Linux网络编程1（网络基础定义）

网络早已成为我们日常生活的一部分，经常使用互联网的人很难长时间内离开互联网。你是否好奇你的电脑仅仅插上一根网线，你发给朋友的聊天信息就能准确无误的到达朋友的手机或者电脑上，你是否好奇为何你仅仅在浏览器输入一个网址，点击一下enter，网页图片和视频就展现在你的眼前，这一切的背后究竟是什么原理？在网络编程的系列学习中，我们将逐渐揭开网络神秘的面纱，不仅要懂网络，还知道如何编写网络程序

网络的起源

网络最初是美国军方用来通信的一种手段，后来逐渐下放在民用市场被广泛使用，一开始的网络是由美国政府掌管，后来逐渐分配给各大运营商（ISP）来管理，随着越来越多的人加入互联网，互联网的规模也变得越来越大。网络的出现是一种必然的趋势，随着人们逐渐依靠计算机来解决问题，就暴露出很多问题

 

某人用计算机A得出计算结果，要记下数据，来到计算机B把A的数据结果输入进去，然后再把计算机B的结果输入到计算机C中得出最终结果，这个过程中虽然计算机解决了计算问题，但是各个计算机之间相互独立，还是很不方便

如果计算机A和计算机B，C之间能够互相连接起来，A计算完把结果传送给B，B再传送给C这样不就不需要人跑来跑去，如下图

 

要是此时计算机C想直接从A拿到数据，直接在A，C之间接线单这一个还好，如果接入更多的计算机呢？难不成每个计算机之间都接一条线吗？成本太高了，怎么更好的解决呢？我们可以引入第四台计算机，如下图

A把运算结果上传到服务器上，B和C可以访问这个服务器获取A的数据，并且以后再接入更多的计算机也不怕了，这是服务器的用法之一，现在的服务器有着更丰富的功能，是撑起互联网大厦的支柱

那么计算机A该如何找到服务器又成了一个问题，可以让A在这个局域网内进行广播，当服务器收到了广播，发现是在找自己，于是应答，建立A与服务器之间的通信，这样做会带来一系列的问题。首先A是广播，只要A发送消息，那么局域网内的所以机器都能收到消息，如果有非法计算机监听通信信息，会很危险，并且A发送消息时，整个局域网的信道都被占用，B和C都不能发送消息，否则就会产生信息碰撞，种种的不方便催生了交换机的诞生

交换机的原理是所有局域网内的主机都连接到交换机上，当计算机A想要给服务器发送信息时，只要发给交换机，交换机会自动找到服务器把信息转交，这样避免了信息泄露和碰撞

  

路由器又是个什么东西呢？假设现在成都有一个局域网A，上海有一个局域网B，现在A和B想要进行通信，两个局域网之间的互相连接就是靠路由器来实现的，把一个局域网比作一个山村的话，那么路由器就是离开这个山村去往外面世界唯一的通道，世界上的各个路由器互相连接就构成了庞大的互联网世界

 

网络分层模型 

上面仅仅是对互联网的一个简单描述，如果仅仅是科普程度也差不多了，但是作为程序编写人员，我们对互联网的了解要更加深刻，深入到具体的实现细节中，那么首先得明白互联网的层次模型，互联网共有两种层次模型，一种是OSI模型，一种是TCP/IP的模型

分层的目的是什么？要知道在主机上随手点击一下的网络请求具体实现要经过很多层次，假设你在使用浏览器，输入网址后点击访问，那么浏览器这个软件会将请求信息转交给OS，OS会对转交信息进行一定层度的包装，然后再转交给网卡，网卡将请求信息转换成模拟或者波信号发送出去

在这个过程中，浏览器软件负责请求网络通信，OS负责将信息包装，网卡负责传播信号，任何一个环节出了问题，就体现出分层解耦的作用了，当浏览器请求出了问题，并不会影响到OS和硬件，每一层都有自己的工作要做，当然刚学理解不了这些很正常，随着对每一个层次的深入学习后，再次看这个分层模型就能理解为何要这么做

