网络原理(网络协议初识)

 

目录

1.网络通信基础

 1.1IP地址

 1.2端口号

 1.3认识协议

1.4五元组 

1.5 协议分层

 2.TCP/IP五层(或四层)模型

2.1网络设备所在分层

2.2网络分层对应

 3.封装和分用


1.网络通信基础

        网络互连的目的是进行网络通信,也即是网络数据传输,更具体一点,是网络主机中的不同进程间,基于网络传输数据。 

 1.1IP地址

        IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备(如路由器)的网络地址。简单说, IP 地址用于定位主机 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“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,即 a.b.c.d 的形式(a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数)。如:100.4.5.6。

 1.2端口号

        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。

        其中:0 ~ 1023 知名端口号 ,这些端口预留给服务端程序绑定广泛使
用的应用层协议,
  • 22端口:预留给SSH服务器绑定SSH协议
  • 21端口:预留给FTP服务器绑定FTP协议
  • 23端口:预留给Telnet服务器绑定Telnet协议
  • 80端口:预留给HTTP服务器绑定HTTP协议
  • 443端口:预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议

 1.3认识协议

          协议,网络协议的简称,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。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定,计算机之间才能相互 通信交流。通常由三要素组成:   

 1. 语法:即数据与控制信息的结构或格式; 

2. 语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应;  

3. 时序,即事件实现顺序的详细说明。 

        协议(protocol最终体现为在网络上传输的数据包的格式 

 

        计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过 " 频率 " " 强弱 " 来表示 0 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。

1.4五元组 

TCP/IP协议中,用五元组来标识一个网络通信:

1. 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

 

1.5 协议分层

为什么需要网络协议的分层?

        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。

 2.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。
  • 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。

 

2.1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
  • 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

2.2网络分层对应

         网络数据传输时,经过不同的网络节点(主机、路由器)时,网络分层需要对应。 以下为同一个网段内的两台主机进行文件传输

 

 3.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。
  • 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 "上层协议字段" 将数据交给对应的上层协议处理

 下图为数据封装的过程

 

 

 

 

 

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