计算机网络体系架构认知--网络协议栈

一.计算机网络分层架构

• 实现计算机长距离网络通信需要解决很多问题(比如数据完整性,主机定位等等问题),工程人员将计网通信问题划分成了七个层次,每一个层次针对特定的通信问题制定了特定的通信协议,协议层之间耦合度低,协议层内部高聚合,形成了全球统一且便于维护和扩展的计算机网络硬软件架构
  
• 每个层次的作用概述

各协议层和计算机系统的联系

• 传输层和网络层是在操作系统的内核中实现的

从整体上理解计算机网络通信

• 有效数据在某台主机的进程中产生,自上而下通过各层协议进行协议包的封装(协议包中包含具体的协议信息,比如通信主机标识信息等等),然后经过物理介质到达另一台主机,随后自下而上通过各层协议进行协议包的解析(完成协议信息的传递和识别),最后将有效数据送达目标进程
  

计算机网络通信的本质

• 计算机网络通信的本质:跨主机的进程间通信,过程中贯穿两个通信主机各层协议栈进行通信报文的封装和解包

二.Mac地址,IP地址和进程端口号

• 网卡是计算机系统用于网络通信的基础硬件,每个网卡在出厂时都有一个Mac地址,Mac地址在数据链路层标识一台计算机
• 网络层一般统一采用IP协议,IP协议中,每台计算机都有一个IP地址,IP地址可以在全球范围内唯一地标识一台计算机
• 网络通信中,应用层使用端口号标识操作系统中的各个进程
• IP地址和进程端口号组合起来可以在全球范围内唯一地标识一个进程,构成网络通信的定位基础
  

三.局域网通信与跨局域网通信

局域网通信

• 狭义上的局域网: 多台计算机在数据链路层使用同种协议(比如以太网协议)并且在物理上直接相联系(比如接在同一条以太网线上)
• 由于物理上的紧密联系,各主机在局域网中会存在数据碰撞问题从而导致通信效率降低
  

跨局域网通信

• 处在不同局域网的计算机的数据链路层可能会采用不同的协议,进行网络通信过程中,需要借助路由器完成报文的转发和协议重组

• 路由器在网络层进行工作,不同局域网之间的一种网络通信图示:
  

• 网络层IP协议借助路由器屏蔽了底层网络的差异化,实现了全球主机的软件虚拟层,网络层的这一重要地位使得它被写进了操作系统的内核

全球互联的通信脉络

• IP地址的字段中含有不同局域网的标识信息,指导路由器进行通信路径规划

四.网络编程概述

• Linux中一切皆文件,进程以文件读写的方式和网卡进行数据交互
• 进程进行网络通信之前,要通过操作系统传输层提供的系统调用接口选择指定的网络层协议和传输层协议,并且绑定ip地址和进程端口号建立网络数据通路
• 入网进程的系统视角: