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网络通信原理
OSI模型
OSI模型的由来
OSI模型是一种网络标准，所有软件和硬件开发都遵循统一的标准（OSI模型）。
OSI七层模型(物 数 网 传 会 表 应)
层名称
功能
应用层
为用户提供各种服务功能，比如各种应用程序(系统内部实现)
表示层
数据的表示、安全、压缩、加密等(系统内部实现）
会话层
建立、维护、终止会话(系统内部实现）
传输层
定义设备之问传输数据的方式，以及进行流量控制和差错校验(设备之间)
网络层
对设备进行编址以及寻址，夹现不同网段的互通(设备之间)
数据链路层
建立资道连接，让数据成锁、以及对数据进行差错校验等功能，实现同网段的互通(设备之间)
物理层
建立、维护及断开物理连接(设备之间)
OSI七层的功能讲解
* 物理层
* 定义设备的物理特性，比如形状。
* 定义设备的电气特性，比如电压高低。
* 确保设备之间连接正常，表示数据是通过电信号中的高电压和低电压。
* 数据链路层
* 负责设备之间的逻辑链路的建立、维护和拆除。
* 设备之问真正用来传输数据，依靠的是“逻辑连接”。
* 该层为设备定义了设备拥有的一个全球唯一的地址，MAC地址（十二位十六进制字符串）。
* 网络层
* 负责定义设备上网需要的逻辑地址，比如IP地址。
* 在不同网段的设备之间寻找最优的转发路径。
* 传输层
* 负责确定设备之间传输数据的方式
* 可以实现数据的稳定传输，但是速度慢一点。
* 可以实现数据的快速传输 ，但是质量差一点。
* 可以通过不同的端口的来区分不同的应用程序产生的数据。
* 会话层
* 负责设备之间的会话的建立、维护和拆除。
* 最终用来传输数据的话，是通过“会话” 来实现的。
* 表示层
* 定义传递信息的语法和语义 ，统一语法之后，不同的编程语言才可以互通。
* 编码和解码、压缩和解压缩、加密和解密。
* 应用层
* 包含的是在设备上安装的各种软件和程序，比如QQ、微信、抖音等。
* 网络设备之果的通信，最终指的就是“应用层的软件〞之间的数据转发。
* 不同的软件产生的数据 ，在传输层使用的端口号是不同的。
TCP/IP模型简介
OSI 模型，仅仅是ISO 提出的一个 “参考”标准。实际的网络中更多使用TCP/IP 5层模型 ，但是实现的功能是相同的。
TCP/IP协议族的组成
TCP/IP是一系列协议的集合，所以严格称呼应是TCP/IP协议族。在物理层和数据链路层，TCP/IP并未定义任何特定协议。
TCP/IP 5层模型
常见协议
应用层
HTTP/FTP/TFTP/SMTP/SNMP/DNS
传输层
TCP/UDP
网络层
ICMP/IGMP/IP/ARP/RARP
数据链路层
以太网/PPP/HDLC/FR等
物理层
由底层网络定义的协议
* 网络层
* IP协议：互联网协议，定义了网络层地址。
* ICMP协议 ：网络控制消息协议，提供报错信息，便于网络故障排查。
* ARP协议：地址解析协议，把IP地址解析为MAC地址，实现数据转发。
* OSPF协议：开放式最短路径优先协议（路由协议），学习其他路由网段实现不同网段之间的互通。
* 传输层
* TCP：传输控制协议，面向连接的可靠的协议 ，但传输速度慢。
* UDP：用户数据报协议，面向非连接的不可靠的协议，但传输速度快。
* 应用层
* HTTP：超文本传输协议，端口 TCP 80。
* VETP：文件传输协议，端口 TCP 20、21。
* TFTP：简单文件传输协议，端口 UDP 69
* DHCP：动态主机配置协议，端口 UDP 67、68
数据通信
所谓的设备之间的通信，指的是设备之间能够互相传输数据。
设备之间的数据传输，一定是双向的。每个方向都分为了3个阶段：
* 产生数据，也称之为 “数据封装”。
* 传输数据，也称之为“网络传输”。
* 接收数据，也称之为 “数据解封装”。
数据通信过程
数据通信过程是双向的。
