计算机网络技术概述-01

一、计算机网络 

1、网络的概念

两个不在地理位置的主机，通过传输介质和通信协议，实现通信和资源共享。计算机网络技术涉及计算机系统之间的通信和数据交换。它包括硬件、软件、协议和标准，用于实现计算机之间的连接和数据传输。

2、网络发展史

• 计算机网络发展的第一个阶段（60年代）
  标志性事件：APRANET
  20世纪60年代，当时美国国防部高级研究计划局（ARPA）启动了ARPANET项目。ARPANET是第一个使用分组交换技术的网络，旨在实现不同计算机之间的通信。1969年，ARPANET成功连接了四所大学的计算机，标志着互联网的雏形诞生。

• 计算机网络发展的第二个阶段（70-80年代）
  标志性事件：NSFNT
  1970年代，ARPANET逐渐扩展，研究人员开发了TCP/IP协议，这是互联网通信的基础协议。TCP/IP协议允许不同类型的网络相互连接，形成了“网络的网络”，即互联网。1983年，ARPANET正式采用TCP/IP协议，这被认为是互联网正式诞生的标志。
• 计算机网络发展的第三个阶段（90年代）
  标志性的事件：Web
  1989年，欧洲核子研究中心（CERN）的蒂姆·伯纳斯-李（Tim Berners-Lee）提出了万维网（World Wide Web）的概念。万维网通过超文本传输协议（HTTP）和超文本标记语言（HTML）实现了信息的共享和浏览。1991年，第一个网页上线，万维网迅速普及，成为互联网最重要的应用之一。

3、网络的四要素

• 传输介质：同轴线缆，光纤，双绞线，无线电波等
• 通信协议：设备之间的语言，比如——eigrp，rip，OSPE，is-is，BGP，TCP，ip，ppp等
• 资源：数据，图片，视频，音频;
• 终端：手机，笔记本，台式机，平板等 

4、网络功能

• 数据通信
• 资源共享
• 增加可靠性
• 提高系统处理能力 

5、 网络类型

• WAN（Wide Area Network）广域网（外部网络）
  范围：几十到几千米
  作用：用于连接远距离的计算机网络
  典型应用：Internet，MAN（Metropolitan Area Network）
• LAN（Local Area Network）局域网（内部网络）
  范围：1千米左右
  作用：用于连接较短距离内的计算机
  典型应用：企业网，校园网

6、网络协议与标准

协议三要素：

• 语法：多个对象协商的一个接口对象
• 语义：解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与
  做出什么样的响应。
• 同步：以多字节或多比特组成的数据快为传送单位，仅在帧的起始处同步，帧内维持固定的时钟。
• 标准：大家一致认同的协议

