程序员基石必修课，计算机网络底层原理

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本课程可以学到以下内容

深度掌握网络通信的底层原理
掌握基于TCP协议通信
形成对网络通信全面系统认识
掌握基于WebSocket协议通信
掌握基于HTTP/HTTPS协议通信
掌握通过抓包解决问题的能力

下面是一些内容介绍

初识计算机网络

理解计算机网络是理解现代信息技术的基础之一。计算机网络是指通过通信链路连接起来的多台计算机和其他网络设备之间进行数据交换和通信的系统。以下是初识计算机网络时应该了解的一些基本概念：

网络拓扑结构： 计算机网络的物理或逻辑布局形式，常见的拓扑结构包括星型、总线型、环形、网状等。
网络协议： 在计算机网络中，不同设备之间通信需要遵循一定的规则和约定，这些规则和约定被称为网络协议。常见的网络协议包括TCP/IP协议族，其中包括TCP、IP、HTTP、FTP等。
OSI模型： OSI（Open Systems Interconnection）模型是一个网络通信的概念模型，分为七层，每一层都有特定的功能。从底层到顶层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
局域网（LAN）和广域网（WAN）： 局域网是指覆盖范围较小、通常在同一地理区域内的网络，而广域网则是跨越较大地理区域的网络，如跨越城市、国家甚至是全球的网络。
网络设备： 包括路由器、交换机、网桥、集线器等，这些设备用于连接、控制和管理网络中的数据流。
IP地址和子网掩码： IP地址是网络中设备的唯一标识，而子网掩码用于确定网络中的主机和子网的范围。
网络安全： 计算机网络安全是确保网络系统和数据免受未经授权访问、数据泄露和破坏的一系列措施和技术，包括防火墙、入侵检测系统（IDS）、虚拟专用网络（VPN）等。

初识计算机网络时，可以从以上基本概念入手，逐步深入了解网络的工作原理、通信方式和常见技术，以建立对计算机网络的整体认识。

物理层和数据链路层

物理层和数据链路层是OSI模型中的前两层，它们负责计算机网络中数据的传输和管理。以下是它们的主要功能和特点：

物理层（Physical Layer）：

物理层是OSI模型中最底层的一层，负责传输原始的比特流（bitstream），以及在物理媒介上传输数据。
主要任务是将数据转换为适合在传输媒介上传输的信号，并将信号转换回数据。
物理层定义了数据传输的电气特性、机械特性、功能特性和过程特性，例如电压、速度、传输距离、连接器类型等。
物理层的例子包括网线、光纤、无线电波等传输介质，以及调制解调器（调制解调器）等设备。

数据链路层（Data Link Layer）：

数据链路层负责将物理层提供的原始比特流组织成数据帧，并管理数据帧的传输。
主要任务包括错误检测和纠正、流量控制、访问控制、数据帧同步、帧定界等。
数据链路层通常会将数据帧分割成较小的单元，以便在物理层上传输，并在接收端重新组装成完整的数据帧。
最常见的数据链路层协议是以太网协议，用于局域网中计算机之间的通信。
数据链路层还定义了MAC（Media Access Control）地址，用于在局域网中唯一标识网络设备。

在计算机网络中，物理层和数据链路层共同工作，确保数据能够在网络中可靠传输。物理层处理物理传输细节，而数据链路层负责将数据组织成适当的格式，并在通信的两端之间建立可靠的通信连接。

网络层

网络层是OSI模型中的第三层，负责在计算机网络中实现端到端的数据传输和路由功能。以下是网络层的主要功能和特点：

路由和转发：

网络层负责确定数据包从源到目的地的最佳路径，并进行路由和转发操作，以确保数据包按照正确的路径到达目的地。
路由是指确定数据包的传输路径，而转发是指根据路由表将数据包发送到正确的输出端口。

逻辑地址分配：

网络层为每个连接到网络中的设备分配逻辑地址，以便在网络中唯一标识每个设备。
最常见的逻辑地址是IP地址（Internet Protocol Address），它是网络层的基本标识符，用于在Internet上定位和识别设备。

分段和重组：

网络层可以将数据流分成较小的数据包，以便在网络中传输，并在目的地处重新组装成原始数据流。
这种分段和重组的过程有助于提高网络的效率和可靠性。

拥塞控制：

网络层负责监测网络的拥塞情况，并采取措施来减轻拥塞，例如使用拥塞控制算法和流量管理策略。

多播和单播：

网络层支持单播（unicast）、广播（broadcast）和多播（multicast）等不同的数据传输方式，以满足不同的通信需求。

提供服务质量（Quality of Service，QoS）：

网络层可以根据应用程序的要求提供不同的服务质量，例如延迟、带宽和可靠性等。

网络互联：

网络层可以连接不同的物理网络，并提供跨网络的数据传输和通信功能，实现全球范围的互联网。

总之，网络层在计算机网络中扮演着关键的角色，负责实现数据的逻辑传输、路由和转发、地址分配以及拥塞控制等功能，是实现网络通信的基础。