网络基础

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。
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。
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。
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。
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。

物理层我们考虑的比较少. 因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型。

一般而言：

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;

对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层;

对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层;

对于集线器, 它只实现了物理层;

但是并不绝对. 很多交换机也实现了网络层的转发; 很多路由器也实现了部分传输层的内容(比如端口转发);

3.1、为什么要有TCP / IP 协议？

首先，即使是单机，计算机的内部也是存在各种各样的协议，比如：其他设备和内存通信时会有内存协议；其他设备和磁盘进行通信，会有磁盘协议。

其次，网络通信的最大特点也是最大的问题：主机之间的距离变远了，任何通信特征的变化一定会带来新的问题，有问题就必须要解决问题，所以就需要产生新的协议。

3.1.1、主机之间变远产生的问题：

1、如何将数据发送到路由器？

2、如何把数据发送到对应的主机上？（网络上主机太多了，如何进行定位要发送到的主机？

3、数据发送后，如果丢失了怎么办？

4、发送数据只是手段，不是目的，使用数据才是目的？接收到数据的主机将如何处理数据？如何使用数据？

以上都需要使用协议进行解决，所以TCP/IP协议的本质就是一种解决方案，而为什么需要有TCP/IP协议的原因就是主机之间的距离变远了。

3.1.2、TCP/IP协议于操作系统的关系

在TCP/IP 协议的五层分层模型中，传输层和网络层都是在操作系统内部进行实现的，所以网络层和传输层都必须要遵守TCP/IP协议栈的规矩，即便是两个不同的操作系统，它们内部的传输层和网络层都必须要遵守TCP/IP协议，因为这事关之后的网络通讯、操作系统互相通讯的问题。

4、局域网

局域网（Local Area Network，简称LAN）是一种在有限区域内（如一个学校、一栋大楼、一个企业或一个家庭内部）将各种计算机、外设、数据库等互相连接起来，实现资源共享和信息交换的计算机网络。局域网具有覆盖范围小、传输速率高、误码率低、易于配置和管理等特点。

简单来说，局域网就是使用了同一个网络线路的，就是局域网

4.1、Mac

局域网是能够进行直接通信的，而在通信的过程中，每一台主机都需要有一个唯一的标识符：Mac

1、MAC地址（Media Access Control Address）是一个用于唯一标识网络上每个设备的物理地址

2、MAC地址是48位长的二进制数，以及6个字节，一般用16进制数字加锁冒号的形式来表示，例如：08：00：27：03：fb：19

3、在局域网中，当设备需要与其他设备通信时，它们会使用MAC地址来识别对方。

4、MAC地址主要用于局域网内的链路层通信，用来识别数据链路层中相连的节点;。当数据包从一台设备发送到另一台设备时，它们首先在局域网内使用MAC地址进行传输。

5、MAC地址是唯一的值，在出厂之前就设置好了，且是集成于网卡的，在计算机开机时，会根据协议将网卡内部的mac地址读取到操作系统中。

4.1.1 在Linux内使用指令 ifconfig 进行Mac地址的查看

4.2、数据碰撞

以太网中，任何时刻，只允许一台机器向网络中发送数据

如果有多台同时发送，会发生数据干扰，我们称之为数据碰撞

所有发送数据的主机要进行碰撞检测和碰撞避免，例如：例如让发送数据的主机进行一段时间的休眠，同时休眠的时候，可以让其他的主机进行数据的发送。

没有交换机的情况下，一个以太网就是一个碰撞域

局域网通信的过程中，主机对收到的报文确认是否是发给自己的，是通过目标Mac地址判定

4.3、封装与解包

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.

对于每一层增加的封装，我们可以称作报头，当每一层的报头进入下一层后，这些报头会和数据合体变成一个有效的荷载，而新一层的封装变成了新的报头。

如上图所示，网络数据之间的传输正是从用户将数据输入应用层，随后由应用层开始进行一层一层的往下进行封装，直到数据链路层，通过局域网之间的Mac地址的联系将封装的数据进入另一个主机当中，由主机2的数据链路层开始，一层一层的往上将数据进行解包，直到另一个用户获取到，用户A输入的数据。

这个过程看似简单，但实际上还是有问题产生的：那就是每一层解包报头后，剩下的有效荷载，应该交给上层哪一种协议？ (每一层都有许多的协议，如下图所示)

5、跨网络传输与 IP

IP协议有两个版本, IPv4和IPv6. 我们整个的课程, 凡是提到IP协议, 没有特殊说明的, 默认都是指IPv4
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;

5.1 、在Linux内使用指令 ifconfig 进行Mac地址的查看

5.2 、路由器与跨网络传输

跨网段的主机的数据传输，这些传输的数据从一台计算机到另一台计算机传输的过程需要经过一个或多个路由器，如下图所示：

如果路由器要进行数据的跨网络传输则至少需要集联两种网络，链接两个网络，所以路由器可以配上多张网卡，如下图所示，左边是以太网网卡，右边是令牌环网网卡。

5.3、跨网络运输也需要从上到下的封装和解包

如图所示，传递数据要有起始地址和最终的地址，这两个地址都在报文内部。

数据从上到下要进行封装，也就是添加报头，但是在网络层还需要进行一个操作，就是路由操作。

因为要进行跨网络操作传输操作，所以传输的数据并不是传输给当前局域网内部的，所以它会把数据推送给路由器

路由的操作并不是判断数据该去哪里，而是判断数据最终进入的地方是否是当前局域网内部

但是数据也并不是直接由路由操作从网络层交给路由器，而是先向下进行交付继续封装，也就是添加报头。

且这个报头内部要添加路由器网卡地址，然后将整个报文进入当前局域网，让路由器进行接收

然后让路由器确认报文，让路由器的网络层进行解包。

同时路由器的网络层也需要进行一个路由的功能，当查询到数据要进入的地址是另一个直连的网段，则会解包后的报文，再度进行封装，然后传递给另一个局域网，让那个局域网对报文进行解包。

6、IP和Mac的区别

1、唯一性：

IP地址：在全局范围内（除非使用私有地址）必须是唯一的，但可以被管理员更改或重新分配。
Mac地址：每个网络设备的Mac地址都是唯一的，且不可更改，由制造商在设备制造时分配。

2、可变性：

IP地址：具有可变性，可以根据需要进行更改或重新分配。
Mac地址：具有固定不变性，一旦分配就不能被用户更改。

3、层次与位置：

IP地址：位于网络层，用于标识逻辑网络上的设备和主机，支持跨网络通信。
Mac地址：位于数据链路层，主要用于标识局域网内的物理设备，不能跨越不同网络。

4、长度与表示：

IP地址：目前主流是32位长（IPv4），也有128位长（IPv6），通常用十进制点分表示法表示。
Mac地址：由48位二进制数组成，通常用16进制表示，并且通常以冒号分隔的六组两位16进制数表示。

5、表示形式：

IP地址：IP 表示的是传输的数据最终抵达的地址
Mac地址：Mac 表示的是传输的数据需要进入的下一个阶段时，该阶段所处在的地址

网络 基础

1、协议：

2、OSI 七层 模型：

3、TCP/IP 五层 / 四层 协议