7、网络中的常见概念

编号	概念	说明
1	主机	也称做终端，任何一种能够连接网络的设备
2	通信链路	由物理链路（同轴电缆，双绞线，光纤等）连接到一起组成的一种物理通路
3	路由器	和链路层交换机一样，都属于交换机，重要用于转发数据
4	分组	当一台端系统向另一台端系统发送数据时，通常会将数据进行分片，然后为每段加上首部字节，从而形成分组。这些分组通过网络发送到端系统，然后再进行数据处理。
5	路径	一个分组所经历的一系列通信链路和分组交换机称为通过这个网络的路径。
6	因特网服务商	ISP。网络运营商，联通，移动，电信等
7	网络协议	计算机网络中为进行数据交换而建立起的规则、标准或者约定。
8	IP	国际协议。规定了路由器和端系统之间发送和接受的分组格式
9	TCP/IP协议簇	以TCP、IP协议为主的一系列协议。ICMP协议、ARR协议、UDP协议、DNS协议、SMTP协议等
10	套接字接口	指的就是socket接口，规定了端系统之间通过因特网进行数据交换的方式
11	协议	协议定义了两个以上通信实体之间的交换报文格式和顺序所遵循的标准。
12	丢包	在计算机网络中指分组出现丢失的情况
13	吞吐量	单位时间内成功传输数据的数量
14	IP地址	网络协议地址，在互联网中唯一识别主机的一种地址。每台入网的设备都有一个IP地址又分为内网IP和公网IP
15	端口号	在同一台主机内，端口号用于标识不同应用程序进程。
16	URI	uniform resource identifier，统一资源标识符。
17	URL	uniform resource locator，统一资源定位符，URI的子集。
18	HTML	hyper text markup language，超文本标记语言。一种用于创建网页的标 准标记语言，通过一系列标签将网络上的文档格式统一，使分散的Internet 资源连接为一个逻辑整体。
19	web页面	web，page，由页面上的很多对象组成。
20	web服务器	web，server，可以向浏览器等web客户端提供文档，也可以放置网站文件、数据文件、供全世界浏览和下载。主流的有Apache、Nginx、IIS。
21	webservice	一种跨编程语言和操作系统平台的远程调用技术。
22	CDN	content delivery network，内容分发网络。应用了http协议里的缓存和代 理技术，代替源站响应客户端的请求。CDN是构建在现有网络基础之上的 网络，它依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容 分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高 用户访问响应速度和命中率。
23	WAF	一种应用程序保护系统，它是一种通过执行一系列针对HTTP/ HTTPS的安 全策略来专门为Web应用提供保护的一款产品，它是应用层面的防火墙， 专门检测HTTP流量，是防护 Web 应用的安全技术。
24	HTTP协议	hypertext transfer protocol，超文本传输协议。是一个在计算机世界里专 门在两点之间传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约定和规范。
25	SMTP协议	提供电子邮件服务的协议。主要用于系统之间的邮件新仙尼传递，并提供 有关来信的通知。
26	DNS协议	用于把人类易于记忆的网络地址名称映射为主机能够识别的IP地址。
27	TELNET协议	远程登录协议，允许用户（Telnet客户端）通过一个协商过程来与一个远程 设备进行通信，它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能 力。
28	SSH协议	SSH是一种建立在应用层上的安全加密协议。因为TELNET在主机和远程主 机的发送数据包的过程中是明文传输，未经任何安全加密，容易被网上不 法分子嗅到数据包来搞事情。为了数据的安全性，一般会用SSH进行远程登 录。
29	FPT协议	文件传输协议，是应用层协议之一。包括FTP服务器和FTP客户端。用户可 以使用FTP客户端通过FTP协议访问位于FTP服务器上的资源。FTP协议传输 效率很高，一般用来传输大文件。
30	单向数据传 输	数据的流向只能是单向的，也就是从发送端到接收端。
31	双向数据传 输	数据流向是双向的，又叫全双工通信。
32	面向连接的	指应用进程在向另一个应用进程发送数据前，需要先进行握手，即它们必 须先互相发送预备报文段，用来建立确保数据传输的参数。
33	三次握手	TCP连接的建立需要经过三个报文段的发送，这种连接的建立过程被称为三 次握手。
34	四次挥手	TCP断开连接需要经过四个报文段的发送，这种断开过程是四次挥手。
35	IPv4	国际协议的第四个版本，使用32位的地址
36	IPv6	网际协议的第六个版本，IPv6的地址长度为128位。IPv6的使用，解决了网 络资源地址数量的问题，也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。
37	接口	主机和物理链路之间的边界
38	ARR协议	一种解决地址问题的协议。通过IP位线索，可以定位下一个用来接受数据的 网络设备的MAC地址。如果目标主机和主机不在同一个链路上时，可以通 过ARP查找下一条路由的地址。ARP只适用于IPv4。
39	RARP	将ARP反过来，通过MAC地址定位IP地址的一种协议。
40	代理ARP	用于解决ARP包被路由器隔离的情况，通过代理ARP可以实现将ARP请求转 发给临近的网段。
41	ICMP协议	Internet报文控制协议。如果在IP通信过程中由于某个IP包由于某种原因未 能到达目标主机，那么将会发送ICMP消息，ICMP实际上是IP的一部分。
42	DHCP协议	一种动态主机配置协议。使用DHCP就能实现自动设置IP地址、统一管理IP 地址分配，实现即插即用。
43	NAT协议	网络地址转换协议。指所有本地地址的主机在接入网络时，都需要在NAT 路由器上将其转换成全球IP地址，才能和其他主机进行通信。
44	IP隧道	由路由器把网络层协议封装到另一个协议中从而跨过网络传输到另外一个 路由器的过程。
45	单播	1对1发送信号。例如早期的固定电话。
46	广播	主机和与他连接的所有端系统相连，主机将信号发送给所有的端系统。
47	多播	与广播类似，不同在于多播需要限定在某一组主机作为接受端。
48	任播	在特定的多台主机中选出一个接收端的通信方式。
49	IGP	内部网关协议，一般用于企业内部自己搭建的路由自制系统
50	EGP	外部网关协议，通常用于在网络主机之间相互交换路由信息
51	MPLS	一种标记交换技术，会对每个IP数据包都设定一个标记，然后根据这个标记 进行转发。
52	MAC协议	媒体访问控制协议，规定了帧在链路上传输的规则
53	以太网	以太网是一种当今最普遍的局域网技术，它规定了物理层的连线、电子信 号和MAC协议的内容。
54	VLAN	虚拟局域网是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置 的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将他们组织起来，相互之间的 通信就好像它们在同一个网段中一样，所以称为虚拟局域网。
55	基站	无线网络的基础设施。

