网络原理之初识

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前言

网络是当今社会中不可或缺的一部分，它不仅改变了我们获取信息和交流的方式，还极大地促进了商业、教育和文化等方面的发展。随着互联网的飞速发展和普及，我们的世界已经变得更加紧密和互联。然而，对于许多人来说，网络仍然是一个神秘的世界，需要通过学习和实践来了解它的基本原理和工作方式。本文旨在为初学者提供一个网络初识的指南，帮助读者了解网络的基本概念和架构，以及如何使用网络进行通信和数据传输。

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一.互联网的由来

简单的做一些基本的介绍
当谈到互联网的起源时，通常会提到 20 世纪 60 年代和 70 年代，当时美国的国防部和一些大学开始探索一种分布式的通信网络。这个网络旨在提供一个去中心化的方式，使得研究人员和政府官员可以相互通信和共享信息，即使某些节点被摧毁或失效也不会影响整个系统的运行。

这个网络最初被称为 ARPANET，由美国国防高级研究计划署（ARPA）于 1969 年启动，最初只连接了四个节点。随着时间的推移，越来越多的机构和组织加入到 ARPANET 中，它成为了当时世界上最大的计算机网络之一。ARPANET的成功启示了其他组织和国家开始建立自己的网络。

到了 1980 年代，由于 TCP/IP 协议的发明和广泛应用，互联网开始成为一个全球性的网络。人们可以通过互联网进行电子邮件、文件共享、远程登录等各种应用。在 1990 年代，万维网的发明和普及让互联网进入了一个新的阶段，它变得更加易于使用和便捷。

如今，互联网已经成为我们生活中不可或缺的一部分，它给我们带来了前所未有的便利和连接。而且，随着新技术的出现和互联网的不断发展，我们可以期待更多的变革和进步。

二.网络的发展史

我们会从网络的模式展开介绍,大家可以不用担心,看不懂,都是一些简单的内容,我把它们分出来几个模式

独立模式

独立模式以为着计算机与计算机之间一开始就是独立的.

网络互联

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

什么是局域网呢?我先给出简单的概念,大家可以看一下,什么是局域网的概念
局域网（Local Area Network，简称LAN）是指在较小的地理范围内，如公司、学校或建筑物内部等有限的范围内，通过某种传输介质（如网线、光纤等）将多台计算机互相连接起来，使其可以共享资源和数据的一种计算机网络。通常，局域网的覆盖范围不超过几千米，其传输速度非常快，能够满足多台计算机之间的高速数据传输需求。同时，局域网也可以与其他局域网或广域网相连接，形成更大规模的网络。
其实看了这个概念跟没看也差不多,大家小时候是不是都上过信息技术课或者去过黑网吧上过网呀,我们当时玩的一个游戏就是流星蝴蝶剑.也不知道你们玩过没有,大家可以看我描述一下当时的一个场景.

说到这,又想起了我们当初实现了基本的联机对战,但是大家知道吗?我们其实组成局域网有几种方式,我可以带大家来看一下有哪几种组成方式.
基于网线

第二种是基于集线器构成的

第三种是基于交换机

第四种是基于交换机和路由器构成的

看了以上的结构,大家肯定对交换机,路由器.集线器,感觉到好奇,我这里简单的跟大家解释一下,看下面的图示说明:

广域网

什么是广域网呢?多个局域网的组合之后就形成了广域网.

说起这个广域网的概念大家可能不太不太感冒,你想想,当年我们小学的时候玩的都是CS和流星蝴蝶剑,这些都是小型局域网,再到后来就开始玩地下城勇士和穿越火线,英雄联盟,再到大型网游.这些都是实现了跨地域的联机游戏,可见短短数年,我们网络的发展如此之快.

三.网络的通信基础

为了我们后续的学习比较顺利,我们还是要了解一下基本的网路概念.

IP地址

网络互连的目的是进行网络通信，也即是网络数据传输，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，如何判断到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就需要使用IP地址来标识。
就像我们发送快递一样，需要知道对方的收货地址，快递员才能将包裹送到目的地。
我们一般第ip地址的表示如下.
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。
比特就业课
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。

端口号

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：端口号用于定位主机中的进程。
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）。

端口号是0~65535范围的数字，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。

协议

咋说呢?什么是协议,我们看一下我们对协议的定义
协议，网络协议的简称，网络协议是通信计算机双方必须共同遵从的一组约定。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。它的三要素是：语法、语义、时序。
为了使数据在网络上从源到达目的，网络通信的参与方必须遵循相同的规则，这套规则称为协议（protocol），它最终体现为在网络上传输的数据包的格式。
其实协议是非常重要的概念,我们根据上述的对协议的一个称呼,大概可以理解成协议就是双方达成的约定.
大家都搞过网恋吧,我接下来给出一个场景

协议分层

但是在实际的网络环境中,首先是环境太复杂,假如你有多个网恋对象,你假设哪天脑袋昏沉,一不小心记错了暗号,那就悲剧了,所以我们对协议要进行管理,一个协议太复杂了,我们可以拆分程多个协议,我们对这些协议进行不同类别的分类以及分层.
大家可以先看看,我们基本的一个生活场景.

另外分层的好处如下:

看了我们基本的生活的分层,但实际我们网络的分层是怎么样的呢?
TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

应用层：负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程
访问协议（Telnet）等。我们的网络编程主要就是针对应用层。

传输层：负责两台主机之间的数据传输。如传输控制协议 (TCP)，能够确保数据可靠的从源主机发
送到目标主机。

网络层：负责地址管理和路由选择。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）。路由器（Router）工作在网路层。

数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别。例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上
检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作。
有以太网、令牌环网，无线LAN等标准。交换机（Switch）工作在数据链路层。

物理层：负责光/电信号的传递方式。比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同
轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤，现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理
层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等。集线器（Hub）工作在物理层。

我们用图片的方式去解释一下.

这里可以看出我们的分层还是有必要的,但是我们程序要的具体工作什么呢?再换个角度说,我们充当的角色应该在哪一部分呢?

封装和分用

在计算机网络中，封装和分用是数据在不同层之间传输的过程。

封装是指将数据加上一层层的协议头，从上层往下层传输。比如在传输层，数据包头部包含了端口号、协议等信息，然后再将数据包发送到网络层，网络层会在数据包头部加上源IP地址和目标IP地址等信息，再将数据包发送到数据链路层，数据链路层会在数据包头部加上源MAC地址和目标MAC地址等信息，最终发送到物理层。

分用是指将数据从下层往上层传输时，依次将各层协议头去除，分别传递给对应层的协议进行处理。比如在接收端，物理层会将数据包的比特流传递给数据链路层，数据链路层会将数据包头部的MAC地址信息去除并传递给网络层，网络层会将数据包头部的IP地址信息去除并传递给传输层，传输层会将数据包头部的端口号和协议信息去除并传递给应用层，应用层则负责处理应用数据。

接下来我会用一个实际的场景去说明什么是封装和分用.

发送方场景(封装):

接收方场景(分用):

但其实在真实的网络环境中