深入理解网络原理1

文章目录

  • 前言
  • 一、网络初识
    • 1.1 IP地址
    • 1.2 端口号
    • 1.3 协议
    • 1.4 五元组
    • 1.5 协议分层
  • 二、TCP/IP五层协议
  • 三、封装和分用
  • 四、客户端vs服务端
    • 4.1 交互模式
    • 4.2 常见的客户端服务端模型
    • 4.3 TCP和UDP差别


前言

随着时代的发展,越来越需要计算机之间互相通信,共享软件和数据,即以多个计算机协同⼯作来完 成业务,就有了⽹络互连。


一、网络初识

1.1 IP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。
就像我们发送快递⼀样,需要知道对⽅的收货地址,快递员才能将包裹送到⽬的地。

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,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。
类似发送快递时,不光需要指定收货地址(IP地址),还需要指定收货⼈(端⼝号)。

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。

1.3 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。
协议(protocol)最终体现为在⽹络上传输的数据包的格式。

1.4 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

1.5 协议分层

协议分层是指将通信协议根据其功能和作用分为若干层次,每一层都有特定的功能和责任。通信协议的分层主要是为了提高系统的可扩展性、可维护性和可管理性。

分层的作⽤——
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。
这样能更好的扩展和维护,如下图:
在这里插入图片描述

二、TCP/IP五层协议

• 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)⼯作在⽹络层。
•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。

在这里插入图片描述

通俗的理解为:
在这里插入图片描述

三、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⻓,载荷(payload)有多⻓,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,根据⾸部中的 “上层协议字段” 将数据交给对应的上层协议处理。

eg.A通过QQ发送hello给B,封装过程如下:
①应用层(应用程序QQ)
QQ从消息输入框获取到用户输入的hello,就需要把这个字符串构造成一个应用层的数据包,QQ这样的程序内部就设置了一个应用层协议,应用层数据包就是按照这个应用层协议约定的格式来构造的。
在这里插入图片描述
应用程序会调用操作系统提供的api,把这个数据包交给传输层。

②传输层
把上述数据作为一个整体,再构造一个传输层的数据包(传输层涉及到的协议最主要的是TCP和UDP)。此处假定是使用UDP来进行通信,就会构造成一个UDP数据包。

在这里插入图片描述
拼好传输数据包之后,就要把这个数据包进一步的交给下层,网络层继续进行封装了。(交给下层,指的是下层协议提供一组api(函数),上层调用这个api,并且把刚才构造好的数据通过参数传过去,下层协议就可以来处理这个数据了)。

③网络层
这里涉及到的最核心的协议是IP协议。网络层IP协议,把刚才的传输层的UDP数据包作为一个整体,再拼上IP协议的报头,构造成一个IP数据包。
在这里插入图片描述

构造完成完整的IP数据包之后,IP协议继续调用数据链路层的api,把数据再交给数据链路层这里的协议进行处理。

④数据链路层
这里涉及到的核心协议,以太网(此处“以太”用来表示数据传输的介质)。
以太网数据帧,也是以IP数据包为一个整体,在这个基础上添加上帧头和帧尾。
在这里插入图片描述
这样的数据还需要交给物理层。

⑤物理层
硬件设备,把上述这样的以太网数据帧,二进制结构(一串0101为数据),转换成光信号(光纤,通过光的频谱进行编码)/电信号(网线,高电平/低电平)/电磁波(无线wifi),然后进行发送。

经过上述一系列的操作,数据终于从你的电脑上发送出去了。

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

暂时不考虑中间过程,假定数据包已经到达B的网卡了,B的处理过程就称为“分用”。
①B的物理层收到了光信号/电信号/电磁波,就会把这些物理信号转换成数字信号(二进制的0101),得到一个以太网数据帧,进一步的把这个数据帧交给数据链路层处理。
②数据链路层
按照以太网数据帧的格式来解析,取出其中的载荷,再交给上层协议。
在这里插入图片描述
③网络层
按照IP协议的格式进行解析,取出其中的载荷,再交给上层协议。
在这里插入图片描述
④传输层
按照UDP协议格式来解析,取出其中的载荷,再交给上层协议。
在这里插入图片描述
⑤应用层
按照QQ应用程序内部的应用层协议格式来解析数据。
在这里插入图片描述
QQ程序拿到这些信息之后,就会在窗口中给你弹出提示,并且把消息/消息的发送者/发送时间都显示到聊天窗口上。

