图解TCP/IP-1-网络基础知识

这是学习《图解TCP/IP（第5版）》的一篇笔记。

现在TCP/IP不局限于链接计算机，还可以链接汽车、数码相机、家电等，另外还应用在计算机系统虚拟化和云计算。

1计算机网络出现的背景

• 从独立模式到网络互连模式
  WAN（Wide Area Network， 广域网），LAN（Local Area Network，局域网）

• 从计算机通信到信息通信

2计算机与网络发展的7个阶段

1. 批处理（batch processing）： 事先先将用户程序和数据装入卡带或磁带，并由计算机按照一定的顺序读取
   

2. 分时系统（time sharing system ，TSS）(1960s)：多个终端与同一个计算机连接，允许多个用户同时使用一台计算机的系统。
   独占性、多路性、交互性、及时性
   BASIC

3. 计算机之间的通信 (1970s)
   多台计算机分布式处理 通信线路

4. 计算机网络的产生 (1980s)
   分组交换技术 窗口系统

5. 互联网的普及 (1990s)

6. 以互联网技术为中心 (2000s) 电话网 -> IP网

7. 从“单纯建立连接”到“安全建立连接”

8. TCP/IP

3协议

• 协议就信是计算机之间通过网络实现通时事先达成都的一种“约定”。
  协议如同人与人的对话：
  将汉语和英语当作“协议”
  将聊天当作“通信”
  将说话的内容当作“数据”

• cpu通常同一时间只能运行一个程序。乱转机制 多任务调度

• 人与人之间交流的容错率很高，而计算机不一样，计算机之间交流要注意“应对异常”。

• 分组交换协议 是将大数据分割成包（Packet）的较小单位进行传输的方法。

4协议由谁规定

ISO（International Organization for Standards, 国际标准化组织）制定了国际标准OSI（Open System Interconnection, 开放式通信系统互联参考模型）

5协议分层

分层 类似模块化开发。
“接口” 上下层之间交互所遵循的约定
“协议” 同一层之间交互所遵循的约定

• 分层的优势：独立使用（扩展灵活），细分通信功能。

• 分层的劣势：过分模块化，使处理变得更加沉重以及每个模块都不得不实现相似的处理逻辑

• OSI参考模型各个分层的作用

6OSI参考模型通信处理举例

假设用户A使用主机A要给使用主机B的用户B

• 在应用层

• 在表示层 表示层将数据从主机特有的格式转换为网络标准传输格式。不同计算机对数据在内存中相异的分配方式（如：大实体和小实体）

• 在会话层 会话层决定采用哪个链接发送（何时连接，何时发送，但没有实际传输数据的功能）

• 在传输层：实际传输数据

• 网络层

网络层与传输层相互协作以确保数据包能够传送的世界各地，实现可靠传输。

• 数据链路层、物理层

数据链路层通过传输介质互连的设备之间进行数据处理

物理层将数据的0、1转换为电压和脉冲传输给物理的传输介质，而相互直连的设备之间使用地址（MAC地址）实现传输

7传输方式的分类

1. 面向有连接型与面向无连接型

2. 电路交换（历史久，主要用于电话网）和 分组交换（蓄积交换）

3. 根据接收端数量分类

• 单播（unicast）
• 广播（broadcast) 电视播放
• 多播（multicast） 电视会议
• 任播（anycast） DNS根域名解析服务器

8地址

1.地址的唯一性 在同一个通信网络中不允许有两个相同地址的通信主体存在。 2.地址的层次性 为了高效地从越来越多的地址中找出通信的目标地址。

ip地址具有层次性

MAC寻址 参考 地址转发表(记录实际的MAC地址)
IP地址 参考 路由控制表(记录之后的网络号和子网掩码)

9网络的构成要素

9.1通信媒介与数据链路

• 传输速率，单位bps(Bits Per Second, 每秒比特数)， 又称为 带宽(Bandwidth)
• 吞吐量：主机之间实际的传输速率。 吞吐量不仅衡量带宽，也衡量主机的CPU处理能力、网络的拥堵程度、报文中数据字段的占有份额等信息。

9.2网卡

网卡，全程网络接口卡（NIC, Network Information Center），也称网络适配器、LAN卡。

9.3中继器(Repeater)

波形调整和放大
中继器无法改变传输速率
有多个端口服务的中继器被称为 集线器

9.4网桥/2层交换机

• 自学式网桥会记住曾经通过自己转发的所有数据帧的MAC地址，并保存到自己里的内存表中。

• 交换集线器 是网桥的一种

9.5路由器/3层交换机

网络是根据物理地址（MAC地址）进行处理，而路由器/3层交换机则是根据IP地址进行处理的。

9.6 4~7层交换机

9.7网关

• 典型例子是互联网邮件与手机邮件之间的转换服务。

• 代理服务器也是网关的一种，成为应用网关

• 防火墙