网络初识

局域网和广域网

局域网：通过网线把主机连接起来就是一个局域网。一般组建局域网，都会使用一些转发设备：交换机，路由器。

上面这种就是借助交换机组成局域网。

基于路由器组建局域网，就像图片这样：

基于路由器组建局域网是最常见的组网设备。

比较大的局域网就是广域网。

IP地址

IP 地址：描述了网络上的一个主机的位置。IP 地址本质上是一个 32 位的整数，由于 32 位的整数，不方便人来记忆和读，一般常见的操作都是把这 32 位的整数，按照每个字节，分成四个部分，中间用 . 来分隔，也就是 点分十进制。

特殊的 IP 地址： 127.0.0.1 一个特殊的 IP 地址，环回 IP，表示自己这个主机。

端口号

端口号：描述了一个主机上的 某个应用程序（就类似于学校里面收快递的时候，收件人的电话）。端口号本质上是一个 2 个字节（16位）的无符号整数，也就是 0 - 65535，3306 MySQL 默认的端口号。

协议

协议很重要，本质上就是约定，发出来的数据是啥样的格式，，接收方按照什么格式来接收。

网络通信的时候，本质上传输的是：光信号和电信号。通过光信号的频率（高频率/低频率）。电信号的电平（高电平/低电平）来表示 0/1。

协议拆分

网络通信这个过程很复杂，里面有很多很多细节。如果只通过一个协议来约定所有的细节，这个协议就会非常庞大、复杂。更好的办法就是把一个大的复杂的协议，拆成多个小的，更简单的协议，每个协议，负责一部分工作。

好处：

1. 每层协议不需要理解其他层协议的细节（更好的做到了封装）。就像打电话的人，不需要理解电话的工作原理，就能完成打电话的操作。制造电话的人，也不需要成为语言大师。
2. 把对应层的协议替换成其他协议（更好的耦合）。就像打电话的人，可以使用有线电话，也可以使用无线电话。打电话的人，可以使用汉语，也可以使用英语。

网络协议分层

1. OSI 七层网络模型。实际使用当中是简化版本，就是 TCP/IP 五层（四层）模型。
2. 五层模型：物理层，数据链路层（网卡层），网络层，传输层，应用层（程序员关注实现的内容）。
3. 说四层模型的时候，就是不讨论物理层，因为 物理层 是硬件方面的。

如下图：

具体层的功能：

1. 物理层：网络通信中的硬件设备。
2. 数据链路层：完成相邻连个设备之间的通信。具体的节点和节点之间的路线和通信方式。
3. 网络层：负责点到点之间的通信，网络中任意节点和任意节点之间的通信。网络层负责规划出最优路线。
4. 传输层：负责端到端之间的通信，起点到终点，只关注结果，不关注过程是怎么走的。
5. 应用层：和应用程序密切相关的，你传输的这个数据，是干啥用的，不同的应用程序就有不同的用途。

网络设备所在的分层

1. 一台主机就对应了 物理层 到 应用层 五层。
2. 一台路由器主要就是 物理层 到 网络层（主要是实现了物理层，数据链路层，网络层）。
3. 一台交换机主要就是 物理层 到 数据链路层（主要实现了物理层，数据链路层）。

封装

描述了不同的分层的协议之间，是如何相互配合的。就是将应用层的内容，封装为传输层的内容。封装的时候就是将上面放上一些辅助的信息。封装的时候不需要考虑脏数据。

应用层

举例：

1. 比如用 QQ 来发送消息，用户A 输入内容之后，点击发送键。
2. QQ 应用程序，就根据用户输入的内容，把数据构成一个应用层的协议报文。
3. 应用层协议就调用操作系统提供的 API（socket API），把应用层的数据交给传输层（就进入操作系统内核了）。

假设构造成的协议：

传输层（操作系统内核）

1. 根据刚才传输过来的数据，基于当前使用的传输层协议，来构造出一个传输层的协议报文。
2. 传输层最典型的协议：UDP，TCP。
3. 拿到数据的时候，要进行打包封装，主要就是为了可以贴上辅助转发的标签信息。然后就会把传输层的数据报交给网络层。

构造成的数据报，TCP 数据报 = TCP 报头 + 数据载荷（Payload，也就是一个完整的应用层数据）：

网络层（操作系统内核）

拿到了完整的传输层数据报，就会在根据当前使用的网络层协议（例如 IP），再次进行封装，把 TCP 数据报构造成 IP 数据报，还是添加一个协议报头。仍然是字符串拼接的过程。紧接着，当前的 网络层协议，就会把这个 IP 数据报，交给数据链路层。

数据报格式如下：

IP 数据报 = IP 协议报头 + 载荷（完整的 TCP/UDP 的数据报）。

IP 数据报当中也有很多重要的信息：其中最重要的就是 源IP 和 目的IP。相当于发件人的地址，和收件人的地址。

数据链路层（驱动程序）

在刚才的 IP 数据报基础上，根据当前使用的数据报链路层的协议，给构成一个，数据链路层的数据报。典型的数据链路层的协议，叫做 “以太网” ，就会构造成一个 “以太网数据帧”。

数据报格式如下：

以太网数据帧：

1. 帧头 + IP 数据报 + 帧尾 帧头里面的信息是： 接下来要传给的设备地址是啥。
2. 随着数据往下一个设备转发，帧头中的地址一直在时刻发生改变。

数据链路层，又会把这个数据交给物理层。

物理层（硬件设备，网卡）

物理层做的工作，

1. 就是根据刚才的以太网数据帧（其实就是一组 0 1），把这里的 0 1 变成 高低电平，通过网线传输出去。
2. 或者把这里的 0 1 变成 高频/低频 的电磁波，通过 光纤/无线 的方式传播出去。
3. 此时就离开主机了，前往下一个设备。下一个设备可能是 路由器/交换机/其他设备。

分用

物理层

1. 分用就是封装的逆过程。
2. 分用的时候，数据最先进入的是物理层。
3. 主机 B 的网卡感知到一组 高电平 和 低电平，然后就会把这些店铺翻译成 0 1 的一串数据。
4. 然后这一串 0 1 就是一个完整的以太网数据帧。然后 物理层 就把数据交给 数据链路层。

数据链路层

拿到的数据报如下：

负责对这个数据进行解析，去掉帧头和帧尾，取出里面的 IP 数据报。然后交给 网络层协议。

网络层协议（IP 协议）

拿到的数据报如下：

网络层协议（IP 协议）：又会对这个数据进行解析，去掉 IP 协议报头，取出里面的 TCP 数据报，再交给传输层。

传输层（操作系统内核）

拿到的数据报如下：
又会对这个数据进行解析，去掉 TCP 报头，取出里面的 TCP 数据报，再交给应用层。

应用层（应用程序）

拿到的数据报如下：

就会调用 socket API 从内核中读取到这个应用层的数据报，再按照应用层协议进行解析，然后根据解析结果显示到窗口中。

封装和分用的过程中要经历的内容

在封装和分用这个过程中，会有无数个路由器和交换机。不论有多少个设备，都是下面这两种方法。

经历交换机

经历交换机的话，就差不多是这种情况：

经历路由器