实际上我们并不使用OSI模型，因为在实际的程序编写上发现应用层，表示层，会话层之间的联系很紧密，即耦合度高，不便于分开处理，因此TCP模型将这三个模型压缩成一个应用层，我么实际上使用的就是TCP模型，因为我们主要负责软件方面的，因此最底层的硬件部分我们并不怎么关心，所以TCP模型又可以看作是只有四层

网络的信息传送过程 

网络信息传送就是指一个请求信息是如何通过层次模型，层层包装最后传输给目的主机的，这个过程用语言描述并不直观，大家可以观看相关的视频来理解，例如在b站上搜计算机网络，就可以查看到相关的内容，建议大家去看看，找不到可以联系笔者

 

 协议

上面那张分层图，每一个分层都有对应的协议，那么什么是协议呢？大家都是明白协议的意思的只是不好口述出来，协议说简单点就是通信双方互相约定以某一种方式进行通信，以日常生活中的快递公司为例

常见的快递公司有邮政，京东，顺丰等，当我们在网上购物，商家会选择一个快递公司将货物递送出去，那么快递小哥如何知道要送达到哪里呢？快递公司会专门定制它们公司的快递送达协议，快递小哥只要根据这个协议执行，那么就能够把快递送给用户，这个快递协议具体就是体现在快递单上，快递单记录了该快递公司名称，用户地址，用户姓名，用户号码等等必要信息，所以快递协议是体现在快递单上的

同样的，我们后面会学习TCP协议，IP协议等，然后你会发现这些协议都有一个报头，TCP报头，IP报头等，和快递单是类似的，协议的内容体现在报头上的

 

上图就是IP协议的报头，每个字段的具体内容大家可以搜索查看，我们这里看看这个报头内部有一个协议字段，这个是什么意思？这个字段是记录的是当前信息的上一个协议用的是哪个？是TCP还是UDP，还是OSPF协议等等

为什么当前协议还有记录上一层使用的是什么协议呢？如果你看了网络信息传送过程视频你应该能想明白，当目的主机收到分组信息，会逐层向上传递，传到IP层时，它的上层有很多协议，有udp，有tcp，那么该传给谁呢？这个时候就提现到这个协议字段的作用了，协议字段里记录的是哪一个协议就传给哪一个协议

以太网名称由来 

平时主机上连接的网线而形成的局域网络被称为以太网，那么为什么叫以太网这个奇怪的名字呢？早期的物理学家发现声音的传播是依靠介质的，在真空状态下无法传播声音，于是就推测光的传播肯定也是要依靠介质的，于是把光的传播所依靠的介质称为以太，并做了大量实验想找到这种介质。后来有人科学的证明了，光的传播是不需要介质的，前面的实验就成了笑谈，网络祖师爷起这个名字是对物理界的一种调侃或致敬，不必奇怪，大佬嘛，能成为大佬，基本很多圈子都有身影

IP和MAC地址 

在网络上如何查找到具体的一台联网主机呢？这就靠IP地址了，IP地址就相当于主机的门牌号，唯一的标识网络上的一台主机

你可能会疑惑，32位的整数，2的32次方也不过才40亿多，怎么能满足全球50多亿的上网需求呢？我们将在后面解释这部分内容，不过未来的趋势是使用IPv6协议，共有128位，几乎可以给地球每一个沙子都分配一个ip地址，不过现在IPv6的普及还需要一段时间

MAC地址唯一的标识了一台网络硬件设备，MAC地址有48位， MAC地址一般是写死到网络硬件设备上的

MAC地址能标识唯一，IP地址也能标识唯一，那么为何还要IP地址呢？直接统一用MAC地址不就好了，有时候一台主机不止有一个网卡，如果有多个网卡，那么就会有多个MAC地址。在网络信息传输过程中，IP地址是不变的 ，一旦确定了目的主机的IP地址，就不会更改，MAC地址是动态变化的，每经过一个新的路由就要更新一跳的MAC地址，MAC地址常用来局域网内搜寻某个主机，随着对网络学的加深，大家会对这两个地址有更加深刻的理解