【网络编程】- 背景知识

目录

1.网络互联的两种规模

1.1 局域网LAN

1.2 广域网WAN

2.协议

 2.1 什么是协议

2.2 协议分层

3.封装和分用

3.1 如何理解封装和分用

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1.网络互联的两种规模

1.1 局域网LAN

把多个机器连接在一起，就构成了一个局域网。

 从上图可以看出来，机器之间两两相连是不靠谱的，没那么多网线，没那么多网口，成本很高！

因为我们就发明了交换机和路由器，通过交换机和路由器完成多台机器之间的通信。

交换机是把多个机器连接到一个 "局域网" 中了。

1.2 广域网WAN

路由器则是把多个局域网连接起来。在交换机和路由器的反复连接之下，就可以把很多的设备都连接在一起，使它们直接可以进行通信。当机器足够多的时候，就可以将其称为 "广域网" 。但事实上，局域网和广域网之间没有明确的界限。

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2.协议

 2.1 什么是协议

简单来说，协议就是 "约定"，通过一些约定，来表达一定的含义。

举个例子，就比如相亲，男方和女方在没见过的情况下，要在约定的地点见面。万一当天相亲的人很多，并且约在附近的人也很多，就容易出现约错人的情况，于是就可以在来之前约定好 "暗号"。这个"暗号"就相当于这里的协议。

网络上传输的数据，本质上是通过 光信号（电磁波） / 电信号（网线）来实现的，通过这两信号，就可以传输二进制数据了。在传输数据的时候，我们假设高低电频用 1 / 0 来区分，那么不同的 0，1 排列组合，表达的是什么信息，就需要通过 "协议" 来约定！！

2.2 协议分层

网络通信其实是一个非常复杂的过程，有很多问题，很多细节要处理。如果就使用一个协议，来解决所有问题，就会造成这个协议，复杂无比！！

🍃1.于是聪明的程序猿就将协议拆分，把一个协议拆成多个协议。这就和我们平时写代码一样，一个类如果写的太复杂，我们就将其拆成多个类，一个方法如果写的太复杂，就将其拆成多个方法。

🍃2.协议在拆分的过程中，程序猿们就发现，部分拆出来的协议，解决的问题都大致相同。因此，程序猿们就将这些协议分成很多类，每一层都有很多协议，这些协议做的工作都差不多，这就是写一分层！（类似于，我们的类定义很多的时候，为了方便管理，功能相似的类都放在同一个包下面）

🍁协议分层的好处

1.下层协议给上层提供服务，上层调用下层协议。起到了一个封装的效果，实现上层协议的人，不必考虑下层协议的细节。

2.起到解耦合的效果，可以把同一层的协议替换成其他协议，对于其他层次的协议来说，基本无感知的（透明的）。（结合下图理解）

🍁两种分层模式 

1.OSI 七层网络模型。（只是理论上存在，实际上没有这么实现）

2.TCP/IP 五层网络模型。

这两种分层模式有很多相似之处，重点看一下第二种分层模式。

🍃1.物理层：网络通信的基础设施。

🍃2.数据链路层：两个相邻的结点之间如何传输。

🍃3.网络层：两个点之间的路径规划。

🍃4.传输层：两个点之间的通信。（不考虑路径规划）

🍃5.应用层：数据传输过去之后，具体怎么使用。

 如何结合实例理解这五层模型？？

比如我在淘宝上买了一双鞋，下单后，卖家就把货通过快递发给我。

🍃1.卖家在发货的时候，只需要考虑发件人（起点）和收件人（终点），这里的卖家就相当于传输层。

🍃2.当卖家将货交到物流公司的手里时，物流公司就要规划好从那条路线走，成本最低，这里的物流公司规划路径就相当于网络层。

🍃3.规划好路线后，就进行两个集散点的之间的运输，运输过程中既可以是通过飞机，也可以是汽车，具体咋运输的这个过程就相当于数据链路层。

🍃4.运输可能走高速公路，也可以走普通马路，这里的高速公路，马路就相当于物理层。

🍃5.最后货送到我手里的时候，我可能自己穿，我也可能卖给别人，怎么使用取决于我自己，这里的如何使用就相当于应用层。

这五层模型中，只有应用层，是咱们自己写代码处理的。下面的四层，都是由操作系统以及硬件设备处理好的了。所以网络编程的主要工作，就是写应用层的代码，来处理应用层的协议数据。

【经典面试题】

我们知道了交换机和路由器的功能都是用来组建局域网，那么它们分别工作在什么层？

交换机是工作在数据链路层。

路由器是工作在网络层。

（这里只针对经典的交换机和经典的路由器，实际上，当下的交换机和路由器功能都越来越强大了，彼此之间也有很多功能重叠了，甚至这些设备可能有一些传输层，应用层的功能）

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3.封装和分用

封装和分用描述了网络是如何传输数据的。（注意这里的"封装"和面向对象的封装、继承、多态中的封装还不太一样）

3.1 如何理解封装和分用

例如我们使用QQ发送消息，主机 A 给主机 B 发送一条 "hello"，看似一个很简单的发送过程，它背后其实要做的工作是非常多的。

🍁封装

1.首先，主机A 先到应用层（QQ应用程序），把用户输入的数据，整理成应用层数据报。相当于通过类似于"字符串拼接的方式"，将其构造成更完整，信息更多的数据，再传输。（加报头都是通过类似字符串拼接的方式）

 接下来就需要把这个数据报交给传输层（操作系统内核）。

2.传输层会根据当前使用的传输层协议，给应用层数据报，进行进一步的组装。假设现在使用 UDP 协议。（传输层的协议）

组装好了之后，继续把这个数据报，交给网络层。

3.网络层，主要使用的是 IP 协议，再进行进一步组装。

 这里组装好之后，再交给数据链路层。

4.数据链路层，比如使用以太网协议，再进一步的组装。

 这样就构造了一个以太网的数据帧（本质上是一堆二进制序列）再把这个数据交给物理层。

5.物理层，拿到数据之后，把这里的二进制序列，转化成 光信号 / 电信号，再把光电信号，发送出去即可。

上述1，2，3，4，5 从上至下，依次添加报头的过程，就成为封装！！（这就好比，发一个快递，快递要套上恒多层包装一样）。

🍁分用

忽略中间的传输过程。当主机 B 收到上述数据的时候，做的工作就是封装的 "逆过程"，称为 "分用"。每一层协议把对应的协议报头给解析出来，并且去掉报头。（类似于拆快递）

1.物理层，把光电信号转换回二进制的数据，得到以太网的数据帧，如何交给数据链路层。

2.数据链路层，去掉数据帧头和帧尾，把载荷去取出来，然后交给网络层。

3.网络层，IP 协议解析出 IP 报头，并去掉报头，然后把载荷取出来，交给传输层。

4.传输层，UDP 协议再进行解析报头，并去掉报头，把载荷取出来，然后交给应用程序。

5.应用层，QQ应用程序再解析这里的信息，显示到界面上。

上述过程体现出了，网络通信中，各个层次的协议是如何分配工作的。

【补充】：

上述的封装分用，不仅仅出现在主机上，也会出现在传输过程中，包括在交换机和路由器上。

 经典路由器是封装分用到网络层，经典交换机是封装分用到数据链路层。

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本篇博客就到这里了，谢谢观看！！