深入了解网络基础：从背景到协议

随着科技的迅猛发展，网络已经成为我们生活中不可或缺的一部分。本文将带领我们深入了解网络基础，包括网络的背景、发展历程、协议的概念及其重要性，以及网络传输的基本流程、数据包装和分用。

从独立模式到广域网

1. 独立模式
   在早期，计算机是独立工作的，彼此之间没有连接。每台计算机独自完成任务，数据传输通常是通过物理介质（如磁带、磁盘）进行的。

例子： 20世纪50年代，计算机像ENIAC一样是庞大的机器，每台计算机独立完成计算任务，没有与其他计算机连接。

2. 网络互联
   随着计算机技术的进步，人们开始探索将计算机连接在一起，形成网络。这种网络互联的方式促进了资源共享和信息传递。

例子： 20世纪60年代末，ARPANET项目的启动标志着网络互联的开始。该项目将多台计算机连接在一起，为今后互联网的发展奠定了基础。

3. 局域网（LAN）
   局域网是一组相互连接的计算机，它们在一个相对较小的地理范围内共享资源和信息。这种网络形式使得组织内部的计算机能够高效地交换数据。

例子： 一个办公室内的计算机、打印机和文件服务器通过局域网连接在一起，员工可以共享文件和打印资源。

4. 广域网（WAN）
   广域网是覆盖较大地理范围的网络，通过公共或专用的通信线路连接不同的局域网。这使得不同地区的计算机可以实现远程通信和资源共享。

例子： 一家跨国公司的总部位于纽约，而分公司位于东京。通过广域网，两地的计算机可以进行实时的数据传输和协作。

总的来说，网络的发展经历了从独立模式到网络互联再到局域网和广域网的演变过程。这些不同阶段的发展推动了信息技术的迅猛发展，使得计算机能够更加高效地协作和通信，为现代社会的信息化奠定了基础。

1. 什么是协议呢？

在日常生活中，协议指的是一种双方或多方之间达成的规定、约定或协定，以便有序地完成某项任务或达成共同的目标。这种约定通常是为了确保各方能够理解彼此的期望并遵循一定的规则。以下是一个生活中的例子：

在一个家庭中，成员之间可能会制定一份家庭作息协议，以确保每个成员都能够在共享的空间中和谐相处，同时满足各自的需求。这份协议可以包括以下内容：

1. 用餐时间： 确定家庭成员共同用餐的时间，以促进家庭交流和团结。
2. 晚安时间： 约定晚上何时安静，以便那些需要休息的成员能够享有安宁的环境。
3. 家务分工： 制定家务分工的规则，确保每个成员都有责任，共同维护家庭的整洁和有序。
4. 电视/娱乐时间： 确定观看电视或进行娱乐活动的时间，以避免因此导致不必要的冲突。
5. 客人来访： 确定接待客人的规矩，包括通知家庭成员、整理客厅等。

这样的家庭作息协议有助于建立家庭成员之间的相互理解和尊重，同时提供了一个有序的生活环境。在这个例子中，协议的存在有助于家庭成员更好地协同合作，共同维护家庭和谐。

2. 什么是网络协议？

计算机之间的传输媒介是光信号和电信号. 通过 "频率" 和 "强弱" 来表示 0 和 1 这样的信息. 要想传递各种不同的信息, 就需要约定好双方的数据格式.

• 计算机生产厂商有很多;
• 计算机操作系统, 也有很多;
• 计算机网络硬件设备, 还是有很多;

如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信?就需要有人站出来, 约定一个共同的标准,大家都来遵守, 这就是 网络协议;

网络协议是计算机网络中用于通信的规则和约定的集合。它定义了数据的传输方式、错误检测和纠正的方法，以及网络设备之间如何进行通信。协议是网络通信的基础，确保了设备之间的相互理解和有效的数据传输。

1. A 和 C 打电话，在语言层面中，A 和 C 都用汉语进行交流，这样双方都能听懂，也就默认规定了语言协议。在通信设备层面，A 和 C都用的电话机，在通信层面看来所用通信协议就是一样的。
2. 如果变更一下，现在A 和C 在施工现场上，电话机无法进行实时交流，此时我们的硬件就可以变更成为无线电，也就是通信协议由电话机变为了无线电，在上层语言层看来，A 和 C还是可以用汉语交流，底层硬件改变并不影响上层交流方式。
3. 同理，现在A 和C 想要提高英语口语交际能力，打电话用英文交流，上层语言层虽然改变了，但是底层硬件也可以依旧用电话机进行传输信息。

看完上述案例，相信你应该对协议有些许认识（对于同层设备来说，它们使用相同的协议进行通信，因此可以相互理解和协作。）

5. OSI七层网络模型

详细可以查看笔记（详解OSI七层网络模型）

6. 网络传输基本流程

网络传输的基本流程包括数据的发送、中间设备的路由和数据的接收。数据被分割成小的数据包，通过网络传输到目的地，中间经过多个路由器和交换机。

这个过程可以分为几个主要阶段：

1. 数据准备：

数据生成： 发送方（比如你的电脑）产生需要发送的数据，可能是文本、图像、视频或其他形式的信息。
封装数据： 数据会被分割成较小的单元，并按照特定的协议进行封装。例如，在TCP/IP协议中，数据被分成数据包，并加上了头部信息（源地址、目标地址、校验和等）。

2. 数据传输：

发送数据： 数据包通过发送方的网络接口被传送到网络中，首先经过本地的路由器或交换机。
路由选择： 网络设备（如路由器）根据目标地址，决定数据包应该经过哪些路径来到达目标地址。这个过程被称为路由选择，它确保数据按照最佳路径传输。
传输过程： 数据包沿着经过的路径在网络中传输，经过多个中间节点，可能经过多个网络设备和服务器，直到到达目标网络。

3. 数据接收和重新组装：

接收数据包： 数据包到达目标网络后，被目标设备（例如你的另一台电脑）的网络接口接收。
解封装数据： 目标设备根据协议规范进行解封装，将数据包还原为原始的数据形式。
数据重组： 如果数据被分割成多个包进行传输，目标设备会按照特定规则重新组装这些包，以还原原始的数据。

4. 数据处理与应用：

数据处理： 目标设备接收到数据后，可能会对其进行处理，比如解码、解压缩或其他必要的操作。
应用数据： 最终，数据被传递到目标应用程序中，用于显示、存储或执行相应的操作。

补充说明：
传输控制协议（TCP）和互联网协议（IP）是在网络传输中起关键作用的协议。TCP负责数据的分段、传输和重组，而IP则负责将数据包进行路由和传递。

物理介质： 数据传输的物理层面可能涉及光纤、电缆、无线信号等不同的介质。

这个流程描述了数据在网络中传输的基本过程。不同的协议和网络设备在这个过程中扮演着不同的角色，确保数据能够安全、可靠地从发送方传输到接收方。

7. 数据的发送（封装，解封装，网络传输）

在网络中，数据被封装成数据包，每个数据包包含了源地址、目标地址、数据内容以及其他控制信息。分用是指接收方根据目标地址将数据包中的信息正确地交付给相应的应用程序或服务。

数据包装（封装）：

在每一层拿到数据后都会将要发送的数据进行封装，添加每一层对应的报头，最后由数据链路层进行数据发送到对应主机，再由对方主机根据协议进行解包，最后得到数据

数据生成： 发送方产生需要传输的数据，这可以是文本、图像、音频或其他类型的信息。

封装数据： 数据被分割成较小的单元，通常被称为数据包。每个数据包包含了要传输的一部分数据以及与之相关的控制信息。例如，在TCP/IP协议中，数据包包括数据部分和头部信息，头部信息包含源地址、目标地址、校验和等。

添加协议信息： 数据包在封装过程中可能需要添加特定协议的信息，以确保在网络中的正确传输。协议的选择取决于网络通信的需求，如TCP/IP协议套件中的TCP或UDP协议。

数据分用（解封装）：

接收数据包： 数据包通过网络传输到达目标系统，目标系统的网络接口接收这些数据包。

解封装数据包： 接收方的网络协议栈根据协议规范进行解封装，提取出数据包的原始数据和控制信息。

校验和处理： 接收方可能会对数据包进行校验和处理，以确保数据的完整性。这涉及到验证数据包的校验和，以确定数据在传输过程中是否发生了错误。

数据重组： 如果数据被分割成多个数据包进行传输，接收方会按照特定的规则重新组装这些数据包，以还原原始的数据。

补充说明：

• 传输控制协议（TCP）：在TCP通信中，数据包装和分用的过程由TCP协议负责。TCP提供面向连接的、可靠的数据传输，确保数据的有序传输和错误处理。

• 用户数据报协议（UDP）： 与TCP不同，UDP是一种无连接的协议，不保证数据传输的可靠性，适用于对实时性要求较高的应用。

• 网络协议栈： 数据包装和分用是网络协议栈中的一部分，涉及多个协议层的交互，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层等。

简单来说

数据封装	实际就是不断给数据加上各种对应的报头，这些报头里面填充的就是对应的各种协议细节。
数据解包	实际就是不断从数据中提取对应的报头，并对提取出来的报头进行数据分析。

什么是报头？

报头（Header）：
报头是数据包的开头部分，包含了一系列的控制信息和元数据，以便在网络中正确地路由和处理数据。报头提供了关于数据包的关键信息，比如源地址、目标地址、协议类型、数据长度等。不同的通信协议有不同的报头格式，但通常报头包含的信息有：

• 源地址和目标地址： 标识了数据包的发送方和接收方的网络地址。

• 协议类型： 指明了数据包使用的通信协议，如TCP、UDP、IP等。

• 校验和： 用于验证数据包在传输过程中是否发生了错误。

• 时间戳： 记录了数据包的创建或发送时间。

• 序列号和确认号（在TCP中）： 用于实现可靠的数据传输，确保数据包的有序到达。

什么是有效载荷?

有效载荷（Payload）：
有效载荷是数据包中携带的实际数据部分，它是发送方要传输的信息的内容。在网络通信中，有效载荷包含了用户的数据，例如文本、图像、音频等。在文件格式中，有效载荷是文件的实际内容。

分离报头和有效载荷

分离报头和有效载荷：（简单来说就是明确报头和有效载荷的界限）
将报头和有效载荷分离的过程通常是在数据包的解封装阶段完成的。当数据包到达目的地时，接收方的网络协议栈会对数据包进行解封装，这涉及到以下步骤：

1. 报头解析： 接收方根据协议规范解析报头，提取其中的控制信息，比如源地址、目标地址等。

2. 有效载荷提取： 接收方根据报头中的信息确定有效载荷的位置和大小，然后提取出有效载荷部分，即实际的数据内容。

3. 数据处理： 接收方根据协议和应用程序的要求对有效载荷进行处理，这可能包括数据的重组、校验和验证、解码等操作。

怎么确保在网络能发送到对端主机？

采用不同通信标准的两个局域网内的主机怎么通信?

当两个局域网采用不同的通信标准时，比如一个局域网使用以太网（Ethernet），而另一个采用令牌环网（Token Ring），它们的通信可以通过网关或路由器来实现。

1. 以太网和令牌环网的通信： 以太网（Ethernet）： 以太网是一种常见的局域网技术，它使用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）来控制数据包在共享介质上的传输。

2. 令牌环网（Token Ring）：
   令牌环网是一种局域网拓扑，它使用令牌传递来控制数据包的传输。在这个环网中，只有持有令牌的设备才能发送数据包。

实现通信的方式：

1. 使用网关或路由器：

• 对于以太网和令牌环网之间的通信，可以使用网关或路由器来连接这两种网络。
• 网关是连接两个不同网络的设备，它能够理解和转换不同网络标准之间的数据格式和通信规则。
• 当一台位于以太网上的主机想要与令牌环网中的主机通信时，它会发送数据到网关。网关会接收并解释来自以太网的数据，然后将它转换成适合在令牌环网上传输的格式，并将数据发送到令牌环网。
• 类似地，网关也会处理从令牌环网到以太网的数据转换和传输。
  

2. 协议转换器：

• 有时也会使用专门的设备，如协议转换器，来进行不同通信标准之间的转换。这些设备专注于将一个通信标准的数据转换成另一个标准的数据。

3. 中继设备：

• 在某些情况下，可以使用中继设备或桥接器来连接不同的网络。这些设备可以帮助在不同网络之间传输数据，但通常并不执行协议转换。

总结：
在不同通信标准的两个局域网之间进行通信需要特殊设备或者技术来实现协议转换和数据格式的调整。网关、协议转换器或者其他中继设备可以充当桥梁，使得不同标准的网络能够进行交流和数据传输。

8. IP地址和MAC地址

IP地址（Internet Protocol Address）： 它是网络上的设备（如计算机、路由器等）在网络中的标识符。IP地址分为IPv4和IPv6两种版本，其中IPv4通常以点分十进制表示，而IPv6以冒号分隔的八组十六进制数表示。

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MAC地址（Media Access Control Address）： 也称为物理地址，是网络设备网卡的硬件地址。它是全球唯一的，并通常以六组十六进制数表示，中间用冒号或短划线分隔。

什么是子网掩码

IP划分