产生数据——————数据封装
传输数据——————网络传输
接收数据——————数据解封装
封装和解封装的过程类似于快递打包和拆快递。
每一层数据单元：PDU(协议数据单元，即协议的数据包。)
应用层———数据———计算机
传输层———数据段———防火墙
网络层———数据包———路由器
数据链路层———数据帧——交换机
物理层———比特流———网卡
数据封装过程
数据解封装过程
各层PDU
各层间通信
设备与层的对应关系
数据通信流程总结
* 产生数据
即数据封装，指的是数据通过应用层产生以后，发送到第一层，每经过一层都添加一个协议头部的过程。
* 传输数据
即数据在由不同的网络设备组成的互联网中传输的过程。主要是依靠交换机和路由器实现数据在不同设备之间的转发。
* 接收数据
即数据解封装，指的是数据被设备通过网线接收以后，形成数据帧，然后一层一层分析头部，然后传递给上一层处理，一直到应用层的过程。也可以说是：不断的分析并删除每层的协议头部的过程。
物理层
物理层概述
物理层是TCP/IP模型的最底层。
物理层为数据传输提供稳定的物理连接。
物理层功能
* 定义设备的物理特性 ，比如形状、大小
* 定义设备的电气特性，比如电压高低
* 定义数据在物理层的表示，即通过高低电压表示 1和0。
物理层介质与设备
有线介质：双绞线、光纤。
无线介质：无线电、微波、激光、红外线。
超5类线缆：局域网环境最常见线缆，线缆外表有清晰 “米标”，传输速1000Mbps。
6类线缆：增加十字骨架，抗干扰，传输速率1000Mbps。
超6类线缆：增加双层屏薇，强抗干扰，传输速率 10Gbps。
7类和8类线缆：7类速率 10Gbps，8类速率 40Gbps。
光纤（单模）
* OS1，黄色，支持1Gb/10Gb的传输，最大距离10KM。
* OS2，OS1的升级版，可支持40Gb/100Gb，距离200KM，适合用于长距离传输。
光纤（多模）
* OM1，橙色，千兆，300米，适用于 LAN 等短程网络。
* OM2，橙色，干兆，600米，适用于 LAN 等短程网络。
* OM3，浅绿色，万兆，300米，适用于 更大的专用网络。
* OM4，浅绿色，万兆，550米，适用于高通网络/数据中心/金融中心。
* OM5，石灰绿，OM4的升级版，主要支持 40Gb/100Gb高速网络，适合用于短距离传输。
布线套装：测线仪、寻线仪、网线钳
剥线刀、光纤切割刀、炫接机、光功率计、红光笔。
网络机柜：1U=4.45CM，指的是高度。
理线架、配线架。
数据链路层
数据链路层概述
位于物理层与物理层之间。
功能：数据链路的建立、维护与拆除，帧形成、帧传输、帧同步、帧的差错恢复和流量控制。
协议：Ethernet（以太网）、PPP、HDLC. Frame-relay、ATM
以太网概述
我们平常使用的网络设备，数据链路层都是 Ethernet。所以通常使用的网络，都是称之为“以太网”。以太网中可以同时连接多个设备，所以又称之为广播型网络。
主机A与主机B之间的通信，可能遇见的问题
* 如何标识和区分不同设备发送的数据。（使用Mac地址）
* 多设备传输数据，是否会产生信号冲突。（统一格式：数据帧格式）
以太网地址(Mac地址)
Mac地址：数据链路层的身份标识，全球唯一。
Mac地址特性
* Mac地址由48比特组成。
* 前24标识是厂商标识，后24厂商自己的编号。
* 前24位中的第八比特，为0----单播地址，为1----组播地址。
Ethernet II帧格式
数据转发时，要统一通信语言-----在数据链路层里称为数据帧格式
目的MAC 6字节 源MAC 6字节类型2字节数据46-1500尾部校验4字节
头部（14字节）：目的地址(6字节)+源地址(6字节)+类型(2字节)
尾部（4字节）：帧检验序列
数据：大小范围46～1500字节
数据帧大小范围：64～1518字节
类型：当数据帧头部和尾部解封装之后，数据要交给上层（网络层）协议处理，具体交给上层的哪个协议处理，用类型字段来区分。