口号来标识。

在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简

单说：**端口号用于定位主机中的进程**。端口号是0~65535范围的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定一个端口号，来发送及接收网络数据。

注意：两个不同的进程，不能绑定同一个端口号，但一个进程可以绑定多个端口号

## 三、关于协议 ##

有了IP地址和端口号，可以定位到网络中唯一的一个进程，但是，网络通信是基于二进制

0/1数据来传输，网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同一个类型的数据，格式可能也不同，所以基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式。

网络协议是网络通信（即网络数据传输）**经过的所有网络设备**都必须共同遵从的一组约定、规则。协议**最终体现为在网络上传输的数据包的格式。**

## 四、五元组 ##

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：

1. 源IP：标识源主机

2. 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程

3. 目的IP：标识目的主机

4. 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程

5. 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

可以在cmd中，输入 netstat -ano 查看网络数据传输中的五元组信息：

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## 五、协议分层 ##

##### 分层的作用 #####

对于网络协议来说，往往分成几个层次进行定义。分层最大的好处，类似于面向接口编程：定义好两层间的接口规范，让双方遵循这个规范来对接。

在代码中，类似于定义好一个接口，一方为接口的实现类（提供方，提供服务），一方为接口的使用类（使用方，使用服务）：

对于使用方来说，并不关心提供方是如何实现的，只需要使用接口即可

对于提供方来说，利用封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接口即可。

##### OSI七层模型 #####

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OSI 七层模型既复杂又不实用：所以 OSI 七层模型没有落地、实现。实际组建网络时，只是以 OSI 七层模型设计中的部分分层，也即是以下 TCP/IP 五层（或四层）模型来实现。

##### TCP/IP五层(或四层（不算物理层）)模型 #####

**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**。

**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。

**网络层**：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。

**数据链路层**：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）工作在数据链路层。

**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）工作在物理层。

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物理层我们考虑的比较少。因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型。

##### 网络设备所在分层 #####

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，也即是TCP/IP五层模型的**下四层**；

对于一台**路由器**，它实现了从网络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的**下三层**；

对于一台**交换机**，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的**下两层**；

对于**集线器**，它只实现了**物理层**；

注意我们这里说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为二层交换机（工作在TCP/IP五层模型的下两层）、三层路由器（工作在TCP/IP五层模型的下三层）。随着现在网络设备技术的不断发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的网络设备都是传统意义上的交换机和路由器。

## 六、关于封装和分用 ##

不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段(segment)，在网络层叫做数据报(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。

应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部(header)，称为**封装**(Encapsulation)。

首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷(payload)有多长，上层协议是什么等信息。

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数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，根据首部中的 "上层协议字段" 将数据交给对应的上层协议处理，这就称为**分用**。

关于分用就是上述封装的反过程，从下到上，层层解析。

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