计算机网络基础

1. 计算机网络

计算机网络是分散的、具有独立功能的计算机系统。
计算机网络硬件组成：计算机及终端设备，统称为主机host；前端处理器（FEP）或通信处理机或通信控制处理机（CCP），如网卡；路由器、交换机等连接设备；通信线路。
计算机网络软件组成：协议和应用软件。
计算机网络的分类：

1. 局域网（LAN：Local Area Network）
2. 广域网（WAN: Wide Area Network）
3. 城域网（MAN：Metropolitan Area Network）

ISO/OSI参考模型

国际标准化组织（ISO）于1978年提出了一个网络体系结构模型，称为开放系统互联参考模型（OSI）。同层之间可以直接通信，不同层之间不能直接通信，需要进行逐级转化后进行通信。

1. 应用层：用户APP里的数据。Network Process to Application

2. 表示层：对APP数据进行编码，如用BMP、JPEG表示图片、用WAV或MP3表示声音、用WMV或AVI表示视频。独创一套编码方式，只有自己人知道解码方式，即为加密。Data Representation

3. 会话层：建立两个APP之间的会话。Interhost Communication

4. 传输层：建立TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)或UDP（User Datagram Protocol用户数据报协议）之间的连接。End-to-End Connections
   
   

5. 网络层：基于IP地址进行路由转发Data Delivery
   

6. 链路层：各段链路的通信协议，各个链路的传输协议又各自的优势。Access to Media
   

7. 物理层：用物理信号来表示数据。如网线是8根小线，wifi是2.4G和5G等。Binary Transmission

2. 计算机网络硬件

2.1 计算机网络互连设备

计算机网络硬件实现信息包在网络间的转换。常见的计算机网络互联设备有中继站、集线器、网桥、交换机、路由器和网关等。

1. 中继站(Repeater)就是一部负责接收并转发无线电信号的电台。它是将信号进行再生、放大处理后，再转发给下一个中继站，以确保传输信号的质量。
   

2. 集线器（Hub）是中继器的一种，区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又称为多口中继器。是对网络进行集中管理的最小单元，可以放大和中转信号，不具备自动寻址能力和交换作用。

3. 网桥(Bridge)是将多个局域网互联起来，以实现局域网之间的通信。
   

4. 交换机（Switch），传统集线器的端口频带太低（10Mbps/N）,为了提高网络的传输速度，根据程控交换机的工作原理，设计出了交换式集线器。交换机是每一个端口独占整个带宽，如果是8口的则能形成同时运行的4对数据传输链路，同时进行传输。

5. 路由器（Router）是将两个不同类型的网络彼此相连（不同主机间），与网桥的不同在于，路由器仅在需要的时候建立新的或附加的连接，用以提供动态的带宽或拆除空闲的连接。网桥工作在OSI参考模型的第二层（链路层），而路由器是工作在第三层（网络层）。

6. 网关（Gateway）不同结构的网路需要连接时使用（局域网和广域网）。网关不能完全归结为一种网络硬件，它们应该时能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品。

2.2 计算机网络传输媒介

两类：有线和无线。有线有：同轴电缆、双绞线和光缆；无线有：微波、无线电、激光和红外线等。
同轴电缆（Coaxial Cable）中央是一根内导体铜质芯线，外面依次包有绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层和塑料保护层。

双绞线（Twisted-pair）是由两条导线按一定扭矩相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒介，每根线加绝缘层并用颜色来标记。

光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤芯的包层以及塑料保护涂层组成。

无线传输：主要是无线电、微波、红外线及可见光几个波段。

3. TCP/IP

Internet的核心协议，其包含特性主要有5个方面：逻辑编址、路由选择、域名解析、错误检测和流量控制以及对应用程序的支持等。

3.1 TCP/IP模型

1. 应用层：对应OSI参考模型的高层，用户调用应用程序来访问TCP/IP互联网络，以享受网络上提供的各种服务。为用户提供所需的各种服务，如：FIP/Telnet/DNS/SMTP等。数据需要按照传输层的要求组织好。
2. 传输层：为应用层提供端到端的通信功能。数据传输需要应答。字在传输层和网络层之间传递的对象是传输层分组。
3. 网际层:定义逻辑地址，路由选择（路由和寻址）
4. 网络接口层：将分组数据封装成帧，提供节点到节点的传输。在媒体上传输比特流；提供机械和电器规约。

3.2 TCP/IP协议

1. 网络接口层协议
   任何物理网络只要按照这个接口规范开发网络接口驱动程序，都能够与TCP/IP协议集成起来，位于最底层，主要负责管理为物理网络准备数据所需的全部服务程序和功能。
2. IP（Internet Protocol）协议
   网络层定义的协议。无连接和不可靠的。
3. ARP和RARP
   地址解析协议（Address Resolution Protocol）将IP地址转换为物理地址。
   反地址解析协议RARP将物理地址转换为IP地址。
4. ICMP
   ICMP（Internet Control Message Protocol）控制信息协议用于在IP主机、路由器之间传递控制信息。避免差错并在发生差错时报告的机制
5. TCP
   TCP（Transmission Control Protoclol传输控制协议）在IP协议无连接、不可靠的基础上，为用户提供一个可靠的、面对连接的、全双工的数据传输服务。采用3次握手的方式，使源主机和目标主机达成同步。
6. UDP
   一种不可靠、无连接的协议，可以保证应用程序进程间的通信，有助于提高传输的高速率，但会丢帧和不做错误检测。
7. 应用层协议
   高层协议。文件传输协议FTP、远程登录协议Telnet、电子邮件协议SMTP、网络文件服务协议NFS、网络管理协议SNMP。
   不同平台的计算机能够通过计算机网络获得一些基本相同的服务，也就应运而生了一系列应用级的标准，实现这些应用的标准专用协议被称为应用级协议。

3.3 IP地址

采用一个通用的地址格式，为因特网中的每一个网络和几乎每一台主机都分配了一个地址，这就使用户切实感受到它是一个整体。
IP地址分为网络号和主机号两部分。在同一个网络下的电脑的IP地址不能一样，我们平时上网分配的IP地址是随机的。


地址划分按使用范围划分为2类，一类为公网地址，一类为私网地址。

• 公网地址：收取费用，全球可达且IPV4地址已用完。
• 私网地址：不收费，小范围内随便使用。
  
  局域网内的IP为私有IP,一个局域网内的IP不可相同,但不同局域网内的IP没有限制。
  局域网设备连接到公网时，会通过出口的路由器进行NAT协议转发，将局域网的私有IP转发为公网唯一IP，同一局域网内的所有设备可能共享一个公网IP（通过不同的端口进行区分）。
  所以，私有IP在公网上是看不到的，不同的局域网可以使用同一个私有IP，最终经过NAT协议转发后，会变为公网的IP地址。
  NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是1994年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址（即仅在本专用网内使用的专用地址），但现在又想和因特网上的主机通信（并不需要加密）时，可使用NAT方法。
  这种方法需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。
  这样，所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和因特网连接。
  另外，这种通过使用少量的公有IP 地址代表较多的私有IP 地址的方式，将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。
  家庭路由器：无线桥接、交换机、搭建新网络。
  

你处在网络中的IP地址是由上级路由决定的，路由器可以决定自己生成局域网中电脑的IP地址，采用动态IP分配（DHCP）服务。也可以通过端口进行多用户的传输，如办公大楼和居民楼。nat444转化协议