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2.局域网与广域网 

随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完成业务，就有了网络互连。

网络互连：将多台计算机连接在一起，完成数据共享。

数据共享本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据，也称为网络通信。

根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网

局域网是本地，局部组建的一种私有网络。

局域网内的主机之间能方便的进行网络通信，又称为内网；局域网和局域网之间在没有连接的情况下，是无法通信的。

下面是局域网的一种实现方式：

---

其能通过路由器去使几台电脑去连接在一块，但数量是有限的。

一般家用路由器,常见的是5 个网口：1WAN + 4LAN
要想让这几个电脑能够在同一个局域网中上网,就需要把他们连接到LAN 口，WAN 口是用来连上级的路由器的。

那么能不能让一个路由器连接的电脑更多呢？

有个叫交换机的东西: 可以扩展路由器的端口，我们把路由器的LAN口连在交换机上，交换机上有一定数量的LAN口从而可以连一定数量的电脑，这样就可以扩展电脑的数量。

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除此之外还有上级路由器连多个下级路由器，从而更多电脑连接在一块。

那么如果我们在上述设备层层连接之下,就可以构成更复杂的网络结构了，把更多更多的局域网连接到一起,构成的网络更加庞大,可能已经覆盖了一个城市，一个国家，就叫广域网。

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对于广域网和局域网的定义没有准确的数量要求。（我们感觉非常多的电脑（10w台这种）连接在一块就是可以称为广域网）

3. IP地址和端口号

IP地址描述了一个设备,在网络上的地址,
生活中: 江西省南昌市新建区江西财经大学

而在计算机中: 使用一个 32 位, 4 字节数字, 表示地址
一般来说,我们会把 IP 地址给表示成 4 个 0-255 之间的十进制数字,并且使用 3个点进行分隔.点分十进制（192.168.2.100）

在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的程序。简单说：端口号用于定位主机中的程序。

类似发送快递时，不光需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收货人（端口号）

格式为：

端口号是0~65535范围的数字（两个字节），在网络通信中，程序可以通过绑定一个端口号，来发送及接收网络数据
注意事项：

两个不同的程序，不能绑定同一个端口号，但一个进程可以绑定多个端口号

特殊说明：               

1-1023 （0不用作端口号）这个范围的端口号,系统留作特殊用途,咱们写的程序不应该占用
知名端口号,这些留给一些比较常见的服务器程序进行使用的（都是系统必要的）
22 => ssh
80 => http
443 => https
23 => telnet 

4.网络协议 

网络协议是网路通信中的规则和标准，它用于定义网络通信中数据的传输方式、数据包的结构、数据包中的信息内容以及通信双方的行为等。只有统一规范好了网络协议（规则），电脑们之间才能通信成功。

5.协议分层 

网络通信,是一个非常复杂的事情,这个过程中涉及到很多的细节问题.
如果你使用一个协议来约定上述所有的细节,这个协议就会非常庞大,非常复杂.此时,就可以把一个功能复杂的协议,拆分成多个功能更单一的协议来解决各个小问题。
但是拆出来的协议太多了,如果放在一块就变得很复杂，所以就对这些协议进行分类,甚至要进行协议分层，把很多协议,按照功能分成不同的层级,每个层级都有对应的主线任务，并且上层协议还能调用下层协议（这个后面会说它的具体体现）

协议进行分层后各个层级的内部操作就不会干扰到其他层级，更加灵活独立。

协议分层有两种模型：

osi 七层网络模型  仅仅是出现在教科书中。现在基本没有了，所以不详细讲述。
TCP/IP 五层网络模型    osi七层模型的简化版本，现在基本都是该模型，所以我们会对它进行详细描述。 

TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构：

1.应用层：负责应用程序对数据的处理（发送或者接受等），我们的网络编程主要就是针对应用层，我们对该数据的处理决定了系统用什么网络协议应对该处理。

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2.传输层：在应用层决定了用什么网络协议后，传输层也会决定用对应的网络协议处理。（体现了上一层对下一层的调用），传输层常见的协议包括TCP、UDP、SCTP和DCCP。

这些协议主要是决定数据传输的起点和终点（还有其他功能，之后会说）

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3.网络层：在传输层决定了用什么网络协议后，网络层也会决定用对应的网络协议处理。（体现了上一层对下一层的调用），常见的协议包括IP、ICMP、IGMP、ARP、RIP、OSPF和BGP等。这些协议主要是进行路径规划，选出合适的路径。（还有其他功能，之后会说），例如在IP协议中，通过IP地址来标识一台主机，并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路。路由器工作在网路层。

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4. 数据链路层：在网络层决定了用什么网络协议后，数据链路层也会决定用对应的网络协议处理。（体现了上一层对下一层的调用），常见的协议包括以太网协议、PPP、HDLC、FDDI和Wi-Fi等。数据链路层协议主要是确定电脑用什么方式传输数据。  交换机工作在数据链路层。

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5.物理层：在数据链路层决定了用什么网络协议后，物理层也会决定用对应的网络协议处理（体现了上一层对下一层的调用）。常见的物理层协议包括以太网物理层、USB、PCIe、HDMI、光纤通信协议，物理层协议主要是对网络通信的硬件设备进行要求，比如使用的网线,光纤都应该是啥规格。集线器工作在物理层。

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我们发现层数越低，它们的功能就越是底层，越是细节，反而最高层的应用层就比较宏观了，会使用就行（这是因为有下一层的给你提供底层支持，本层就不需要那么多细节）。

