【网络原理】初始网络，了解概念

1. 网络通信

计算机与计算机之间是互相独立，是独立模式。这就造成计算机之间无法形成数据的共享，协同完成工作，那么网络互连便孕育而生了。
网络互联：
将多台计算机连接在一起，形成数据共享。
数据共享的本质是网络数据传输，即计算机之间通过网络进行传输数据，也称为网络通信。
根据连接的规模不同，可以分为局域网和广域网。

1.1 局域网LAN

局域网，Local Area Network，LAN。
local是表识了局域网是本地的，是私有的，是一个内网。那么局域网内的设备可以互相通信，局域网与局域网之间如果没有连接，那么将无法通信。
例如：
我们使用手机开热点便形成了一个小型局域网，当其他设备连接这个热点，便加入了这个局域网中，那么它们之间便可以进行传输数据，进行多人游戏……

常见的局域网组成网络：

1. 基于网络直连。
2. 基于集线器（集线器（Hub）是计算机网络中用于连接多台计算机或网络设备的中心化设备。它是一个物理层设备，用于将多个设备连接在一起，以便它们可以在同一局域网上进行通信。现在几乎不在使用，被交换机取代）组建。
3. 基于交换机（交换机（Switch）是计算机网络中的关键设备，用于连接多个计算机或网络设备，并以智能的方式在它们之间进行数据包转发。与集线器（Hub）不同，交换机工作在数据链路层（第二层），能够识别和学习设备的MAC地址，并根据需要选择性地转发数据包，以提供更高的性能和网络分段。）组建。
4. 基于交换机和路由器（路由器（Router）是计算机网络中的网络设备，用于连接多个不同的网络，并在它们之间转发数据包，以确保数据在网络之间正确传输。路由器工作在网络层（第三层），它的主要任务是根据目标IP地址来决定如何将数据包从源网络传输到目标网络。）组建。

1.2 广域网WAN

广域网，Wide Area Network，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。
但其实WAN和LAN的概念是相对的，广域网也可以是一个比较大的局域网。

2. 基础概念

2.1 IP

概念：
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，通过IP地址我们可以定位到主机。
例如：我们寄快递，IP地址就相当于我们寄的快递地址。
格式：
IP地址通常使用32位2进制数字表示，然后被分为4组（四个字节）。
例如：00000000.00000000.00000000.00000000。
每个字节也可以使用10进制表示（范围0~255整数）。
例如：
100.22.22.22,
特殊IP
127.*类的IP常用于本机环回测试，就是本机与本机之间的通信，最常用的IP:127.0.0.1

2.2 端口号

IP地址可以确定主机位置，但是还有一个问题，一个主机上面有着许多的进程，那么我们如何保证数据是我们需要的进程接受呢？
所以我们引入了一个端口号。
概念：端口号可以标识主机中发送数据，接受数据的进程。
这就相当于寄快递有了地址（IP）还是不行，我们还需要有接受人名字（端口号）。
格式：
0~ 65535范围内的数字，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。
注意：

1. 两个不同的进程不能绑定同一个端口号，但是可以绑定多个端口号。
2. 端口0~1023是知名端口号，已经被绑定，例如：HTTP（端口号80），FTP（端口号21），但它们仍然可以使用其他端口号。
3. 大于1023的端口号一般用于用户定义或私有的服务。

3. 认识协议

在网络信息传输中，传的数据有着很大的区别，那个数据可能是照片、视频、文字等，那么格式就会不同，如何让对方知道传的是什么数据呢？
我们便引入了协议，通过协议规定两方的数据格式。
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。

4. 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
   

5. 协议分层

协议分层就是把协议按照不同的功能分为不同层，使每层都有特色。

5.1 分层的作用

1. 模块化设计：将协议分为不同层次， 每一层都有特定的功能和作用，方便维护与管理。
2. 提高互操作性：协议分层使不同设备和系统之间更容易实现互操作性，因为它们可以使用相同的协议栈来进行通信。这有助于设备来自不同供应商或开发者之间的无缝集成。
3. 促进标准化：协议分层促进了标准化，不同厂商和组织可以基于通用的协议标准来开发设备和应用程序，从而确保一致性和可互操作性。
4. 简化故障排除：由于每个协议层都有特定的功能，故障排除变得更加简单。如果出现问题，可以更容易地确定故障所在的层次，从而加快修复过程。
5. 促进技术创新：协议分层鼓励技术创新，因为可以独立地开发和更新每个协议层次，而不影响其他层次的功能。
6. 支持多种网络拓扑：不同类型的网络拓扑（如星型、总线型、网状型）可以使用相同的协议栈，因为每个层次都关注特定的任务，而不受拓扑结构的影响。
7. 安全性和隔离：协议分层有助于安全性和隔离。例如，安全协议可以在应用层上添加加密功能，而不必修改传输层或网络层。

最经典的网络协议分层模型OSI（开发系统互联）模型和TCP/IP模型。

5.2 OSI七层模型

上图就是OSI模型，即复杂也不实用，所以并没有流行起来，我们最常用的协议分层还是TCP/IP五层（有时忽略物理层，也可称四层）模型。

5.3 TCP/IP五层（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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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开始)、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。
5. 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。

6. 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。