十一. 网络基础 DRAFT

什么是网络 link

电子设备通过有线或无线的方式连接起来叫做网络

设备用什么连接 link

那么，我们靠什么来连接这些网络设备呢？

• 计算机使用网卡, 网课接上网线和其他计算机传输数据

  每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）接入网络的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址

• 交换机(Swicher) 配合线缆，即可实现设备间的互连互通。

设备之间是怎样传输数据的? link

无论通过哪种方式进行连接，我们的最终目的，是要将信息从一台设备发送到另一台设备，因此，发送方和接收方必须相互理解才行，这就需要它们在网络中说相同的语言。虽然我们并不需要担心这个问题，毕竟设备之间基本都知道该如何组织数据并进行处理和发送。究其根本，就是因为他们都遵循了同一套规则，我们称这套规则为「协议」。

设备和设备之间的语言叫协议

协议，就是「给双方制定的通讯规则」，这意味着双方想要默契配合，就必须遵循这些协议，也正因如此，若一方出现问题，我们可以快速准确的定位到问题所在位置。在计算机网络中，那些设计网络软件和硬件的工程师会严格遵循这套 「协议」，这样才能保证它们再网络中的畅通无阻！大家可能听说过诸如 「以太网」 之类的协议，你也可能听说过 「TCP(用于发送和接收数据)」协议，或「HTTP(用于访问网络)」协议，或「SMTP(用于邮件收发)」协议，后续章节会详细讲解…… 无论哪种协议，其最终目的，都是为了完成数据交互。

通常，我们都会将几种协议结合使用以完成一项任务。

网络类型 link

网络节点 link

连接到网络中，并且能够通过通信通道发送、接收或转发信息的设备，我们都可以称其为一个「网络节点」。比如交换机、路由器、电脑、打印机、手机等，都属于网络中的一个节点。

SOHO网络 link

只有几个节点的小型网络，我们可以称之为「soho网络」，小型办公室或家庭办公室中构建的网络都属于「soho网络」。通常是只有几台电脑，打印机，几部手机和平板电脑的小范围内的网络环境。

值得一提的是，人们经常把「交换机」说成是「中央集线器"，也确实，」交换机「长得的确像」集线器「，但是这里大家请记住，交换机和集线器是完全不同的东西！集线器真的是很老的技术了，我们现在基本上见不到。而交换机是现在非常常用的网络设备，一定要分清楚哦。

在soho网络中，我们通常使用路由器来完成网络连接，因为现代的路由器大多集成了路由器、交换机的功能，但通常因为路由器的接口很少，因此我们只能接入少量节点设备实现网络共享。

局域网 link

但其实在一个公司企业里面，很明显光有一台路由器，一台交换机是远远不够的！例如，一个地方银行企业，他们的网络设备可能遍布几个楼层、甚至跨越多栋楼房，此时，将此规模的网络设备连接在一起的网络，我们称之为 「局域网(LAN)」。

其实」soho网络「也属于局域网，只不过」soho网络「连接了少数设备。而在企业网络中，我们将需要使用多台交换机与路由器的链接，我们可以理解为，就是将多个」soho网络「连接在一起的较大的网络结构。

广域网 link

局域网技术「可以让一个较大区域内的网络节点实现互连互通与信息共享，但如果这个区域再扩大，跨越了城市，跨越了地区该怎么办呢？就比如一个跨地区的银行企业，通常不会只在一个地区有办公楼，可能在全国各个地区都会有自己的办公楼，此时银行网络变得非常巨大，即使距离遥远，银行企业也想实现让所有的这些网络都连接在一起，此时，我们需要使用到新的网络构建技术 「广域网(WAN)」。

• soho网络：通常适合家庭或小型办公室
• 局域网LAN：适合多个楼层的网络架构
• 城域网MAN：适合10~100km范围内的网络架构
• 广域网WAN：适合100km以上，通常是跨越国家与地区的大型网络架构

一台设备怎样知道另外一台的mac地址 link

通过ARP（Address Resolution Protocal），即地址解析协议。用于将IP地址解析为以太网的MAC地址的协议。

ARP的通信过程:

A查本地ARP表发现B的IP和MAC映射关系不存在

A通过ARP广播的形式向局域网发出消息，询问某IP对应的MAC地址是多少。比如A此时知道B的IP，但并不知道B的MAC地址是多少，就会尝试在局域网内发起ARP广播，询问局域网下所有机器，哪个机器的IP与B的IP一致。

B收到这个ARP消息，发现A要问的IP与自己的IP一致，就会把自己的MAC地址作为应答返回给A。

此时A就知道了B的MAC地址，顺便把消息记录到本地ARP表里，下次直接用表里的关系就行。

什么是IP地址 link

IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异,ip地址分为网络号和主机号两部分

ipv4和ipv6：简单来说，就是ipv4已经不够用了，出现了ipv6这种东西，IPv6具有比IPv4大得多的地址空间。这是因为IPv6使用了128位的地址，而IPv4只用32位。

什么是子网掩码 link

子网掩码，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址192.166.0.105，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。

有了子网掩码，我们就可以判断两台设备是否是处于同一子网络了

OSI七层模型和TCP/IP link

网络协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层协议

其中osi是概念协议，我们平常使用的最多的还是tcp/ip协议

越网上越靠近用户，我们越容易感知到。越往下越靠近硬件

数据的传输 link

数据封装 link

1.应用层

应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式

应用层功能：规定应用程序的数据格式。

2.传输层

网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，那么传输层就是帮助我们找到开启的应用程序，也就是端口号

