网络通信的基本概念与设备

一、互联网

二、JAVA跨平台与C/C++的原理

1、JAVA跨平台的原理

2、C/C++跨平台的原理

三、网络互连模型

四、客户端与服务器

五、计算机之间的通信基础

1、IP地址与MAC地址

2、ARP与ICMP对比

①ARP协议（地址解析协议）

②ICMP协议（互联网控制报文协议）

六、计算机之间的连接方式

1、集线器（Hub）

2、网桥

3、交换机

4、路由器

数据是如何从一个设备传递到另一个设备的？这一切都是由网络协议来规定的。没有网络协议，就没有今天的互联网。互联网、移动互联网、物联网，都离不开网络协议，为了满足各种需求，有各式各样的网络协议（HTTPS、SMTP、MQTT、RTMP等）。

一、互联网

互联网如何工作？

以访问网站为例，互联网的运作流程如下：

        输入网址：在浏览器输入 https://www.example.com。

        DNS解析：将域名转换为对应的IP地址（如 93.184.216.34）。

        建立连接：通过TCP协议与目标服务器三次握手，建立可靠连接。

        发送请求：HTTP协议向服务器请求网页数据。

        数据传输：数据被拆分为“数据包”，经路由器逐跳转发到目标服务器。

        服务器响应：服务器返回HTML、CSS、JavaScript等文件，浏览器渲染页面。

二、JAVA跨平台与C/C++的原理

1、JAVA跨平台的原理

JVM（Java Virtual Machine）：Java虚拟机

·JAVA的跨平台：一次编译，到处运行编译

·生成跟平台无关的字节码文件（文件）

·由对应平台的解析字节码为机器指令（01010）

编译加载 Window/Mac/Linux

*.java-------> *.class ---------> JVM-->机器指令

注意：

如果代码有语法错误，将编译失败，并不会生成字节码文件

那就不会去运行一个程序。最后导致程序运行失败

2、C/C++跨平台的原理

C/C++的跨平台：使用平台相关的编译器生成对应平台的可执行文件

三、网络互连模型

什么是协议？

协议（Protocol）是计算机或设备之间通信时遵循的规则和标准，定义了数据如何传输、格式如何组织、错误如何处理等，确保不同系统能正确交互。它类似于人类交流中的“语言”和“礼仪”，是数字世界协同工作的基础。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。