8、网络拓扑结构

网络拓扑结构定义了网络中设备的物理或逻辑布局。常见的拓扑结构包括总线型、星型、环型、网状型和混合型。

• 星型拓扑
  优点：易于实现、易于网络扩展、易于故障排查。
  缺点：中心节点压力大
• 网型拓展
  优点：每个节点至少与其他两个节点相连，可靠性高
  缺点：组网成本高

二、网络模型

1、分层思想

• 概述 ：
  分层思想的核心理念是将复杂的系统或问题划分为多个独立的、相互关联的层级，每个层级有不同的功
  能和责任。这种分层的方式可以使系统或问题更具结构化和可管理性，简化设计和实施过程，并提高系
  统或问题的可扩展性和互操作性。
• 核心理念：
  模块化：将系统或问题划分为多个模块或层级，每个层级负责特定的功能，模块之间相互独立但也 相互关联。这样可以降低复杂度，使系统设计更加清晰和可扩展。
  
  抽象性：每个层级都对其他层级提供特定的抽象接口，屏蔽了底层实现的复杂性，使各层级之间的交互更加简化和统一。这样可以提高代码的可维护性和可重用性。
  
  松耦合：每个层级之间通过抽象接口进行交互，层级之间的耦合度尽可能地降低，使得各个层级可以独立地进行修改和演变。这样可以使系统更具灵活性和可扩展性。
  
  可替换性：由于每个层级之间的耦合度较低，所以可以灵活地替换或添加新的功能层级，而不需要对其他层级进行修改。这样可以使系统更容易适应变化的需求和技术。

2、OSI七层模型

• 应用层 Application Layer
  作用：
          应用层为用户提供网络应用和服务，如电子邮件、文件传输、远程登录等。应用层负责处理高层应用程序之间的通信，满足用户需求，提供与用户的接口。 
  
  数据封装与解封装过程：
          在发送端，应用层会将数据分割成合适的格式，如HTTP请求或SMTP邮件等。接收端则根据应用层的首部信息，将数据还原为原始格式。这就是应用层的解封装过程

• 表示层 Presentation Layer
  
  作用：
          表示层负责处理数据的表示方式。它将数据从应用程序格式转换为网络格式，并提供数据压缩、加密等服务。表示层还会根据不同的应用需求，对数据进行分组或分割。定义传递信息的语法和语义，编码和解码、压缩解压缩、加密解密
  
  数据封装与解封装过程：
          在发送端，表示层会对数据进行必要的处理，如分割、压缩、加密等。接收端则需要根据表示层的首部信息，将数据还原为原始格式。这就是表示层的解封装过程。
   
• 会话层 Session Layer
  
  作用：
          会话层负责建立、管理和终止会话。它会为会话分配唯一的会话标识符，以确保会话的完整性和可靠性。会话层还负责处理会话之间的数据交换和同步。建立用户间的会话关系。
  
  数据封装与解封装过程：
          在发送端，会话层会为数据添加一些会话控制信息，如会话标识符、状态等。接收端则通过识别这些信息，将它们从数据中提取出来，并传递给下一层。这就是会话层的解封装过程。

• 传输层 Transport Layer
  
  作用：
          传输层为应用层提供端到端的数据传输服务。它负责将数据分割成更小的单元，如TCP或UDP数据（报文）段，并确保它们按照正确的顺序传输到目的地。传输层还负责处理流量控制和错误恢复等问题。用户进程间的通信，承上启下
  