传输层就是建立端口到端口的通信（0-65535，其中0-1023为系统占用端口）

tcp协议（常用）：

可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

udp协议：

不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

3.网络层

首先来看一下ip报头，大概了解一下源ip地址和目的ip地址就可以了，我们在下面数据解封的时候会讲

4.数据链路层

依旧是来看一下mac报头是啥样的，了解源mac地址和目的mac地址，知道该层添加了该报头即可，后面细讲

• 一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’
• 每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

head包含：(固定18个字节)

• 发送者／源地址，6个字节
• 接收者／目标地址，6个字节
• 数据类型，6个字节

data包含：(最短46字节，最长1500字节)

数据包的具体内容: head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送

5.物理层

到了物理层，数据会被转为01比特流，然后通过网线传输

数据拆封 link

1. 物理层 link

物理层就是基于电器特性发送01串传输信息。假如我们有两台电脑，我们可以通过接网线的方式，使他们能够实现信息交互。如果电脑再多一点，我们可以使用集线器来连接（如果接网线的话浪费巨大）。

这个时候，计算机之间的通信基本靠吼。 也就是说，如果A想给B发消息，首先A会把消息通过网线输入集线器端口上，集线器再把信息输入到中继电路，然后中继电路会把收到的消息广播到集线器所有的端口上。简单来说，就是A发出的消息会无脑复制N份，发送给所有设备，所有设备收到消息后会把消息拆开看，通过比对数据报头里的mac地址，判断是否是发给自己的，如果是就查看，如果不是就丢掉

2. 数据链路层 link

我们上面说到，集线器是通过广播的形式分发数据包，如果设备少一点的话还是可以的，但是如果设备过多，一台设备发消息，全世界的人都能收到，岂不是大灾难。于是交换机（switch）登场了，他的基本构造和集线器几乎是相同的。此时，A还是想给B发消息，A就会把数据发送给交换机, 交换机通过目的地址的mac地址和自己内部维护的mac地址表比对，发现目标地址连接在了2号端口，于是数据就从2号端口成功输出，到达B

可是如果交换机发现自己的mac地址表里没有目的地址记录，则会通过集线器广播的方式，对所有的设备发送信息，B收到信息后发现mac地址是自己的，则会返回消息，此时交换机便知道了B在哪个端口，并维护mac地址表。这里再扯一个细节问题，就是电信号，是会受噪声干扰，导致信号形变出错的。 但就算是错了，也还是会原封不动的广播出去，也就是接收方收到的是错误信息。那么接收方收到消息后需要校验这就是报文末尾FCS的作用了

FCS里存放的是发送方通过循环冗余校验CRC计算得到的值，接收方用收到的数据算一次CRC，与FCS里的值进行对比。如果一致，那证明数据没问题。如果出错，则直接丢弃，数据包重新传输。

3.网络层 link

上面我们说到，交换机会记录一张mac地址表，但是全世界这么多设备，记住每一台设备mac地址或广播到每一台设备都是有点不现实的。

于是路由器出现了，他的作用是连接世界各地的局域网

此时，A还是想发消息给B。

首先A发出的消息会通过交换机到达路由器（后面我们会深究过程），路由器会通过路由表（类似于交换机维护的mac地址表）找到目的地所在的端口，然后就像交换机一样把他转发出去

路由器内会发生这样的事：

• 判断目的ip和源ip是否是同一个局域网
• 如果通过路由表没找到目的ip，就会发给默认网关，也就是问问其他路由器知不知道

网络基础教程 link

网络是现代社会中不可或缺的一部分，它使得人们能够在世界各地互相交流和连接。本教程将介绍网络的基础知识，包括网络的定义、组成、分类以及常用协议。

网络的定义 link

网络是指通过通信线路连接起来的计算机系统之间的相互联系。它可以让人们在远距离之间进行数据和信息的传输，从而实现了全球信息的共享和交流。

网络的组成 link

网络由多个计算机和设备组成，这些计算机和设备通过物理线路（例如电缆或光纤）或无线信号（例如Wi-Fi）相互连接。每个计算机都可以发送和接收信息，这使得网络成为一个分布式系统。

网络还包括一些重要的设备，如路由器、交换机和防火墙。这些设备帮助控制和管理网络流量，并确保数据安全。

网络的分类 link

根据其范围和规模，网络可以被分为以下几类：

• 局域网（LAN）：局域网是一个小区域内的网络，如家庭或办公室。它通常由一些计算机和设备组成，这些设备被直接相连并共享资源。
• 城域网（MAN）：城域网是一种覆盖城市或大型区域的网络。它可以连接多个局域网，并提供更广泛的服务和资源。
• 广域网（WAN）：广域网是一个分布在不同位置和地区的计算机之间的网络。它使用公用的通信设施，如电话线、光纤或卫星，以实现远程访问和通信。

常用协议 link

网络通信需要使用协议来规定信息传输的格式和方式。以下是一些常用的网络协议：

• TCP/IP：TCP/IP是互联网上最广泛使用的协议。它定义了数据如何在网络中传输，如何寻址和路由，并确保数据包的传递和完整性。
• HTTP/HTTPS：HTTP/HTTPS是用于Web应用程序通信的协议。HTTP用于在Web服务器和客户端之间传输数据，而HTTPS则加密了这些数据以提高安全性。
• FTP：FTP是文件传输协议，用于将文件从一个计算机传输到另一个计算机。它是一种常用的协议，可用于上传和下载文件。

网络是一个复杂的系统，但它也是我们日常生活中必不可少的一部分。通过理解网络的基础知识，我们可以更好地了解网络如何工作，并更有效地使用它。