【Linux】计算机网络基础：协议、分层结构与数据传输解析

文章目录

前言
[1. 认识"协议"](#1. 认识“协议”)
- [1.1. 什么是协议](#1.1. 什么是协议)
- [1.2. 网络分层结构------网络 vs OS之间的关系](#1.2. 网络分层结构——网络 vs OS之间的关系)
- - [1.2.1. 软案分层](#1.2.1. 软案分层)
  - [1.2.2. 网络分层(为什么？是什么？怎么办？)](#1.2.2. 网络分层(为什么？是什么？怎么办？))
- [1.3. 站在语言角度，重新理解协议](#1.3. 站在语言角度，重新理解协议)
[2. 网络传输基本流程](#2. 网络传输基本流程)
[3. 数据包封装和分用](#3. 数据包封装和分用)
[4. 网络中的地址管理](#4. 网络中的地址管理)
- [4.1 认识IP地址](#4.1 认识IP地址)
- [4.2 认识MAC地址](#4.2 认识MAC地址)
总结

前言

在当今数字化时代，计算机网络已经成为我们日常生活和工作中不可或缺的一部分。无论是社交、工作还是学习，网络都扮演着至关重要的角色。然而，网络的复杂性和技术性往往让非专业人士感到困惑。本文旨在通过浅显易懂的语言，深入探讨网络协议的基本概念、网络分层结构以及数据传输的基本流程，帮助读者更好地理解计算机网络的工作原理。

1. 认识"协议"

1.1. 什么是协议

"协议"是一种约定，计算机协议------就是计算机之间的约定（减少通信成本：沟通成本）

1.2. 网络分层结构------网络 vs OS之间的关系

1.2.1. 软案分层

任何问题都可以添加一层软件层来解决

1.2.2. 网络分层(为什么？是什么？怎么办？)

为什么？:层和层之间是松耦合的，可以随时替换或方便维护。

为什么要存在网络协议?主要解决什么问题？客观事实就是"距离变远了"，必定会引发新问题：

如何使用数据的问题

可靠性问题

主机定位问题

数据报局域网转发的问题

解决问题：网络协议 tcp/ip协议，一种解决方案，好的方案？坏的方案？（可扩展方便维护），网络就是层状结构了！

是什么？ ：

OSI七层模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）

TCP/IP五层(或四层)模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）

网络 vs OS之间的关系：

世界上所有的OS只要想入网，就必须遵守 TCP/IP 协议，保证不同主机之间的数据通信！

1.3. 站在语言角度，重新理解协议

双方必须使用同样的数据类型，所以，经过网络传输，对方一定认识每个字段的大小、含义（约定）

相同的，结构化的数据结构类型（双方都认识的结构体数据类型！）

2. 网络传输基本流程

在同一个局域网主机中，能不能直接进行通信呢？能

原理是什么？以太网的通信原理！

以太网 ：任何时刻，只允许任何一台主机在局域网中发消息。
网络和OS一统：局域网本质，是一个临界资源!

如果我们要黑掉一个局域网，我改怎么做？不断的向局域网中发送垃圾数据。

局域网中，主机越多越好（交换机），还是越少越好？越少越好！

MAC地址 ：

报头不断被自顶向下进行交付的过程，要添加协议报头，叫做封装！

什么是协议报头呢？

封装：

报文 = 协议报头 + 有效载荷

应用层：request / response

传输层：数据段

网络层：数据报

链路层：数据帧

解包与分用

将报头和有效载荷进行分离

将自己的有效载荷交给上层那个协议

逻辑上：同层协议，都可以认为自己在和对方直接通信

路由器 至少要横跨两个子网，路由器要有两张网卡------两个mac地址。

举个唐僧取经例子 :

唐僧身上永远都会有两套地址:

src(大唐)，dst(西天)（源IP和目的IP地址（路径规划的依据））（不变的）
上一站从哪里来，下一站到哪里（源mac地址和目的mac地址）（一直在变换）

ip地址是由32位数字，xxx.xxx.xxx.xxx点分十进制

IP层协议往上没有任何不同，IP层以下因为网络的不同所以没法做成统一的报头。

在全网中标识一台主机，我们不谈MAC地址，我们谈IP地址即可。

3. 数据包封装和分用

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, 根据首部中的"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 ：

下图为数据分用的过程 ：

4. 网络中的地址管理

4.1 认识IP地址

IP协议有两个版本, IPv4和IPv6. 我们凡是提到IP协议, 没有特殊说明的, 默认都是指IPv4

IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;

对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;

我们通常也使用 "点分十进制" 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;

4.2 认识MAC地址

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;

长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)

在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址).

总结

通过本文的阅读，我们对计算机网络的协议、分层结构、数据传输流程以及地址管理有了更深入的认识。我们了解到协议是计算机之间通信的规则和约定，它减少了通信成本，提高了效率。网络分层结构，如OSI七层模型和TCP/IP模型，为我们提供了一种模块化的方法来理解和设计网络通信。数据包的封装和分用过程揭示了数据在网络中如何被组织、传输和处理。此外，我们还学习了IP地址和MAC地址的作用及其在网络通信中的重要性。

总之，计算机网络是一个复杂但有序的系统，通过本文的介绍，我们希望能够激发读者对网络技术的兴趣，并为他们提供必要的知识基础，以便更好地利用和理解网络技术。随着技术的不断进步，对网络的深入理解将变得越来越重要，希望本文能为读者打开探索计算机网络世界的大门。