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🐵本篇文章开始讲解计算机网络相关的知识

一、基础概念

1.1 局域网和广域网

局域网→Local Area Network→简称LAN，局域网是局部组建的一种私有网络，局域网内的主机之间可以进行网络通信，局域网和局域网之间在没有连接的情况不能进行通信

广域网→Wide Area Network→简称WAN，广域网通过路由器将多个局域网连接组成很大范围的网络

1.2 IP地址

网络通信的本质就是主机之间基于网络进行数据传输，那该如何判断数据从哪台主机传给哪台主机？这就需要IP地址来表识

简单来说，IP地址用于定位主机的网络地址

【格式】

IP地址是一个32位的二进制数（4个字节）如：01100100.00000100.00000101.00000110，这种方式不太容易看，所以通常使用"点分十进制"，比如：192.168.100.176，每个部分都是一个0-255的十进制数

1.3 端口号

端口号用来标识一个主机上的不同的应用程序（定位主机中的进程），每个程序在启动时都需要绑定一个和其他程序不重复的端口号

通过IP地址可定位唯一的一个主机，通过端口号可以定位主机里唯一的一个（应用程序）进程，也就是说通过IP地址和端口号可以确定网络中唯一一个进程

【格式】

端口号是0~65535范围的数字，再网络通信中，进程可以通过绑定一个端口号来发送和接收网络数据

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端口号是一个由2个字节表示的无符号整数：0~65535，其中 <1024 的端口号称为 "知名端口号" 把这些端口号分配一些比较知名的服务器程序作为这些服务器的 "默认端口号"

注意，前面说每个进程都需要绑定和其他进程不冲突的端口号，但一个进程同一时刻可以绑定多个端口号

二、协议

2.1 概念

协议即网络协议，简单来说，协议就是计算机与计算机之间通过网络实现通信时事先达成的一种"约定"，这种约定使那些那些由不同厂商的设备、不同CPU、不同操作系统所组成的计算机，只要遵循相同的协议就能够实现通信

如果不遵循相同的协议，则不能实现通信，就好比两个使用不同语言的人无法进行交流

2.2 协议分层

网络通信是一个很复杂的事情，如果用一个协议约定网络通信的所有细节，这个协议会非常复杂，所以要进行拆分，把一个复杂的协议拆分成多个功能更单一的协议，面对这么多协议，就要进行分类→分层

协议分层和公司中的分组结构很像：

协议分层，把很多协议按照功能分成不同的层级，每个层级都有对应的任务，上层协议会调用下层协议的功能，下层协议会给上层协议提供服务（各种api、接口），不能够"越级调用"

【协议分层的好处】

1）起到封装的效果，某一层的协议不必知道其他层协议的细节，比如下图：

两个人用电话通信，他们只需要会说汉语就行，而不用理解电话的工作原理

2）相同层次的协议可以灵活替换→解耦合

上图可以看到，改变其他层协议并不影响本层协议的使用

2.3 分层模型（OSI和TCP/IP）

1）OSI七层模型：

许多通信协议或多或少都参考了这个模型，但是OSI七层模型没有落地实现，实际组键网络时，知识以OSI模型中的部分分层，也就是TCP/IP五层（或四层）模型来实现的

2）TCP/IP五层（或四层）模型

下图是TCP/IP 与 OSI 模型之间的关系：

可以看到，TCP/IP模型将OSI模型的应用层、表示层、会话层合并成了应用层

每一层代表什么意思：

• 物理层：TCP/IP 的物理层时负责数据传输的硬件，这种硬件相当于以太网或电话线路等物理层的设备
• 数据链路层：通信传输是通过物理层的传输介质实现的，数据链路层就是在通过传输介质互连的设备之间进行数据处理，关注相邻两个点之间的通信
• 网络层：关注的是通信中，通信路径的规划，规划出的路径就决定了数据要经过哪些节点
• 传输层：关注的是通信双方的起点和终点
• 应用层：和具体的应用程序相关，传输的数据干啥用，如何使用，有何意义

2.4 网络设备所在分层

• 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
   

2.5 例子

协议的层和层之间是如何配合工作的，以qq发送信息为例：A 通过QQ发送hello给 B

1）假设QQ的应用层协议约定了数据应该按照这种格式来组织：四条信息组织成字符串以逗号分隔，使用\n表示结束标志→【发送人的qq号，接收人的qq号，发送时间，消息正文\n】

QQ应用程序会根据应用层协议约定的数据格式将A发送的数据组织成应用层数据包

应用层接下来要把数据交给传输层，传输层（操作系统内核）提供了api让应用程序去调用，调用api，应用层数据包就交给了传输层

2）传输层会对这个数据包进一步封装，构造成传输层数据包，在传输层有两个典型的协议：TCP、UDP，此处假设用UDP作为传输层协议，根据UDP协议构造UDP数据包

报头里放的是一些UDP属性，如发送方和接收方的端口号

传输层要把数据包交给网络层，调用网络层提供的api（这个调用过程都是系统内核负责的）

3）网络层典型的协议是IP协议，假设根据IP协议构造出IP数据包

IP报头包含一些发送方和接收方的IP地址

网络层要把数据包交给数据链路层，调用数据链路层提供的api

4）数据链路层的典型协议是以太网，以太网会将数据包进一步封装，构造出以太网数据帧

5）上述以太网数据帧本质上是二进制数据，物理层的硬件设备要把上述二进制数据转成光电信号，然后通过传输介质进行传输

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数据不是直接到达B而是先到和A连接的路由器/交换机，经过一系列转发之后，最终会到达B，到了B要做的就是上述过程的逆过程

1）物理层收到一系列光电信号，把这些信号转成二进制数据交给数据链路层

2）按照以太网协议解析报头中的关键信息，取出载荷，把载荷交给网络层

3）IP协议拿到IP数据包，按照协议解析报头中的关键信息，取出载荷，把载荷交给传输层

4）UDP协议拿到UDP数据包，按照协议解析报头中的关键信息（要交给哪个端口号对应的进程），取出载荷，把载荷交给应用层

5）QQ程序拿到数据包，按照自己的协议解析并拿到结构化数据

到此，A向B发信息的过程就结束了~

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上述过程提到的典型协议，后续都会详细讲解，这里只要有个印象就行