本篇文章是我在B站上看到关于计算机网络的介绍视频收到的启发。本篇文章的内容来自【网络】半小时看懂<计算机网络>_哔哩哔哩_bilibili
一、物理层
从常理来说，进行连个设备之间的通讯，首先最容易想到的就是使用一根线连接两个设备进行通讯。但是问题是如果当设备的数量增加，需要两两设备之间进行连接，会导致连接的线数指数增加。所以hub（集线器）出现了。
集线器
所有的设备连接集线器。设备A上传数据，由集线器进行发送，相当于是一个中转站。这样的话，增加设备数量只需要增加一个连接集线器的线就行。
但是存在的问题是，集线器下发数据是以广播的形式发送的，没有寻址功能，不能识别设备的物理地址。因此连接集线器的所有设备都会收到来自A发送的数据，包括A自己。这样隐私性较差。而且，集线器不执行冲突检测，这意味着如果多个设备同时发送信号，可能会发生数据冲突，导致数据包损坏。
二、数据链路层（Mac层）
在Hub的基础上，提出了交换机。交换机的特点是：能够查询设备的物理地址，支持全双工。
2.1 物理地址/Mac地址
MAC地址（Media Access Control Address），也被称为物理地址或硬件地址，是网络设备在局域网（LAN）中用于唯一标识网络接口的地址，是全球唯一的。MAC地址由48位二进制数字组成，通常表示为12个十六进制数，每两个十六进制数之间用冒号（:）或连字符（-）分隔，例如：00:1A:2B:3C:4D:5E。
2.2 交换机
一个交换机上会带有n个网口，每一个网口都存在一个端口号。
当有A,B,C,D,E个设备连接到交换机上。当设备A想要发送数据给设备B，则会将源地址和目的地址，加上数据封装成需要发送的数据并传给交换机，交换机查询到目的地址对应的端口号后下发给设备B。
交换机之所以能够进行寻址，是因为在其内部会维护一张Mac地址表
| Mac Location A | Port 1 |
| Mac Location B | Port 2 |
| Mac Location C | Port 3 |
| ... | ... |
| Mac Location N | Port n |
其中表名了每一个设备的物理地址和对应端口的映射。这样交互机就能查询到对应的端口号。
交换机支持全双工模式。也就是说A在下发数据的时候也能接受数据，A和B直接存在实时性的交流。其次，交换机是支持桥接的。
2.3 桥接
就是可以将两个交换机用一根线相连实现两个交换机维护的设备之间进行通讯。
如果A想要发送信息给D，则首先会在交换机1的Mac地址表中查询，如果没有就会通过端口8前往交换机2中进行查询，查询到了C对应的端口后并在1中的Mac地址表中记录下
| Mac Location C | Port 8 |
| Mac Location D | Port 8 |
但是这样存在了一个问题，就是在小范围内（几千台设备）交换机是能够支持使用的。但是如果想要搭建维护一个几十万台设备的大网络，交换机内部的地址表是无法存放那么多的数据。这就会导致当表满了之后，如果接收端不在该表内，交换机就要进行一次全部的桥接检索（最坏的情况是需要遍历所有的端口）然后将查询到的设备Mac地址和映射的端口插入表内，覆盖掉原来的数据，在下一次需要发送的时候，还需要再一次检索，从而导致全球的广播风暴。
三、网络层
上面所描述通讯都是在一个网络内部进行的通讯，而且使用交换机桥接的方式也是十分的有限的，为了扩大网络的范围并进行跨网络的通讯，提出了路由器。该路由器不是我们日常生活中的无线路由器，而是带有网口的路由器。路由器的使用就引出了IP。
3.1 IP地址
IP地址（Internet Protocol Address）是互联网协议地址的简称，它是分配给每个连接到网络的设备的唯一数字标识符。IP地址用于识别网络上的设备，以便它们可以相互通信。IP地址分为两个主要版本：IPv4和IPv6。这里我们主要说一下IPv4。
需要强调的是，IP只是一个虚拟地址，是分配给每一个端口，方便进行表示查找。实际的数据传输还是得要依靠Mac地址进行。IP的出现是为了对不同的网络下不同的设别进行表示，以便路由器的查询。
IP会分配给每一个网络，每一个网络下的设别，每一个端口用于标识。
3.2 IPv4
IPv4地址由32位二进制数字组成，通常表示为四个十进制数，每个数的范围是0到255，中间用点（.）分隔。例如，192.168.1.1是一个典型的IPv4地址。IPv4地址分为两部分：网络部分和主机部分。网络部分标识特定的网络，而主机部分则标识该网络上的特定设备。
只有在同一个网段下的设备才能够连接，并且最后一位（也就是设备表示）在同一个网段下是唯一的。
3.3 路由器
路由器位于两个网络之间的连接点，所以又称为“网关”。路由器主要是用来跨网络的通讯。例如在同一个网络下，A,B两个设备之间是不需要通过路由器就能进行通讯的，也就是我们说的“局域网连接”。只有在同一个网段下，也就是IP的前三个数字相同的时候，两个设备才能够进行连接，并且该端口号在该网络下是唯一的。
每一个设别（包括路由器）都会维护一张路由表。路由器中的路由表记录的是192.168.1.0网络是通过192.168.3.1这个关口进行发送数据。比如说：
①C想要发送数据给D。
不需要通过路由器，直接通过交换机，走数据链路层进行通讯。（上面介绍了）
②C想要发送数据给A。
由于路由器端口的网段和网络192.168.2.0是在同一个网段下，故C能够通过查询本机的路由表将数据上传给路由器。路由器再通过查询路由器自己的路由表查询到A所在的网络网段是192.168.1，于是将数据下发给在该网段下的设备A，完成一次通讯。
由此可知，路由器是存有两个网络的IP，相当于是两个网络直接通讯的媒介。
3.4 网络内传输原理
现在来考虑一下192.168.1.1的数据是如何下发给192.168.1.21的。
由于IP地址是一个虚拟地址，所以实际的通讯还是得要依靠Mac地址来进行通讯。
步骤：
①1.1利用ARP协议进行广播查询1.21在该网段下的Mac地址为LocationA 。
②在数据链路层进行传输。
C设备上传数据也是一样的原理。
在Mac传输的数据包如下图：
所以整体的传输过程是：
（图中IP下方的为该端口的Mac地址）
192.168.2.21 ---> 192.168.1.21数据传输过程：
①首先记录IP的源地址为192.168.2.21，目的地址为192.168.1.21，并且在传输过程中这两个数据不变。Mac源地址为Mac2C，Mac目的地址为Mac2L。然后传输
②之中在路由器本机中更新Mac源地址为Mac2L，目的地址为Mac1L，IP地址不变，然后传输。
③更新Mac源地址为Mac1L，Mac目的地址为Mac1A，IP地址不变，然后传输。
④最后将数据传输给了设备A。
整体的流程为：
四、网络层
也就是一些协议，像是TCP,UDP等，用来保护信息安全。