真实情况下,两个主机不太会是通过网线直连的,而是通过一系列的交换机或者路由器来进行数据转发的。上述的封装分用过程同样适用,只不过,封装分用的程度不一定是到应用层(五层都有)。
对于交换机来说,就只需要封装分用到数据链路层即可;经典的路由器来说,就只需要封装分用到网络层即可。

描述一个网络上传输的数据“单位”可能会用到下面的术语:
在这里插入图片描述
网络编程本质上就是学习传输层给应用层提供的api,就可以写代码,把数据交给传输层,进一步的通过层层封装,就可以把数据通过网卡发送出去了。

交换机和路由器的区别? (经典面试题)
工作层次不同。交换机工作在数据链路层,而路由器工作在网络层。
数据转发所依据的对象不同。交换机是利用MAC地址来确定转发数据的目的地址,而路由器是基于路由表转发数据包。

传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域。 路由器提供了防火墙的服务,可以防止广播风暴(具有更高级别的安全性)。
交换机主要用于局域网内部的数据交换,而路由器则主要用于不同网络之间的数据传输。

四、客户端vs服务端

在网络中,主动发起通信的一方,称为“客户端”,被动接受的一方,称为“服务器”。同一个程序在不同的场景中,可能是客户端也可能是服务器。
客户端给服务器发送的数据,称为“请求”(request);
服务器给客户端返回的数据,称为“响应”(response)。

4.1 交互模式

  • “一问一答”:一个请求对应一个响应,常见于”网站开发“(web开发)。
  • ”一问多答“:一个请求对应多个响应,这个场景主要涉及到”下载“场景。
  • “多问一答”:多个请求对应一个响应,这个场景主要涉及到“上传”场景。
  • “多问多答”:一个请求对应多个响应,一个响应也可能对应多个请求,这个场景主要涉及到“远程控制/远程桌面",进行的鼠标键盘操作,都会作为一个个请求发送过去,所看到的画面作为响应。

4.2 常见的客户端服务端模型

最常见的场景,客户端是指给⽤⼾使⽤的程序,服务端是提供用户服务的程序:

  1. 客户端先发送请求到服务端
  2. 服务端根据请求数据,执⾏相应的业务处理
  3. 服务端返回响应:发送业务处理结果
  4. 客户端根据响应数据,展示处理结果(展示获取的资源,或提示保存资源的处理结果)

客户端与服务器通信——
在这里插入图片描述

4.3 TCP和UDP差别

TCP特点UDP特点
有连接无连接
可靠传输不可靠传输
面向字节流面向数据报
全双工全双工

最后,码字不易,如果觉得对你有帮助的话请点个赞吧,关注我,一起学习,一起进步!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/pingmian/5914.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

大模型咨询培训叶梓老师:数千大模型,1张GPU搞定——UC Berkeley提出全新微调方法S-LoRA

在大语言模型(LLM)的部署中,通常采用“预训练-微调”范式。为了适应多样化的任务,参数高效的微调方法如低秩适应(LoRA)被广泛使用。然而,如何高效地服务这些微调变体仍然是一个未探索的问题。S-…

VBA技术资料MF147:从Excel运行PowerPoint演示文稿

我给VBA的定义:VBA是个人小型自动化处理的有效工具。利用好了,可以大大提高自己的工作效率,而且可以提高数据的准确度。“VBA语言専攻”提供的教程一共九套,分为初级、中级、高级三大部分,教程是对VBA的系统讲解&#…

redis ZRANGE 使用最详细文档

环境: redis_version:7.2.2 本文参考 redis 官方文档1 语法 ZRANGE key start stop [BYSCORE | BYLEX] [REV] [LIMIT offset count] [WITHSCORES]参数含义key是有序集合的键名start stop在不同语境下,可用值不一样BYSCORE | BYLEX按照分数查询 | 相…

OceanBase 分布式数据库【信创/国产化】- OceanBase 数据库的发展历程

本心、输入输出、结果 文章目录 OceanBase 分布式数据库【信创/国产化】- OceanBase 数据库的发展历程前言OceanBase 数据更新架构OceanBase 数据库的发展历程OceanBase 分布式数据库【信创/国产化】- OceanBase 数据库的发展历程 编辑 | 简简单单 Online zuozuo 地址 | https:…

React 15~18每个阶段更新了什么

文章目录 React 15React 16React 17 试验性并发模式React 18 React 15 React.createClass (弃用) class 组件 函数组件(无状态、纯UI组件) 堆栈diff(同步更新state1->state2->state3…、每个更新过程不可中断&a…

