计算机网络与网络是包含和被包含的关系

电话网、铁路网、人体内神经系统网络都是网络

计算机网络：

是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与路线连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

是一个互连（互联互通）的、自治（无主从关系）的计算机集合

功能：

  1. 数据通信（保证了连通性）
  2. 资源共享（硬件，如打印机+软件+数据）
  3. 分布式处理（多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分）
  4. 提高可靠性（替代机）
  5. 负载均衡（分布式处理—多台计算机共同承担任务）

组成：硬件+软件+协议（计算机网络的核心—一系列规则和约定的集合）

工作方式：边缘部分+核心部分

  1. 边缘部分：主机所存在的，用户直接使用，用来通信的；
    有两种通信方式C/S方式，P2P方式
  2. 核心部分：为边缘部分进行服务的，如网络、路由器等

功能组成：

  1. 通信子网：实现数据通信
  2. 资源子网：实现资源共享、数据处理

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分类：

  1. 按分布：广域网（交换技术）、城域网、局域网（广播技术）、个人区域网（WAN、MAN、WAN、PAN）
  2. 按使用者：公用网、专用网（军队、政府、银行等拥有相应的角色和权限才可使用）
  3. 按交换技术：电路交换、报文交换、分组交换
  4. 按拓扑结构：总线型、星型、环形、网状形（常用于广域网）
  5. 按传输技术：广播式网路（共享公共通信信道）、点对点网络（使用分组存储转发和路由选择的机制）

标准化工作

要实现不同厂商的硬件、软件之间相互连通，必须遵循统一的标准

分类：

  1. 法定标准：由权威机构制定的，正式的合法的标准（OSI）
  2. 事实标准：某些公司产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准（TCP/IP）

RFC

因特网标准的形式

RFC上升为因特网正是标准的四个阶段：

  1. 因特网草案，这个阶段只能算是一个构思，不能算是一个RFC文档
  2. 建议标准：从这个阶段开始称为RFC文档
  3. 草案标准：IETF、IAB
  4. 因特网标准：

国际标准化的相关组织

  • ISO 国际标准化组织 OSI参考模型、HDLC协议
  • ITU 国际电信联盟 制定通信规则
  • IEEE 国际电气电子工程师学会 5G、IEEE802系列
  • IETF Internet工程任务组，负责因特网的相关标准的指定

以太网

基础

  • “以太网” 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 它既包含了数据链路层的内容, 也包含了一些物理层的内容. 例如: 规定了网络拓扑结构, 访问控制方式, 传输速率等
  • 以太网中的网线必须使用双绞线，传输速率有10M, 100M, 1000M等
  • 以太网是当前应用广泛的局域网技术; 和以太网并列的还有令牌环网, 无线LAN等

    以太网中帧的格式

计算机网络基础概念 - 图2

  • 由上图可以看出帧协议类型字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP(现在已经弃用)

  • 源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址), 长度是48位,是在网卡出厂时固化的

    关于MAC地址

  • MAC地址是用来识别数据链路层中相连的结点

  • MAC地址长度为48位, 6个字节，一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
  • MAC地址在网卡出厂时就确定了, 不能修改。 MAC地址通常是唯一的(虚拟机中的MAC地址不是真实的MAC地址可 能会冲突，也有些网卡支持用户配置MAC地址)

在数据链路层，存在多种异构的网络，比如以太网、令牌环网等，也就是数据链路层存在多种MTU，既多种不同的传输信道，如果只有MAC地址，在不同的网络之间是每有办法传输的，只能在MAC地址上封装一次抽象的IP地址来封装底层各种不同的网络。

MAC地址与IP地址

  • 一个数据报中的源IP地址和目的IP地址是为了标识这个数据的起点和终点
  • 源MAC地址和目的MAC地址是为了标识上一站的地址和下一站的地址
  • 在一个数据报的传输过程中，IP一直不变，而MAC地址是一直在变的

    MTU

    MAC帧中的数据长度规定为46-1500字节,ARP(地址解析协议)数据包的长度不够46字节要在后面补填充位，如果大于1500字节，必须要求网络层进行分片
    最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTU)不同的网络类型有不同的MTU
    如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU,则需要对数据包进行分片。

    MTU&IP

    由于链路层存在MTU的限制，导致网络层的报文如果超过1500字节，就必须要对齐进行分片发送。
    将较大的IP包分成多个小包, 并给每个小包打上标签，每个小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的，这样在重组的时候就知道这个小包来自于哪个报文。
    每个小包的IP协议头的3位标志字段中, 第2位MF置为0, 表示允许分片, 第3位DF来表示结束标记(当前是否是后一个小包, 是的话置为1, 否则置为0)。

到达对端时再将这些小包按顺序重组, 拼装到一起返回给传输层。一旦这些小包中任意一个小包丢失，接收端的重组就会失败，但是IP层不会负责重新传输数据。

MTU＆UDP

  • 只要UDP报文中携带的数据超过过1472(1500 - 20(IP首部) - 8(UDP首部))，那么就会在网络层分成多个IP数据报。

  • 这些IP数据报有任意一个丢失，都会引起接收端网络层重组失败。那么这就意味着，如果UDP数据报在网络层被分片，整个数据被丢失的概率就大大增加。

    MTU＆TCP

  • TCP报文的长度不能无限大，依然要受制于MTU， TCP的单个数据报的大消息长度称为MSS(Max Segment Size)。

  • TCP在建立连接时，首先会和对方协商MSS的大小。理想的情况下，MSS的值正好是在IP不会被分片处理的大长度(这个长度仍然是受制于数据链路层的·MTU)
  • 双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值。然后双方得知对方的MSS值之后选择较小的作为最终的MSS。MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2)。
  • **MSS = MTU - TCP首部 - IP首部**，既TCP报文的数据长度