对于这些网络协议，前三层都是由操作系统内核创建的，后两层都是驱动程序+硬件创建的。并且它们的创建是电脑诞生之时就自带的，我们进行网络通行操作时并不能创建出来协议，而是系统在众多已存在的协议中挑选出一个适合处理该行为的协议。 

对于每一个电脑来说都只有一个唯一的协议分层。 

物理层我们考虑的比较少。因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型。 

6.网络设备所在分层 

对于一台主机，它实现了从传输层到物理层的内容，也即是TCP/IP五层模型的五层

对于一台路由器，它实现了从网络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层；

对于一台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；

对于集线器，它只实现了物理层；

（这是个很经典的面试题，记住就行）

注意我们这里说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为二层交换机（工作在TCP/IP五层模型的下两层）、三层路由器（工作在TCP/IP五层模型的下三层）。随着现在网络设备技术的不断发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的网络设备都是传统意义上的交换机和路由器。

7.数据的封装和分用 

当我们将一个数据从一个主机传输给另一个主机时，该数据是怎样进行传输的？ 

我们通过协议分层去传输，在确定好协议分层相对应的各个协议后，数据会从应用层一直传输到物理层，通过网络再到另一个电脑的物理层，而后一直传输到另一个电脑的应用层，从而成功接受信息。

那么数据在传输过程中会不会发生变化？

答案是会的，因为协议不仅会有像“决定数据传输的起点和终点”这种功能，还有能规定数据包的结构这种功能，所以数据会因为协议的规定而变化结构。

数据的变化我们分为数据包的封装和数据包的分用.

数据包的封装是指在数据从高层向低层传递的过程中，每一层协议都会在数据包的前面添加自己的控制信息（头部），有时也会在数据包的后面添加一些信息（尾部）。这个过程就像是给数据包加上了一个个的“信封”，每个“信封”包含了该层协议所需的信息，以便在接收方正确地解析和处理数据包。(前面提了之所以变化结构是因为协议规定了数据只允许用协议允许的结构存在，所以不得不变化结构)

封装的过程通常包括以下几个步骤：

1. 应用层：应用层协议（如HTTP、FTP等）将用户数据打包，并添加自己的头部信息，如请求方法、URL、HTTP版本等。

2. 传输层：传输层协议（如TCP、UDP等）接收来自应用层的数据包，并添加自己的头部信息，如源端口号、目的端口号等。如果是TCP，还会添加序列号、确认号等信息。

3. 网络层：网络层协议（如IP）接收来自传输层的数据包，并添加自己的头部信息，如源IP地址、目的IP地址等。

4. 数据链路层：数据链路层协议（如以太网）接收来自网络层的数据包，并添加自己的头部信息，如源MAC地址、目的MAC地址等，同时也会添加尾部信息，如帧校验序列（FCS）。

5. 物理层：物理层将数据链路层的数据包转换为物理信号（如电信号、光信号等），在物理介质中传输。

数据包的分用是指在数据从低层向高层传递的过程中，每一层协议都会剥离自己添加的控制信息（头部和尾部），并将剩余的数据包传递给上一层协议。这个过程就像是拆开一个个的“信封”，逐层解析数据包，直到最终将用户数据传递给应用层。(前面提了之所以变化结构是因为协议规定了数据只允许用协议允许的结构存在，所以不得不变化结构)

分用的过程通常包括以下几个步骤：

1. 物理层：物理层将物理信号转换回数据链路层的数据包。

2. 数据链路层：数据链路层接收来自物理层的数据包，剥离自己的头部和尾部信息，将剩余的数据包传递给网络层。

3. 网络层：网络层接收来自数据链路层的数据包，剥离自己的头部信息，将剩余的数据包传递给传输层。

4. 传输层：传输层接收来自网络层的数据包，剥离自己的头部信息，将剩余的数据包传递给应用层。

5. 应用层：应用层接收来自传输层的数据包，剥离自己的头部信息，将最终的用户数据呈现给用户或应用程序。

不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段，在网络层叫做数据报，在链路层叫做帧。 

下图是对于数据的封装很好的体现。

 

上图就是数据的封装，把该图反过来看就是数据的分用了。 

对于数据包从上一层传递到下一层或者数据包从下一层传递到上一层 都体现了上一层对下一层的调用。 

 8.数据包和五元组

在刚才的文章中我总是提到数据包，那数据包到底是什么呢？和数据有什么区别？

• 数据：数据是指未经处理或未按特定方式组织的信息。

• 数据包：数据包是数据在网络中传输时的基本单位，它是由数据和控制信息组成的。数据包的结构和格式由所使用的网络协议决定，通常包括头部（控制信息）和负载（数据）两部分。

由于我们刚学了封装和分用，可以说数据在传输前需要被封装成数据包，才能在网络中传输。所以数据包以后是绝对经常接触的，这里了解一下它的概念。

五元组的组成如下：

1. 源IP地址：发送数据包的设备的IP地址。

2. 源端口：发送数据包的设备上的应用程序所使用的端口号。

3. 目的IP地址：接收数据包的设备的IP地址。

4. 目的端口：接收数据包的设备上的应用程序所使用的端口号。

5. 传输层协议：这次网络通信传输层所使用的协议，例如TCP或UDP。

通过这五个信息的组合，我们可以唯一地标识一个网络连接或会话。