按功能分层：

具体分层内容：

协议如何工作？

以发送邮件为例

        用户写邮件：在客户端（如Outlook）输入内容，点击“发送”。

应用层协议（SMTP）：将邮件内容按SMTP格式封装（包括发件人、收件人）。

        传输层协议（TCP）：将数据拆分为“段”，通过三次握手建立可靠连接。

        网络层协议（IP）：添加源IP和目标IP地址，将数据包路由到邮件服务器。

        物理层：通过光纤/电缆将电信号传输到目标服务器。

        收件方：服务器按协议反向解析数据，最终将邮件投递到收件人邮箱

四、客户端与服务器

客户端：请求服务的终端 --> 主动发起请求

服务器：提供服务的终端 --> 被动响应请求

请求过程

客户端发送数据（自上而下封装）

①应用层：

生成原始数据（如HTTP请求：“获取首页内容”）。

添加应用层协议头（如HTTP头部：GET /index.html）。

②传输层：

将数据分割为“段”（Segment），添加端口号（如目标端口80）。

TCP协议附加序列号、校验和（确保可靠传输）。

③网络层：

封装为“数据包”（Packet），添加源IP和目标IP地址（如客户端IP 192.168.1.2 → 服务器IP 93.184.216.34）。

④数据链路层：

封装为“帧”（Frame），添加MAC地址（如客户端MAC 00:1A:2B:3C:4D:5E → 路由器MAC）。

⑤物理层：

将帧转换为比特流（电信号/光信号），通过网线或无线传输。

服务器接收数据（自下而上解封装）

①物理层 → 数据链路层：

接收比特流，转换为帧，校验MAC地址是否匹配。

②数据链路层 → 网络层：

剥离MAC头部，检查IP地址是否为服务器自身IP。

③网络层 → 传输层：

剥离IP头部，根据端口号（如80）将数据交给对应服务（如Web服务器）。

④传输层 → 应用层：

TCP重组数据段（按序列号排序），校验完整性，最终传递原始HTTP请求到应用层。

⑤应用层处理：

解析HTTP请求，生成响应（如返回HTML文件），反向封装并发送回客户端。

总结：

客户端与服务器的本质区别在于服务方向（请求 vs 响应），而非物理形态。当你在手机上滑动屏幕时——指尖触发客户端代码生成请求，跨越层层协议栈抵达云端服务器，CPU执行微秒级的计算，再将结果穿透无数路由器精准返回，整个过程就像一场由协议导演、数据担纲主角的环球接力赛。

五、计算机之间的通信基础

1、IP地址与MAC地址

IP地址是通信的起点：计算机需先获取目标设备的IP地址（通过DNS解析、手动输入等方式），这是跨网络寻址的基础。

最终是根据MAC地址（网卡地址），输送数据到网卡，被网卡接收

目标MAC匹配：若数据帧的MAC地址与网卡自身地址一致，网卡将数据上传至网络层（如IP协议）处理。

目标MAC不匹配：若MAC地址不匹配，网卡直接丢弃数据，避免无关流量占用系统资源。

关键设备：

交换机：基于MAC地址转发数据（数据链路层）。

路由器：基于IP地址跨网络路由（网络层）。

网关：协议转换（如连接IPv4和IPv6网络）。

应用场景：

设备A（IP: 192.168.1.20）向设备B（IP: 192.168.1.21）发送数据：

        设备A检查本地ARP缓存表，若未找到B的MAC地址，发送ARP广播请求。

        设备B响应ARP请求，返回自己的MAC地址。

        设备B检查本地ARP缓存表，若未找到A的MAC地址，发送ARP广播请求。

        设备A响应ARP请求，返回自己的MAC地址。

        设备A将数据封装为帧（目标MAC=设备B的MAC），通过交换机发送。

        设备B的网卡检测到目标MAC匹配，接收数据并上传至网络层处理。

总结流程：

①IP地址的获取：

用户通过域名（如 www.example.com）访问资源时，需先通过DNS协议将域名解析为IP地址。

若目标设备在局域网内，可直接通过ARP协议获取其MAC地址（无需经过路由器）。

②IP地址 → MAC地址的转换：

通过ARP协议（Address Resolution Protocol）广播查询目标IP对应的MAC地址。

目标设备响应ARP请求，返回自身MAC地址，并存储在本地ARP缓存表中。

③数据封装与传输：

数据在网络层封装为IP数据包（包含源/目标IP地址）。

在数据链路层封装为以太网帧（添加源/目标MAC地址）。

通过物理介质（网线、光纤等）传输到目标设备的网卡。

④网卡对数据帧的校验：

网卡检查帧头中的目标MAC地址：

·匹配：拆解帧，将IP数据包传递给网络层协议。

·不匹配：直接丢弃，不进行后续处理。

2、ARP与ICMP对比

①ARP协议（地址解析协议）

定义与作用：

ARP（Address Resolution Protocol）用于将网络层的IP地址解析为数据链路层的MAC地址，使得同一局域网内的设备能够直接通信。

工作原理：

ARP请求（广播）：当设备A需要与设备B通信，但不知道B的MAC地址时，会发送一个广播ARP请求，包含目标IP地址。

ARP响应（单播）：设备B收到请求后，若IP匹配，则回复一个单播ARP响应，包含自己的MAC地址。

缓存机制：设备A将B的IP-MAC映射存入本地ARP缓存表（通常有效期几分钟），减少重复请求。

②ICMP协议（互联网控制报文协议）

定义与作用：

ICMP（Internet Control Message Protocol）用于传递网络控制信息，如错误报告、状态查询，帮助诊断网络问题。

工作原理：

封装在IP数据包中（协议号1），不直接关联传输层（如TCP/UDP）。

设备根据ICMP报文类型执行操作，例如：

·目标不可达（类型3）：路由器无法转发数据包时发送。

·超时（类型11）：数据包TTL归零时触发。

·回显请求/应答（类型8/0）：用于ping命令测试连通性。