1. 网络发展史

1.1 独立模式

独立模式：计算机之间相互独立

1.2 网络互连

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

1.3 局域网 LAN

局域网，即 Local Area Network，简称LAN。
Local 即标识了局域网是本地，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。

局域网组建网络的方式有很多种：
1）基于网线直连
2）基于集线器组建
3）基于交换机组建
4）基于交换机和路由器组建

1.4 广域网 WAN

广域网，即 Wide Area Network，简称WAN。
通过路由器，将多个局域网连接起来，在物理上组成很⼤范围的网络，就形成了广域网。
广域网内部的局域网都属于其子网。

2. 网络通信基础

网络互联的目的是进行网络通信，也是网络数据传输，更具体一点，是网络主机中的不同进程间，基于网络传输数据

那么，在组建的网络中，如何砍断到底是从那太主机传来的呢？

接下来我们就认识一下通信的基础知识

2.1 IP 地址

概念：
IP 地址，描述了一个设备，在网络上的地址
简单说，IP地址用于定位主机的⽹络地址

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格式：

IP地址是⼀个32位的⼆进制数，通常被分割为4个“8位⼆进制数”（也就是4个字节）
如 01100100.00000100.00000101.00000110

通常⽤“点分⼗进制”的⽅式来表示，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之间的⼗进制整数）
如：100.4.5.6

2.2 端口号

概念：
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、接收数据的进程。

简单说：端口号⽤于区分知己上不同的应用程序

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

不同的程序就可以关联/绑定到不同的端口号
一个端口号只能被一个程序绑定，但是一个程序可以绑定多个端口

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0 一般不使用

1 - 1023 这个范围的端口，系统留作特殊用途，我们一般写的长须不应该占用
这是知名端口号，留给一些比较创建的服务器程序使用
22 -> ssh
23 -> telnet
80 -> http
443 -> https

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实际的通信过程中，IP 的 端口 往往是“一对”

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）

2.3 认识协议

网络 本质是通过 光/电 信号来传输数据
比如，低电平表示 1，高电平表示 0；高平光信号表示 1，低频光信号表示 0

协议就是一种约定，约定了通信双方按照啥样的方式来传递数据

协议，就只是单纯的约定，并不会很复杂的
由于网络通信的世界中，遇到的场景/问题往往比较棘手，确实有一些网络协议是比较复杂的

2.4 五元组

五元组是一次通信过程中必不可少的信息

1. 源IP：标识源主机
2. 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
3. 目的IP：标识⽬的主机
4. 目的端口号：标识⽬的主机中该次通信接收数据的进程
5. 协议号：标识发送进程和接收进程双⽅约定的数据格式

2.5 协议分层

2.5.1 什么是协议分层

在平时写代码中，如果一个代码越写越多，越写越复杂，往往需要把代码给拆分成多个部分

拆分之后能够更好的理解

网络通信的场景会比较复杂，有很多问题需要通过协议来进行解决
如果搞一个大的协议来解决所有问题，此时这个协议就会非常庞大，非常复杂就不利于人们去学习和理解.
相比之下，也可以把大的协议，拆分成多个小的协议，让每个小的协议只专注于做一小块事情
使每个小的协议，都不会太复杂 ( 化繁为简 )

由于网络通信实在太复杂，拆分就拆出来太多的小的协议，这么多小的协议也就不好管理了，就需要对协议进行分层了

所谓分层，就是按照协议的定位/作用 进行分类
并且约定了不同层次之间的“调用关系”
“上层协议，调用下层协议”
“下层协议给上层协议提供支持”
此时，这么多协议就不容易混乱

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2.5.2 分层的作用

1. 协议分层之后，上层和下层 彼此之间就进行了封装
   使用上层协议，不必过多关注下层
   使用下层协议，不必过多关注上层
   大大降低了使用者的使用成本
   
2. 每一层协议都可以根据需要灵活替换
   

2.5.3 OSI七层协议

仅仅出现在教科书中
OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连
• OSI 七层⽹络模型是⼀个逻辑上的定义和规范：把⽹络从逻辑上分为了7层
• OSI 七层模型是⼀种框架性的设计⽅法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输

2.5.4 TCP/IP五层协议

是 OSI 七层模型的简化版本

下面四层叫法可能有差异，但是具体还是一样的

1. 物理层：描述的是网络通信的硬件设备
   好比 基础设施：公路、铁路
   比如使用的网线，光纤是什么规格
2. 数据链路层：两个相邻节点之间的数据传输情况
3. 网络层：进行路径规划
4. 传输层：关注起点和终点
5. 应用层：应用程序 如何使用这个数据（程序员最需要关注的一点）

