网络原理~初识

今天开始介绍的是网络，这是最核心最重要的板块之一~

目录

网络互连

局域网 LAN

广域网WAN

网络通信基础

IP地址

端口号

协议

发送方的工作

应用层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

接收方的工作

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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完成业务，就有了网络互连。

网络互联就是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。

但是我们需要组建网络需要网络设备，在这里我们简单的介绍集线器、交换机和路由器。

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。

 

 

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。

需要注意的是，广域网和局域网只是一个相对的概念，我们有一个比较小的广域网，也可以看做是一个较大的局域网。

网络通信基础

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。

IP地址

IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。简单说，IP地址用于定位主机的网络地址。

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。

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）。例如最熟悉的：192.168.1.1

特殊IP ：127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1 本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开 发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。

IP地址解决了网络通信时，定位网络主机的问题，但是还存在一个问题，传输到目的主机后，由哪个进程来接收这个数据呢？这就需要端口号来标识。

端口号

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）。

格式 ：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。

两个不同的进程，不能绑定同一个端口号，但一个进程可以绑定多个端口号。

有了IP地址和端口号，可以定位到网络中唯一的一个进程，但还存在一个问题，网络通信是基于二进制 0/1数据来传输，如何告诉对方发送的数据是什么样的呢？ 网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同一个类型的数据，格式可能也不同，如发送一个文本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢？ 基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式。

协议

协议是网络通信中最核心的概念。

协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵从 的一组约定、规则。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。

通常由三要素组成：

1. 语法：即数据与控制信息的结构或格式；

2. 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；

3. 时序，即事件实现顺序的详细说明。

协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式。

为什么需要协议？

计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。

通过 "频率" 和 "强弱" 来表示 0 和 1 这样的信息。要想传递各种不同的信息，就需要约定好双方的数据格式。 计算机生产厂商有很多； 计算机操作系统，也有很多； 计算机网络硬件设备，还是有很多； 如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信? 就需要有人站出来，约定一个共 同的标准，大家都来遵守，这就是网络协议。

网络通信，是一个比较复杂的事情，需求场景复杂了，实现功能也会比较复杂。如果这个协议太复杂了，那么学习成本、使用成本、理解成本、维护成本都会非常高。因此实际采取的做法是：

针对这个复杂的大协议，拆分成若干个相对简单的小协议。随着把协议拆分成一些小的协议，每个协议负责一部分功能，此时就发现，某些协议之间，起到的功能和作用是类似的~针对这些小的协议，再进行（分类、分层）。

当前互联网世界，协议分成有两种风格：

OSI七层网络模型（教科书上教的）

TCP\IP五层网络模型（实际上的情况）（不算物理层就是四层）

越往下，越接近硬件设备。越往上，越接近用户。

直接和咱们打交道的，其实只是应用层，下面四层都是现成的，只需要知道如何工作的就行了~

应用层是应用程序实现的，下面两层是通过硬件和驱动设备来实现的。

下面我们就来详细的说说每个层之间会干一些什么事情：

首先我们假设一个应用场景：

用户在输入框中输入hello这个字符串，用qq这个应用程序就会把这个字符串构造成一个应用层数据报

发送方的工作

应用层

应用层数据具体的数据格式我们是不知道的，每个应用程序都不一样。我们这里假设一个应用层协议的格式：

应用层数据报本质上就是一个遵守了约定格式的字符串，程序调用操作系统的API，把这个应用层数据交给传输层。

传输层

到传输层就代表着从应用层面进入到操作系统内核了。

在传输层中，就要把上述应用层数据，构造成传输层的数据报。

传输层使用到的协议最知名的就是UDP和TCP。比如此处使用UDP，那么就需要构造出UDP数据报，比如在应用层数据的基础上加上一个UDP报头。

 此处就像字符串拼接一样，把这个报头和后面的数据拼接到一起。所谓的报头其实就是一个标签，通过标签表示出当前要把这个消息怎样进行传输。

网络层

最知名的协议：IP协议。IP协议要基于上述数据，打包成一个IP数据报。

也相当于是一个字符串，包含了另外一组信息：源IP和目的IP。

之后网络数据报准备好，进一步的交给数据链路层。

数据链路层

最知名的协议：“以太网”。基于上述数据，还要打包成为一个“以太网数据帧”。

 接下来这个数据继续往下传输，交给物理层。

物理层

把上述的二进制数据转换成电信号\光信号，然后发送出去。

上述过程，从应用层到物理层，层层加码，这个过程称为“封装”。

接收方的工作

上述，从下到上，层层解析，这个过程称为“分用”。

其中，发送方使用的QQ协议、UDP、IP、以太网，必须接收方也使用对应相同的协议。

整个的网络协议中，协议分成了很多层。上层协议要调用下层协议，下层协议要给上层协议提供支持。这几层协议之间是有明确的层级关系的，只有相邻的两层才能交互。（不能跨层交互）。

所以通过上述这些约束，让通信过程变得简单、清晰起来。