【SQL每日一练】统计复旦用户8月练题情况

文章目录 题目一、分析二、题解1.使用case...when..then2.使用if 题目 现在运营想要了解复旦大学的每个用户在8月份练习的总题目数和回答正确的题目数情况,请取出相应明细数据,对于在8月份没有练习过的用户,答题数结果返回0. 示例代码&am…

13、Flink 的 Operator State 详解

1.算子状态 (Operator State) 算子状态(或者非 keyed 状态)是绑定到一个并行算子实例的状态,Kafka consumer 每个并行实例维护了 topic partitions 和偏移量的 map 作为它的算子状态。 当并行度改变的时候,算子状态支持将状态重…

Excel 批量获取sheet页名称,并创建超链接指向对应sheet页

参考资料 用GET.WORKBOOK函数实现excel批量生成带超链接目录且自动更新 目录 一. 需求二. 名称管理器 → 自定义获取sheet页名称函数三. 配合Index函数,获取所有的sheet页名称四. 添加超链接,指向对应的sheet页 一. 需求 ⏹有如下Excel表,需…

Java 正则表达式代码演示

正则表达式(Regular Expressions)是一种用于描述字符串匹配模式的强大工具。在 Java 中,可以使用 java.util.regex 包来处理正则表达式。 文章目录 一、基本用法二、高级用法 一、基本用法 导入正则表达式类: import java.util.regex.Patte…

Easy TCP Analysis上线案例库功能,为用户提供一个TCP抓包分析案例分享学习的平台

​案例库,提供给用户相互分享TCP抓包故障排查案例或是经典学习案例的功能,任何用户都可从案例库查看其它用户分享的案例,每个用户也都可以上传自己的案例,经过平台审核去重即可展示在案例库。 对于学习,最典型的三次握…

webscoket+webrtc实现语音通话

1.项目方案 前端采用webrtc创建音频上下文,后创建音频源输入和音频处理器,连接音频输入与处理器,处理器再连接到音频输出(扬声器),再通过事件获取音频数据,把音频数据转换成字节数据通过webscok…

【Docker学习】docker start深入研究

docker start也是很简单的命令。但因为有了几个选项,又变得复杂,而且... 命令: docker container start 描述: 启动一个或多个已停止的容器。 用法: docker container start [OPTIONS] CONTAINER [CONTAINER...] 别名&…

【网络编程】网络基础

TCP/IP五层模型 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…

搭建AI大模型步骤

搭建AI大模型需要以下步骤: 数据收集和预处理:收集大量的训练数据,并进行清洗、标注和预处理,使其适合模型训练。 模型选择:根据具体的任务需求,选择适合的深度学习模型,如卷积神经网络&#x…

QtConcurrent::run操作界面ui的注意事项

先说结论:QtConcurrent::run启动的耗时处理函数,不允许处理ui界面对象,如控件,如进度条等等! QtConcurrent::run非常好用,胜过QThead的两种方式(run和moveToThread),例如…

使用 uni-app 开发 iOS 应用的操作步骤

哈喽呀,大家好呀,淼淼又来和大家见面啦,上一期和大家一起探讨了使用uniapp开发iOS应用的优势及劣势之后有许多小伙伴想要尝试使用uniapp开发iOS应用,但是却不懂如何使用uniapp开发iOS应用,所以这一期淼淼就来给你们分享…

数据结构复习指导之数组和特殊矩阵

文章目录 数组和特殊矩阵 考纲内容 复习提示 前言 1.数组的定义 2.数组的存储结构 3.特殊矩阵的压缩存储 3.1对称矩阵 3.2三角矩阵 3.3三对角矩阵 4.稀疏矩阵 5.知识回顾 数组和特殊矩阵 考纲内容 (一)栈和队列的基本概念 (二&a…

【C++】:const成员,取地址及const取地址操作符重载

目录 一,const成员二,取地址及const取地址操作符重载 一,const成员 将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数,const修饰类成员函数,实际修饰该成员函数隐含的this指针,表明在该成员函数中不能对类的…

百度竞价开户详解:步骤、优势与注意事项

随着互联网的普及,网络营销已成为企业不可或缺的一部分。其中,百度竞价作为一种高效的网络推广方式,受到了越来越多企业的青睐。本文将详细介绍百度竞价开户的流程、优势以及注意事项,帮助企业更好地利用这一工具提升品牌知名度和…

UnityWebGL获取话筒实时数据

看了木子李大佬的数字人https://digital.lkz.fit/之后,我也想搞一个,于是开始研究起来,先从WebGL录音开始,一共试了三个插件,个个都有问题…… 1、UnityWebGLMicrophone 用起来没啥问题,但是只能录音&#…