计算机网络简述

一、计算机网络的定义

一些互相连接的、自治的计算机的集合。

生活中，我们听的最多的互联网就是计算机网络中被大家广泛适用的一个。

二、网络体系结构

网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。我们再学习计算机网络时，会接触到两个协议体系，一个是 OSI(Open System Interconnect)协议，供七层，各层划分清晰，但是太复杂，实际没有被用起来。另一个就是被广泛使用的 tcp/ip 协议，由四层组成。

2.1 OSI 七层体系结构

因未被使用，各层就不详细介绍了。主要说明下物理层。

在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。

2.2 tcp/ip 四层体系结构

1）链路层：有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

2）网络层：有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动。

3）运输层：主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。

4）应用层：负责处理特定的应用程序细节

2.3 对应关系

三、网络协议

在 TCP/IP 四层体系结构中，每层都有相应的网络的协议。他们都是有两大部分组成：协议头部、数据。

下图为各层主要常用协议

1）ARP(Address Resolution Protocol)地址解析协议：实现根据逻辑地址即 IP 地址获取机器的物理地址。

2）IP(Internet Protocol)网际协议：在整个网络协议中，非常重要的协议。实现在不同网络节点中逐跳路由。

3）ICMP(Internet Control Message Protocol)Internet 互联网控制报文协议：用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。我们常用的 ping 命令，底层就是基于此协议实现的。

4）IGMP(Internet Group Management Protocol)Internet 组管理协议：是因特网协议家族中的一个组播协议。该协议运行在主机和组播路由器之间。

5）TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议：是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。有意思的是，ip 协议是无连接与不可靠的，那么 tcp 是如何做到的呢？这个涉及到非常复杂的实现，也是面试中问的比较多的地方。

6）UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议：为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法。这个跟 tcp 不太一样。但是也有非常多的应用场景，如视频、语音聊天等应用中，更关注的是数据传输的效率，哪怕丢失部分数据也不影响使用。

7）HTTP(Hypertext Transfer Protocol)超文本传输协议：我们在使用浏览器访问网站时，就是使用此协议。传输层使用 tcp。

四、封装与分用

​ 当应用程序用 TCP/UDP 传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息），该过程被称作封装。如图所示

当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。这个过程称作分用。如图所示

注：虽然 ICMP 及 IGMP 和 IP 都是网络层协议，但是它们却是被封装在 ip 协议中的。