第一章 网络基础知识

1.1 计算机网络出现的背景

• 单机模式/独立模式 -> 网络互连模式 -> LAN/WAN
• 计算机通信 -> 信息通信

1.2 计算机与网络发展的7个阶段

1、 批处理

• 用户将程序装入卡带 -> 操作员处理

2、 分时系统

• 通过各个终端访问同一个主机——独占性

3、 计算机之间的通信

• 数据转储：通过磁带、软盘等

• 多台计算机分布式处理

4、计算机网络的产生

• 窗口系统：用户可以同时执行多个程序；还可以在程序间自由切换作业

5、互联网的普及

6、以互联网技术为中心的时代

• 曾经一直作为通信基础设施的电话网，也随着时间的推移，被IP网替代。而IP网本身就是互联网技术的产物。

7、从“单纯建立连接”到“安全建立连接”

• 在互联网普及的初期，然们更关注单纯的连接性，以不受任何限制的建立互联网连接为最终目的。然而现在，人们已不再满足于“单纯建立连接”，而是更为追求“安全建立连接”的目标。

• 计算机网络最初的目的是连接一个个独立的计算机，从而提高生产力。现代计算机网络的首要目的之一，似乎连接人与人。

1.3 协议

• “计算机网络体系结构”将网络协议进行了系统的归纳。

  • 网络体系结构	协议	主要用途
    TCP/IP	IP、TCP、UDP、HTTP、ICMP...	互联网、局域网
    IPX/SPX	IPX、SPX、NPC...	个人电脑局域网
    ...	...	...

• 协议就是计算机与计算机之间通过网络实现通信时，事先达成的一种“约定”。

• 若在CPU和操作系统不同的计算机之间实现通信，则需要一个各方支持的协议，并遵循这个协议进行数据读取。

• 人类在交流过程中，即使漏掉几个词语，也可以通过语境、语气等进行推测，而计算机不可以。因此，在设计计算机程序与硬件时，要充分考虑通信过程中可能会遇到的各种异常以及对异常的处理。

• 分组交换协议： 数据分装。

1.4 协议由谁规定

• 最初，各厂商的协议之间并不互相兼容。对用户来说，最初采用了哪个厂商的计算机网络产品，就只能一直用同一家厂商的。
• ISO（国际标准化组织）指定了OSI（开放式通信系统互联参考模型）。

1.5 协议分层与OSI参考模型

1、协议的分层

• 在OSI参考模型中，每个分层都接收由它下一层所提供的特定服务，并且负责为自己的上一层提供特定服务。
• 上下层之间进行交互时所遵循的约定叫“接口”，同一层之间的交互所遵循的约定叫“协议”。

2、通过对话理解分层

A和B打电话，都说汉语，但其实实际过程是，A的话传入电话中，电话将其转为电子信号，给B的电话，B才能听到，所以电话其实是一个中介。

3、OSI参考模型中各个分层的作用

分层名称	功能
应用层	针对特定应用的协议。	电子邮件协议、远程登录协议、文件传输协议等
表示层	设备固有数据格式和网络标准数据格式的转化。	文字编码格式GBK等
会话层	通信管理。负责建立和断开通信连接。	何时建立连接？何时断开连接？
传输层	管理两个节点间的数据传输（可靠传输）。	是否有数据丢失？
网络层	将数据传到目标地址。地址管理与路由选择。	寻址&&路由选择。
数据链路层	数据帧与比特流之间的转换。
物理层	比特流与电子信号之间的切换。

1.6 OSI参考模型通信处理举例

1、七层通信

• 在7层OSI模型中，如何模块化通信传输？
  • 首部 + 内容

2、会话层以上的处理

• 以发送电子邮件为例

• 应用层：输入电子邮件内容后，发送给目标地址

  • 首部信息包括：内容、目标地址、发送人

• 表示层：“统一的网络数据格式” 与 “某台计算机或某款软件特有的数据格式” 之间的转换

  • 首部信息包括：识别编码格式（UTF-8、GB2312等）等

• 会话层：采用何种连接方法？何时建立连接、何时发送数据？

  • 如：每发一封邮件，建立一次连接，随后断开；建立好连接后，连续发送五封邮件；同时建立好五个连接，同时发送五封邮件

3、传输层以下的处理

• 传输层：进行实际的“建立连接”和“断开连接”。保证数据传输的可靠性。

  • 传输层为确保所传输的数据到达目的地址，会在通信两端的计算机之间进行确认，如果数据没有到达，会负责重发。

• 网络层：数据传输。

  • 目的地址。

• 数据链路层：数据处理。

  • 在通过传输介质互连的设备之间进行数据处理。

网络层和数据链路层都是基于目标地址将数据发送给接收端的。

但是网络层负责将整个数据发送给最终目标地址，而数据链路层则只负责发送一个分段内的数据。

• 物理层：将包含MAC地址信息的首部附加到从网络层转发过来的数据上。

1.7 传输方式的分类

1、面向有连接型和面向无连接型

• 面向有连接就像打电话（TCP）
• 面向无连接就像寄快递（UDP）

2、根据接收端数量分类

• 单播、广播、多播、任播

3、电路交换与分组交换

1.8 地址

• 唯一性：IP地址、MAC地址
• 层次性：IP地址（网络号+主机号）

MAC寻址中参考的叫做地址转发表。

IP寻址中参考的叫做路由控制表。

目前，地址转发表和路由控制表并不需要在网络中的各个节点手动设置，而是由这些节点自动生成。

地址转发表根据自学自动生成；路由控制表根据路由协议自动生成。

1.9 网络的构成要素

设备	作用	作用
网卡（网络适配器）
中继器	物理层	对减弱的信号进行放大；不能在传输速度不同的媒介间转发。
网桥（2层交换机）	数据链路层	用CRC（循环冗余校验码）方式校验数据是否正确。根据物理地址。
路由器（3层交换机）	网络层	根据IP地址进行处理。
4-7层交换机	传输层	负载均衡器、带宽控制等
网关		负责协议的转换、数据的转发

网关负责读取完各种不同的协议后，对他们逐一进行合理转换，再将相应的数据转发出去。

如：手机和电脑之间互发电子邮件。

• 代理服务器也是网关的一种，称为应用网关。