学习笔记之计算机网络

最近学习了一下计算机网络的基础知识，对计算机通信的最基本模型和协议有了最初步了解。因为没有涉及具体的细节，所以过程还算友好，毕竟计算机网络并没有脱离计算机结构的基础：软硬结合！

学习中遇见了如下几个关键知识点：

1、网络的分类

2、OSI

3、TCP/UDP

4、IP

5、子网掩码

6、网关、路由器，网桥、交换机，中继器、集线器的区分

7、网络安全

   

一、计算机网络的分类：

和研究其他对象集合的方法类似，人们根据不同的标准对计算机网络进行了不同的归类。归类并没有优劣，只是采用了不同的视角观测同一个对象。不同标准的侧重点不同，因而每一种合理的标准，都可以在某些方面表现出自己更好的低耦合性，不做过多论述。

计算机网络常用的两种分类标准：网络覆盖的地域范围和网络的拓朴结构。

根据网络的覆盖范围由小到大可以将网络划分为：局域网、城域网、广域网和Internet。其中局域网主要实例是我们的校园和企事业单位，地理跨度比较小的网络集合；城域网的主要事例是城市等大中型网络；广域网一般是以国家为单位；而Internet就是全球范围了。

计算机网络的拓扑结构主要有：总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和混合型拓扑。

 

二、OSI七层模型

首先声明OSI七层模型是一种逻辑分层，将计算机网络实现信息通讯的过程从逻辑自下而上划分为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层七个层次。

分层的意义在于将通讯的过程划分为不同层次，并为每一层制定独立的标准和协议，极大的方便了网络的设计、故障分析和管理。层内独立运行、层与层之间通过标准接口互联通讯，不能跨层通讯，相邻的上层只能为相邻的下层发送指令，相邻的下层只能为相邻的上层提供服务。另外，实现通讯的两台主机只有在物理层实现真正的物理通讯，其他层都是逻辑上的一一对应。

物理层：传递信息的物理媒体，包括双绞线、同轴电缆、中继器、集线器等。物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和过程特性。如规定使用电缆和接头的类型、传送信号的电压等。物理层中传输信息的单位是bit比特。

数据链路层：实现信息传输中的物理寻址功能，承接网络层和物理层。主要设备是交换机和网卡。交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址，另外还实现数据校验，错误处理。数据链路层中传输信息的单位是帧。

网络层：实现信息传输中的逻辑寻址功能，主要设备是路由器。路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－－路径表，供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。网络层传输信息的单位是报文。

传输层：负责数据的传输和控制，提供端到端的交换数据的机制。传输层对会话层等高三层提供可靠的传输服务,对网络层提供可靠的目的地站点信息。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片，同时对每一数据片安排一序列号，以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。传输层传输信息的单位是TPDU。

会话层：负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。 会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。

表示层：负责网络信息和用户信息的加密解密和翻译工作。将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。表示层管理数据的解密与加密，信息进行解码和编码。

应用层：用户进行网络通讯的接口，具体的应用实例。

三、TCP/UDP

TCP:面向连接的传输协议--打电话。

在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“握手”才能建立起来。我们来看看这三次    对话的简单过程：<1.>主机A向主机B发出连接请求数据包；<2.>主机B向主机A发送同意连接和要求同步的数据包；<3.>主机A再    发出一个数据包确认主机B的要求同步。三次“握手”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“握手”之后，主机A才     向主机B正式发送数据。

UDP：面向非连接的传输协议—发短信。

UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时，就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。UDP使用尽最大努力支付，不保证可靠交付。

TCP与UDP的比较：

1，TCP协议面向连接，UDP协议面向非连接

2，TCP协议传输速度慢，UDP协议传输速度快

3，TCP协议保证数据顺序，UDP协议不保证

4，TCP协议保证数据正确性，UDP协议可能丢包

5， TCP协议对系统资源要求多，UDP协议要求少

　

四、IP：用以标志网络中某主机的逻辑地址—主机的门牌。

    IPV4由4个字节即32位二进制位表示，包括网络标志和主机标志，根据划分标准的不同可分为A/BC/D/E五大类。

IP地址是IP网络中数据传输的依据，它标识了IP网络中的一个连接，一台主机可以有多个IP地址。IP分组中的IP地址在网络传输中是保持不变的。网络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了IP地址的全球唯一性。IP地址分为五类，A类保留给政府机构，B类分配给中等规模的公司，C类分配给任何需要的人，D类用于组播，E类用于实验，各类可容纳的地址数目不同。

五、子网掩码：IP地址的人性化接口，减少IP浪费。

子网掩码用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩    码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主    机地址两部分。可以把大的网络划分成子网，也可以把小的网络归并成大的网络。左边是网络位，用二进制数字“1”表示，1的数目等于网络位的长度；右边是主机位，用二进制数字“0”表示，0的数目等于主机位的长度。这样做的目的是为了让掩码与IP地址做AND运算时用0遮住原主机数，而不改变原网络段数字，而且很容易通过0的位数确定子网的主机数2的主机位数次方-2。主机号全为1时表示该网络广播地址，全为0时表示该网络的网络号。使用子网可以提高网络应用的效率。

六、网关、路由器，网桥、交换机，中继器、集线器：

1、中继器和集线器：

共同点：放大信号

不同点：中继器：一对一；集线器：一对多；

2、网桥和交换机：

共同点：工作在数据链路层的介质访问控制子层上，用于多个使用同一种通讯协议的网段中传送数据包的设备。

不同点：网桥是一个概念，并不是一个实体。路由器，交换机都可以做网桥，只起到一个桥接的作用；交换机是一个具体的网络数据交换设备，是实实在在的实体物。

3、网关和路由器：

网关只是一个逻辑概念,路由器是一个看的见摸的着的物理设备.但是路由器可以作为网关来使用，网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址；路由器是一个设备,可以做网关使用。它是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。

七、网络安全：初来咋到，水平有限，欢迎纠错。