计算机网络学习笔记----互联网分层及协议

川长思鸟来 2022-08-20 12:28 212阅读 0赞

最近想了解计算机网络的基本概念,在网上偶然找到一篇教程写得不错.  
参考链接:快客网 [http://www.cricode.com/2525.html][http_www.cricode.com_2525.html],作者: Jay13  
摘下来的笔记如下:  
按原作者的理解,互联网可简单分为5层:  
**应用层–>传输层–>网络层–>链接层–>实体层** ,其中每一层都定了协议(protocol).  
下面是每层的详细分析:  
一. **实体层:**  
实体层十分具体可以理解为看得见的线路,比如光缆,电缆,双绞线等连接,它们负责传送0,1的电信号.  
二. **链接层:**  
链接层在实体层上面,实体层的0,1电信号就是由链接层确定的.

*  ***“以太网”协议*** :它作为实体层电信号的分组方式的主导.规定每一组电信号构成一个数据包,叫做**“帧(Frame)”**  
    帧的组成:  
    
    
     *  标头(Head):它的固定长度为18byte.包含数据说明项(包括)发送者,接受者.
     *  数据(Data):它的长度范围是46~1500byte,包括数据包具体内容.
 *  **MAC地址**:用来区分**网卡(电信号上数据包的传送点)**的地址,就是标头中发送方与接收方的地址.有趣的是,每块网卡都有一个全世界唯一的**MAC地址:**长度48个二进制位,用12个16进制表示.
 *  **广播传输方式**:以太网通过把数据包向子网络所有计算机发送,其他计算机读取包的标头,并且和自己网卡的MAC地址比较,如果一致就接收数据包.

> 通过数据包,网卡的MAC地址,广播的发送方式,多台计算机就可以在链接层传送数据了.

三.**网络层:**  
由于以太网的广播效率比较低,而且仅仅局限于子网络,我们知道计算机网络由无数子网络构成.

*  **网址:** 由于网络层的诞生所以引入了一个新地址,网络地址.所以现在计算机地址包括网络地址和子网络的MAC地址,网址可以帮助***确定计算计算机所在子网络,而MAC地址将数据包送到子网络的目标网卡.***
 *  **IP协议:** 它规定了网络地址的协议.目前广泛使用IP协议第四版,**IvP4**,它由32位二进制组成.习惯用4段10进制表示,从0.0.0.0到255.255.255.255.
 *  **子网掩码(subnet mask)**:子网掩码的形式和IP地址一样,表示网络部分为1,表示主机部分为0.不同的**IP地址**通过和**子网掩码**的AND运算,如果结果一致,则表明两个IP地址处于同一个子网络.
 *  **IP数据包**:它同样也由**标头+数据**组成.它们**都放进以太网数据包.**
    
     *  标头 :主要包括版本、长度、IP地址等信息.
     *  数据: 部分则是IP数据包的具体内容。
    
    > 理论上，一个IP数据包的”数据”部分，最长为65,515字节。前面说过，以太网数据包的”数据”部分，最长只有1500字节。因此，如果IP数据包超过了1500字节，它就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。
 *  **APR协议**:它是一直可以**通过IP地址**获取子网络内主机的MAC地址的机制,一般可以得知接收方的IP地址(这里可以先视为理所当然- -),因此可以计算对方是否位于同一个子网络.
    
     *  如果位于同一个子网络,则通过**APR协议**用IP地址通过前面提到的广播的方式找到对方的**MAC地址**.  
        
        
        > ARP协议也是发出一个数据包（包含在以太网数据包中），其中包含它所要查询主机的IP地址，在对方的MAC地址这一栏，填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示这是一个”广播”地址。它所在子网络的每一台主机，都会收到这个数据包，从中取出IP地址，与自身的IP地址进行比较。如果两者相同，都做出回复，向对方报告自己的MAC地址，否则就丢弃这个包。  
        > 有了 **ARP协议**之后，我们就可以 **得到同一个子网络内的主机MAC地址，可以把数据包发送到任意一台主机之上了**。
     *  如果两台主机不在同一个子网络，那么上没有办法得到对方的MAC地址，只能把数据包传送到两个子网络连接处的”**网关**“(gateway),让网关去处理。
    
    **四. 传输层**:  
    在网络层我们可以在任意两台电脑(主机到主机)传送数据,但是如果再细分到一台电脑上面,QQ消息需要一份数据,发送邮件需要一份数据,.
    
    > 也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。
    
    **传输层**的主要功能就是建立”端口到端口”的通信,区别于网络层的”主机到主机”通信.
    
     *  **端口(port)**:多个不同程序(进程)需要不同数据包的所属参数.**每个数据包发到主机特定端口,不同程序就能取到自己需要的数据了.**\[Unix系统把主机+端口叫做套接字(socket)\]. 端口的取值范围为0~65535,其中0~1023为系统占用,用户只能选取大于1023的端口与服务器相应端口联系.
     *  **UDP协议**:由上可知,我们又得引入一个数据包来记录不同的端口,这个数据包需要一个协议叫做**UDP协议**,它同样包括标头和数据部分.  
        
        
        > **“标头”部分主要定义了发出端口和接收端口，”数据”部分就是具体的内容。** 然后，把整个UDP数据包放入IP数据包的”数据”部分，而前面说过，IP数据包又是放在以太网数据包之中的.
        
        ,不过**UDP**协议虽然简单但是可靠性比较差,它不能得知接收方是否收到.
     *  **TCP协议**:鉴于**UDP协议**的缺点,我们引入了**TCP协议**,它和**UDP协议**都是内嵌在IP数据包的”数据”部分.  
        
        
        > 它提高网络可靠性，这个协议非常复杂，但可以近似认为，它就是有确认机制的UDP协议， **每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失，就收不到确认**，发出方就知道有 **必要重发**这个数据包了。因此，TCP协议能够确保数据不会遗失。它的缺点是过程复杂、实现困难、消耗较多的资源。
    
    **五. 应用层**:  
    它规定了应用程序的数据格式,如Email(电子邮件),WWW(网页),FTP(数据)等格式.它的数据放在**TCP数据包**的数据部分.

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