本文只是简洁的介绍网络的发展史和基础知识,有些没有深入,望知

网络发展史

独立模式

在最开始的计算机之间相互独立,无法通信,自己只能操控自己内部数据.

网络互连

随着网络技术的飞速发展,需要计算机之间通信,即需要多个计算机之间连接来完成需求.

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

根据计算机规模划分,分为WAN(Wide Area Network, 广域网) 和 LAN(Local area Network, 局域网)

局域网 LAN

局域网 : Local area Network 表示本地网络连接,而局域网中的主机的网络通信也被称为内网.

局域网的构建方式有很多种:

1) 基于网络直连

然而随着主机数的增加,网线的构建会很复杂,于是出现了集线器和路由器把这些网络组织在一起.

2) 基于集线器组建

3) 基于交换机组建

4) 基于路由器组建

广域网 WAL

广域网: Wide Area Network,把这些路由器组织起来,在物理上形成一个巨大的网络,于是便成了广域网,其内部的局域网就是其子网.

网络通信基础

前面已经通过网线在不同主机之间建立连接,那么如何正确发送数据到目标主机, 这就需要IP地址

IP地址

概念:

IP地址主要应用标识网络主机,其他网络设备(如路由器)的网络地址, 简而言之, IP地址就是用于定位主机的网络地址

就像发快递一样,IP地址代表收件人地址

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).IP地址通常用“点分十进制”表示成(a.b.c.d)的形式,其中,a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数.例: 点分十进IP地址(100.4.5.6),实际上是32位二进(01100100.00000100.00000101.00000110).

类型:

公有地址(Public address)由Inter NIC(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责.这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构.通过它直接访问因特网。

私有地址(Private address)属于非注册地址,只使用在局域网中,无法在Internet上使用.

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地址已经帮我们找到了网络主机的位置,那么现在需要更加精确,到底是哪一个进程需要数据,这就需要端口号来标识.

端口号

概念;

在网络通信中,IP地址用于标识主机网络地址,但是一台计算机上可以同时提供很多个服务,如数据库服务、FTP服务、Web服务等，我们就通过端口号来区别相同计算机所提供的这些不同的服务端口号, 简单说：端口号用于定位主机中的进程

就像发快递时,不仅需要指明收货地址(IP地址),还要指明收货人(端口号).

格式:

一个IP地址的端口通过16bit进行编号,端口号只有整数,范围是从0 到 65535,但是,在同一台计算机上端口号不能重复,否则,就会产生端口号冲突

注意事项:

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.

一个进程启动后，系统会随机分配一个端口（启动端口）
程序代码中，进行网络编程时，需要绑定端口号（收发数据的端口）来发送、接收数据。
进程绑定一个端口号后，fork一个子进程，可以实现多个进程绑定一个端口号，但不同的进程不能绑定同一个端口号

于是传输的精准目的地已经找到,但是在网络传输的数据是基于二进制,也就是传输的图片,视频,文本等会在传输中按照某种格式变成二进制,到目标进程后又被解析为它原本的格式,所以就需要协议来规范这些行为.

协议

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；

类似打电话时，双方要使用同样的语言：普通话

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；

语义主要用来说明通信双方应当怎么做。用于协调与差错处理的控制信息

类似打电话时，说话的内容。一方道：你吃饭了吗? 另一方就得有对应的响应：吃了

3. 时序: 即事件实现顺序的详细说明

定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。比如是采用同步传输还是异步传输

协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式

下面是一些知名协议的默认端口号:

系统端口号范围为 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 为知名端口号，这些端口预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：

• 22端口：预留给SSH服务器绑定SSH协议
• 21端口：预留给FTP服务器绑定FTP协议
• 23端口：预留给Telnet服务器绑定Telnet协议
• 80端口：预留给HTTP服务器绑定HTTP协议
• 443端口：预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议

注意:以上只是说明 0 ~ 1023 范围的知名端口号用于绑定知名协议，但某个服务器也可以使用其他 1024 ~ 65535 范围内的端口来绑定知名协议。

五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：

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

五元组在网络通信中的作用类似于发送快递

在cmd中输入netstat -ano 查看网络数据传输中的五元组信息：

协议分层

对于网络协议来说，往往分成几个层次进行定义

什么是协议分层:

协议分层类似于打电话时，定义不同的层次的协议

这里语言层和通信设备层,然而在实际的网络通信中会更加复杂.

分层的作用 :

因为网络通信是一个十分复杂的过程,这些协议十分复杂,实现和管理都不方便,于是把这些协议拆分为多层,类似于我们写代码来完成某个需求时,利用不同的方法处理这个需求.把大问题拆分为小问题.

OSI 七层模型

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
• 它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整。通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。

而在实际组建网络时,实际上利用的是OSI 七层模型设计中的部分分层,也即是以下 TCP/IP 五层(或四层)模型来实现

TCP/IP五层(或四层)模型

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。

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。例如发快递,这里考虑的就是发货地址和收货地址之间的使用的路线规划(从微观角度)
• **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。例如发快递,这里考虑的就是发货地址和收货地址之间的使用的交通工具(从宏观角度)
• **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 .

因为物理层考虑的少,所以在很多时候被称为4层模型

网络设备分层

• 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；
• 对于集线器，它只实现了物理层；

网络分层对应

网络数据传输时，经过不同的网络节点(主机,路由器)时，网络分层需要对应。
以下为同一个网段内的两台主机进行文件传输 :

以下为跨网段的主机的文件传输：数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器

封装和分用

• 不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段(segment)，在网络层叫做数据报(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。
• 应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部(header)，称为封装(Encapsulation)。
• 首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷(payload)有多长，上层协议是什么等信息。
• 数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，根据首部中的 “上层协议字段” 将数据交给对应的上层协议处理

下图为数据封装的过程:

下图为数据分用的过程:

下面以主机A向主机B发送Hello后的封装和分用过程