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第一章、网络基础

一、网络基础

1、协议的概念

1.1、什么是协议

从应用的角度出发，协议可理解为“规则”，是数据传输和数据解释的规则。

假设，A、B 双方欲传输文件。规定：

第一次，传输文件名，接收方接收到文件名，应答 OK 给传输方；

第二次，发送文件的尺寸，接收方接收到该数据再次应答一个 OK；

第三次，传输文件内容。同样，接收方接收到数据完成后应答 OK 表示文件接收成功。

由此，无论 A、B 之间传递何种文件，都是通过三次数据传输来完成。A、B 之间形成

了一个最简单的数据传输规则。双方都按此规则发送、接收数据。A、B 之间达成的这个相

互遵守的规则即协议。

这种仅在 A、B 之间被遵守的协议称之为原始协议。当此协议被更多的人采用，不断地

增加、改进、维护、完善。最终形成一个稳定的、完整的文件传输协议，被广泛应用于各种

文件传输过程中。该协议就成为一个标准协议，最早的 ftp 协议就是由此衍生而来。

TCP 协议注重数据的传输。http 协议着重于数据的解释。

1.2、典型协议

传输层：常见协议有 TCP/UDP 协议。

应用层：常见协议有 HTTP 协议、FTP 协议。

网络层：常见协议有 IP 协议、ICMP 协议、IGMP 协议。

网络接口层：常见协议有 ARP 协议、RARP 协议。

TCP 传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

UDP 用户数据报协议是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简

单不可靠信息传送服务。

HTTP 超文本传输协议是互联网上应用最广泛的一种网络协议。

FTP 文件传输协议。

ICMP 协议是 Internet 控制报文协议，它是 TCP/IP 协议族的一个子协议，用于在 IP 主

机、路由器之间传递控制消息。

IGMP 协议是 Internet 组管理协议，是因特网协议家族中的一个组播协议。该协议运行

在主机和组播路由器之间。

ARP 协议是面向地址解析协议，通过已知的 IP，寻找对应主机的 MAC 地址。

RARP 是反向地址转换协议，通过 MAC 地址确定 IP 地址。

2、网络应用程序设计模式

2.1、C/S 模式

传统的网络应用设计模式，客户机(client)/服务器(server)模式。需要在通讯两端各自部

署客户机和服务器来完成数据通信。

2.2、B/S 模式

浏览器(browser)/服务器(server)模式。只需在一端部署服务器，而另一端使用每台 PC 都

默认配置的浏览器即可完成数据的传输。

2.3、优缺点

对于 C/S 模式来说，其优点明显。客户端位于目标主机上可以保证性能，将数据缓存至

客户端本地，从而提高数据传输效率。且，一般来说客户端和服务器程序由一个开发团队创

作，所以他们之间所采用的协议相对灵活。可以在标准协议的基础上根据需求裁剪及定制。

例如，腾讯公司所采用的通信协议，即为 ftp 协议的修改裁剪版。

因此，传统的网络应用程序及较大型的网络应用程序都首选 C/S 模式进行开发。如，知

名的网络游戏魔兽世界。3D 画面，数据量庞大，使用 C/S 模式可以提前在本地进行大量数

据的缓存处理，从而提高观感。

C/S 模式的缺点也较突出。由于客户端和服务器由一个开发团队来完成开发。工作量将

成倍提升，开发周期较长。另外，从用户的角度出发，需要将客户端安装在用户主机上，对

用户主机的安全性构成威胁。这也是很多用户不愿意使用 C/S 模式应用程序的重要原因。

B/S 模式相对于 C/S 模式而言，由于它没有独立的客户端，使用标准浏览器作为客户端，

其工作开发量小，只需开发服务器端即可。另外由于采用浏览器显示数据，因此移植性非常

好，不受平台限制。如早期的偷菜游戏，在各个平台上都可以完美运行。

B/S 模式的缺点也较明显。由于使用第三方浏览器，因此网络应用支持受限。另外，没

有客户端放到对方主机上，缓存数据不尽人意，从而传输数据量受到限制。应用的观感大打

折扣。第三，必须与浏览器一样，采用标准 http 协议进行通信，协议选择不灵活。

因此在开发过程中，模式的选择由上述各自的特点决定。根据实际需要选择应用程序设

计模式。

3、分层模型

3.1、OSI 七层模型

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

应用层

传输层

网络层

网络接口层

OSI参考模型

TCP/IP模型

OSI 模型

1. 物理层：主要定义物理标准设备，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输

介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由 1，0 转化为电流强弱来

进行传输，到达目的地后再转化为 1，0，也就是我们常说的数模转换和模数转换）。

这一层的数据叫做比特。

2. 数据链路层：定义了如何让格式化数据以帧为单位进行传输，以及如何让控制对物

理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。如：

串口通信中使用到的 115200、8、N、1。

3. 网络层：在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。

Internet 的发展使得从世界各站点访问信息得用户数大大增加，而网络层正是管理

这种连接的层。

4. 传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（www 端口 80 等），如：TCP（传输

控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP

（用户数据报协议，与 TCP 协议特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量

小的数据，如 QQ 聊天数据就是通过这种方式传输得）。主要是将从下层接收得数

据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。

5. 会话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。主要

在你的系统之间发起会话或者接收会话请求（设备之间需要互相认识可以是 IP 也

可以是 MAC 或者主机名）

6. 表示层：可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统应用层读取。例

如，PC 程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机使用扩展二一十进制交换

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