有些资料会说“TCP/IP 四层协议”
是因为这里没有算物理层
（物理层偏硬件，我们大部分关注的是软件）

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在这图的侧面，是这五层在操作系统中的应用

1. 应用层，就是对应到应用程序（我们代码写的软件）
2. 操作系统的内核（传输层和网络层）
   这里的内容是线程的，不需要手动写
3. 驱动程序 + 硬件

2.5.5 网络设备所在分层

• 对于⼀台主机，它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，也即是TCP/IP五层模型的下四层
• 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
（交换机的作用，是针对路由器的端口进行扩展，路由器上的端口可能有限，不够用）
• 对于集线器，它只实现了物理层
（在物理层，把网线一分为二）

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
甚至说一些高端的交换机，也有路由器公共
另一方面，路由器见换机可能还会支持一些更复杂的操作，甚至可能会在传输层或者应用层

2.6 分装和分用

分装和分用，描述了网络通信过程中，基本的数据传输流程

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举个栗子：
考虑 A 通过 QQ 把 hello 传递给 B

发送方：

1. 应用层
   QQ 应用程序，QQ 就会把用户输入的“hello”，打包成一个应用层的数据报（这个数据报的格式，只有QQ 的程序员知道）
   假如：
   
   
   这四个字段，使用‘，’来分割
   这里就构成了一个简单的应用层数据报（字符串拼接）
   上述描述的规则，就是此处我们约定的应用层协议
   具体是用几个字段,字段的顺序如何，使用什么符号分隔
   都是可以灵活调整的.
   (应用层协议，往往是根据具体的场景,具体的需要，由程序员自主决定的)
   这样就可以把应用层数据报，通过操作系统的 api ，把数据交个 传输层
2. 传输层
   就要对刚才的应用层数据，在进行打包，编程传输层的数据报
   这里的打包过程，本质上还是“字符串拼接”
   把刚才的应用层数据，基础上拼接上传输层的报头
   （传输层典型的协议，TCP，UDP）
   
   一个数据报 = 报头 + 载荷（也是字符串的拼接）
   UDP 报头其实是一组二进制数据
   UDP 报头中最关键的信息就是“源端口” 和 “目的端口
   进行封装的过程，就是给数据增加更多的“辅助信息”的过程
   传输层数据报搞好了之后，这个数据又会进一步的交给网络层
3. 网络层
   网络层最重要的协议，是 IP 协议
   
   IP 报头里面包含很多重要的属性，其中最重要的属性就是 源 IP 和 目的 IP
   网络层的数据打包好了之后，继续把数据交给“数据链路层”再来进一步打包
4. 数据链路层
   最重要的是 以太网
   
   以太网报头中，包含的最重要的信息就是 源 mac 地址，目的 mac 地址
   这两个地址也是用来描述一个设备在网络上的地址的
   再把这个数据交给物理层
5. 物理层
   把上述数据，转换成 2 进制 的 0 1 序列
   通过光信号/电信号进行传输

从上层协议到下层协议，层层给数据报添加报头
这个过程称为：封装

数据发送出去之后，就会经过一系列的交换机和路由器进行转发
A 和 B 一般来说不是直接网线连接的，中间还要经过很多的交换机/路由器设备进行转发

当数据到达 B 这里之后，B 就要针对上述数据进行“分用”
（针对上述数据进行层层的解析）

接收方：

1. 物理层
   拿到光电信号 之后 转化为二进制数据，进一步得到以太网数据报
   这个数据要交给数据链路层对应的协议处理

2. 数据链路层
   通过以太网协议，针对以太网数据报进行解析
   这个解析过程就会解析出 报头 和 报尾，以及中间的载荷
   把载荷部分，进一步的再交给网络层的协议来处理
   

3. 网络层
   IP 协议，再进一步的准对网络层数据报进行解析，去掉报头，拿到载荷，再进一把载荷数据交个上层（传输层）
   

4. 传输层
   此处使用 UDP 协议，针对这个数据报进行解析，拿到载荷，去掉报头，把载荷数据进一步的交给上层（应用层）
   根据端口号来区分把数据交个哪个应用程序
   

5. 应用层
   把上述数据根据端口号，交给 QQ 这个程序
   
   QQ 这个程序就要进一步解析这里的数据，这个解析过程也就是按照前面程序员自定义的应用层协议来展开的
   此时，取出 hello 最终显示到界面上即可

数据报在网络中间还会经历一定的转发过程

如果经过路由器：就会封装分用到网络层
路由器解析到网络层，拿到 IP 地址，决定进一步如何传输
下一步传输的时候，又会重新经过网络层，数据链路层和物理层的封装

如果经过交换机：就会封装分用到数据链路层