网络中的一些基本概念

一、IP地址

1.概念：IP地址用于描述一个主机在互联网上的具体地址，定位主机的网络地址。（类似于快递运输时的收货地址）

2.格式：由4组“8位二进制数”组成，如01100100.00000100.00000101.00000110（一组8位二进制数代表1个字节）；

由4组“十进制整数”组成，如100.4.5.6（每个部分占1个字节，范围0~255）

二、端口号

1.概念：端口号用于区分一个主机上的应用程序，定位主机上的进程（类似于发送快递填写的收货人电话）

2.格式：是0~65535范围的数字。

3.使用：进程可以绑定端口号，来发送和接受网络数据。一个进程可以绑定两个不同的进程，不能绑定同一个端口号；但若是一个进程有了子进程，可实现多个进程绑定同一个端口号。

三、协议

1.概念：基于网络数据传输时经过所有的网络设备都必须共同遵守一组约定，使用这个约定来规定双方传输的数据格式。

2.举例：发送方约定了他发数据是啥样格式，接收方也得理解这个格式，两边对的上号才能进行正确的通信。

3.标志：协议最终体现为在网络上传输的数据包的格式；数据包的本质为字符串的拼接。

四、协议分层

1.概念：协议分层约定了层级之间的调用关系，上层协议调用下层协议，下层协议给上层协议提供支持，但不能跨层调用。

2.举例：用打电话来说，可分为语言层（上层协议）和通信设备层（下层协议），人可以在语言层（选择通话语言）来调用通信设备（座机/手机）。

3.作用：

①分层之后可以做到，层次之间的耦合程度比较低。上层协议不必了解下层的细节，下层也不必了解上层的细节。

②方便对某一层的协议进行替换。（例如语言层本来选择的是普通话，可替换成四川话）

4.分层方式

重点掌握TCP/IP五层模型（注：在考虑没有物理层时为四层模型）。

应用层——负责程序间沟通（只关注传输过来的数据是干啥用的）。这一层，主要进行写代码、网络编程。

传输层——负责两台主机之间的数据传输。（不考虑中间路径，只关注起点和终点）

网络层——负责地址管理和路由选择。（进行两个遥远节点之间的路径规划）

数据链路层——负责设备之间的数据帧的传送和识别。（两个相邻节点之间的传输方式）

物理层——硬件设备负责光/电信号的传递方式。（网络、光纤、网络接口等）

举个例子：

用买衣服来举例，传输层只考虑——起点：发件人地址、电话；终点：收件人地址、电话。

网络层用来路径规划——衣服可以从上海->南京运输、也可以上海->江苏->保定->南京。

数据链路层进行两个相邻节点运输——上海->南京（火车）、上海->江苏（卡车）等。

注释：除了应用层，剩下的四层，是操作系统已经”封装“好的，在实际应用中，我们只关注在应用层，在其上进行写代码、网络编程。

五、封装

1.概念：封装这一步是操作系统来实现的。发送方发送数据，要把数据从上到下依次交给对应层次的协议，进行封装。——类比“包装快递”

2.步骤：

假设有这么一种情况：A想要在QQ发信息，在编辑框中输入消息内容（“你好朋友”）发送给B。

①应用层（QQ应用程序）拿到上述用户数据，进行封装，封装成应用层数据包。

注：我们假设应用层数据包内包含了：发送人的qq号+收件人的qq号+发送时间+消息内容。

②传输层拿到应用层数据包，应用层会调用传输的API，来处理这个数据。传输层有很多协议，最典型的是TCP和UDP，以UDP来举例——UDP会针对应用层数据包再进行封装，封装的形式为UDP数据抱头+载荷（目的是给应用层数据再贴一层标签，标注属性信息）。

注：UDP数据报头内包含了一些关键属性：源端口和目的端口，描述了发送方程序的端口号和接收方程序的端口号。

③接下来到网络层。UDP数据包已经有了，接下来就要把这个数据包交给网络层的协议，网络层最常见的协议，就是IP协议——IP会针对UDP数据包再进行封装，封装的形式为IP协议报头＋载荷（整个UDP数据包就成了IP的载荷）

注：IP协议报头内包含了：源Ip和目的Ip，描述了这次传输的起点和终点。

④再下来到数据链路层。最典型的协议，叫做以太网（使用网线上网就是在用以太网）。对网络层数据包进行封装，用到的是“以太网数据帧”——分为“以太网帧头”和“以太网帧尾”。

注：以太网帧头内包含了：源mac地址和目的mac地址，mac地址用来描述两个相邻节点的地址，传输过程中，mac地址随传输进度变化。

⑤最后到链路层。物理层接收到以太网数据帧，把上述拼接完整的字符串（实质为二进制数据）转化成光信号/电信号/电磁波信号，进行传输 。

六、分用

1.概念：接收方拿到数据，把数据从下到上，依次分用，去掉报头（与封装相反）——“类比拆快递”。

①物理层。网卡会收到高低电平的二进制数据，对光信号/电信号/电磁波信号进行解析，还原成0101这样的二进制序列。

②从物理层交给数据链路层 。此时就把上述0101这系列数据当作一个以太网数据包，把帧头和帧尾去掉，去除中间的载荷，再交给网络层。

③网络层。由网络层的IP协议进行解析数据包（也就是去掉IP报头），同时取出中间的载荷，交给更上层的传输层协议。

④传输层。由UDP协议来解析UDP数据包（去掉UDP报头），去除中间载荷，交给应用层。

⑤应用层。由qq这个应用程序，进行解析应用层数据包（取出字段，放到程序界面，即发送信息）

七、客户端

九、服务器

十、请求

十一、响应

十二、两台主机之间的网络通信流程

举例：假设A要发送消息给B。（过程为从第一行依次往下）

①“A的电脑”	完成从qq应用层封装到物理层的过程
②“交换机1”	第一步：进行分用——从物理层分用到数据链路层，更新新的mac'地址；第二步：再重新封装——从数据链路层封装到物理层，把数据继续传输。
③“交换机2”	“重复他的任务”
④“交换机n”	“重复..........”
⑤“路由器”	第一步：进行分用——从物理层拿到数据分用到数据链路层，再分用到网络层（即需要随时更改mac地址，同时还需要根据目的Ip进行路径规划）；第二步：再重新封装——从网络层封装到物理层，经过数据链路层时，也会调整mac地址。
⑥“路由器n”	“重复.............”
⑦“B的电脑”	完成从物理层分用到应用层，收到A的信息

十三、网络发展背景

单机阶段——局域网阶段——广域网阶段——移动互联网阶段

局域网：把一些设备通过交换机/路由器连接起来。

广域网：把更多的局域网相互连接，当网络规模足够大，构成广域网。