  数据封装与解封装过程：
          在发送端，传输层将为数据添加TCP或UDP的首部，包含序列号、确认号等信息。接收端则通过识别这些信息，将它们从数据段中提取出来，并传递给下一层。这就是传输层的解封装过程。
• 网络层 Network Layer
  
  作用：
          网络层负责在整个网络中选择和定位传输路径，处理分组的传输和路由问题。它主要负责IP地址的解析和路由信息的获取，以便将数据从一个网络传输到另一个网络。数据包封装结构，源和目的方的逻辑地址 （IP地址），根据包头的逻辑地址选路
  
  数据封装与解封装过程：
          网络层会将数据分割成更小的单元，如IP数据包，并为每个数据包添加一些额外的信息，如IP地址、校验和等。接收端则通过识别这些信息，将它们从数据包中提取出来，并传递给下一层。这个过程就是网络层的解封装过程。
• 数据链路层 Data Link Layer
  作用：
          数据链路层负责在相邻节点之间提供可靠的数据传输服务。它负责将原始的比特流组成一个个数据帧，并提供流控制和错误检测功能。在数据封装和解封装过程中，数据链路层主要负责添加和删除数据帧的首部和尾部。数据帧封装结构，源和目的方的物理地址（MAC），数据校验功能。
  
  数据封装与解封装过程：

          在发送端，数据链路层将数据分割成多个数据帧，并为每个数据帧添加首部和尾部。这些首部和尾部包含了用于传输控制和错误检测的信息。接收端则通过识别这些首部和尾部，将它们从数据帧中提取出来，并传递给下一层。这就是数据链路层的解封装过程。

  
   
• 物理层 Physical Layer
  
  作用：
          物理层负责在计算机之间传输原始的比特流。它定义了电气、光学和物理接口的特性，以及数据在传输媒介上的传输方式。在数据封装和解封装过程中，物理层主要负责比特流的传输和接收。如何使用物理 信号来表示数据1和0，数据传输是否可同时在两个方向上进行，通信双方如何建立和中止连接，物理接口特性。
  
  数据封装与解封装过程：
           在发送端，物理层将比特流添加到数据帧的首部，形成一个新的数据单元。这个过程就是数据封装。在接收端，物理层将这个数据单元的首部移除，并传递给下一层。这就是数据解封装。

3、TCP/IP五层模型

• 应用层
  协议：
  
  HTTP | HTTPS
  超文本传输协议
  检测端口号80/tcp | 443/tcp
  
  FTP
  文件传输协议
  检测端口号21/TCP
  
  TFTP
  简单文件传输协议
  检测端口号69/UDP
  
  DNS
  域名解析协议
  检测端口号
  检测端口号53/UDP
  
  SMTP
  邮件传输协议
  检测端口号25/TCP
• 传输层
  协议：
  
  TCP
  传输控制协议
  
  UDP
  用户数据报协议
• 网络层
  协议：
  
  ICMP
  控制报文协议
  用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。（ping命令）
  
  IGMP
  Internet组管理协议
  组播协议
  运行在主机和组播路由器之间
  
  ARP
  地址解析协议
  根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息解析目标硬件地址（MAC地址）信息，以保证通信的顺利进行。
  
  RARP
  反向地址转换协议
  RARP发出要反向解析的物理地址并希望返回对应的IP地址，应答包括由能提供所需信息的RARP服务器发出的地址
  
  IP
  代表所有的协议
  
  RIP
  动态路由协议
• 数据链路层
  协议：
  
  以太网（Ethernet）
  
  无线局域网（Wi-Fi）
  
  点对点协议（PPP）
• 物理层
  协议：
  
  以太网（Etnernet）
  
  无线局域网（Wi-Fi）
  
  光纤通道（Fibre Channel）

4、数据的封装与解封装过程

• PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元） 
  
  
  数据段：segment
  
  数据包：packer
  
  数据帧：frame
  
  比特流：bits
• 数据封装与解封过程
  
   TCP/IP五层模型每层对应的工作设备
• 应用层：终端设备
• 传输层：防火墙
• 网络层：路由器
• 数据链路层：交换机
• 物理层：网卡