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网络协议从入门到底层原理学习（一）—— 简介及基本概念

一、简介

1、网络协议的定义

什么是网络协议?

网络协议是由定义网络上两个或多个设备之间通信的规则、过程和格式组成的正式标准和策略

它们确保计算机网络设备可以使用一种通用语言传输和接收数据，而不管它们的设计、硬件或基础设施如何。

网络协议管理及时、安全、管理的数据或网络通信的端到端过程。

它们可以内置到硬件或软件中，而且它们是如此重要，以至于在实践中，每个网络的使用都依赖于网络协议来进行通信和连接。

简单来讲：

网络协议的定义：为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。

网络协议是由几个组织根据某些行业标准开发和发布的。

最重要的包括:

• 万维网联盟(W3C)
• 国际电信联盟(ITU)
• 国际标准化组织(ISO)
• 互联网工程专责小组(IETF)
• 电气和电子工程师协会(IEEE)

2、网络协议组成要素

网络协议是由三个要素组成：

(1) 语义。语义是解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。

(2) 语法。语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。

(3) 时序。时序是对事件发生顺序的详细说明。（也可称为“同步”）。

人们形象地把这三个要素描述为：语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。

3、广泛的网络协议类型

网络通信协议

通信协议允许网络设备之间进行基本的数据通信。 它们的用途包括在计算机之间或通过互联网传输文件，交换基于文本的消息，以及在路由器和外部或物联网设备之间建立通信。

通信协议的例子有:

• 蓝牙协议
• FTP
• TCP / IP
• 和HTTP

网络安全协议

安全协议通过保证在网络上传输的数据不会被未经授权的用户访问来实现网络通信的安全性。

安全性是通过各种方法建立的，例如通过使用密码、身份验证协议或数据加密。

在设备之间的传输过程中可以对数据进行加密和保护，可以拒绝未知或未经授权的设备或用户访问。

安全协议的例子包括:

• HTTPS
• SSL
• SSH
• SFTP

网络管理协议

网络管理协议通过定义操作网络所需的过程来提供网络治理和维护。

它们应用于在给定网络中运行的所有设备上，如服务器、路由器和计算机，以有效地协调它们。

网络管理协议保证了每台设备之间以及与网络本身之间的连接，并保证了这些连接的稳定性。

它们通常用于故障排除和评估网络连接的质量。

网络管理协议的例子包括:

• SNMP
• ICMP

4、网络协议模型对比图

二、基本概念

1、网络互连模型

为了更好地促进互联网络的研究和发展，国际标准化组织 ISO 在 1985 年制定了网络互连模型

• OSI 参考模型（Open System Interconnect Reference Model），具有 7 层结构

请求过程


网络分层

2、计算机之间的通信基础

需要得知对方的 IP 地址

最终是根据MAC地址（网卡地址），输送数据到网卡，被网卡接收

• 如果网卡发现数据的目标 MAC 地址是自己，就会将数据传递给上一层进行处理

• 如果网卡发现数据的目标 MAC 地址不是自己，就会将数据丢弃，不会传递给上一层进行处理

计算机之间的连接方式 ——网线直连

需要用交叉线（不是直通线）

计算机之间的连接方式—— 同轴电缆（Coaxial）

特点：

• 半双工通信

• 容易冲突

• 不安全

• 中间断了，整个都瘫了

计算机之间的连接方式——集线器（ Hub ）

特点：

• 半双工通信

• 容易冲突

• 不安全

• 跟同轴电缆一样：没有智商

计算机之间的连接方式—— 网桥（Bridge）

特点：

• 能够通过自学习得知每个接口那侧的 MAC 地址
  • 从而起到隔绝冲突域的作用

计算机之间的连接方式 —— 交换机（Switch）

特点：

• 相当于接口更多的网桥

• 全双工通信

• 比集线器安全

计算机之间的连接方式 —— 路由器（Router）

特点：

• 网线直连、同轴电缆、集线器、网桥、交换机

  • 连接的设备必须在同一网段
  • 连接的设备处在同一广播域

• 路由器

  • 可以在不同网段之间转发数据
  • 隔绝广播域