一、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指將兩個(gè)以上的通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一定的方法，用一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備相互連接起來(lái)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的目的是以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)中的用戶可以進(jìn)行互相通信、共享軟件和數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)共享：

數(shù)據(jù)共享就是讓在不同地方使用不同計(jì)算機(jī)、不同軟件的用戶能夠讀取他人數(shù)據(jù)并進(jìn)行各種操作、運(yùn)算和分析。

本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，即計(jì)算機(jī)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，也稱為網(wǎng)絡(luò)通信。
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)互連的規(guī)模不同，可以劃分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

二、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)

局域網(wǎng) LAN：
局域網(wǎng)，即 Local Area Network，簡(jiǎn)稱LAN。
Local 即標(biāo)識(shí)了局域網(wǎng)是本地，局部組建的一種私有網(wǎng)絡(luò)。

指在較小的地理區(qū)域內(nèi)，通過(guò)傳輸介質(zhì)連接的一組計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備的網(wǎng)絡(luò) 。局域網(wǎng)的傳輸速度較快，一般在幾百M(fèi)bps到幾Gbps，延遲較低。局域網(wǎng)是一種私有網(wǎng)絡(luò)，一般在一座建筑物內(nèi)或建筑物附近，主要用于辦公室、學(xué)校、研究所或家庭等相對(duì)較小的地理范圍內(nèi)。局域網(wǎng)便于共享資源，如打印機(jī)、文件服務(wù)及其他應(yīng)用程序，并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的快速交換。

局域網(wǎng)組建網(wǎng)絡(luò)的方式：

• 基于網(wǎng)線直連：
  
• 基于集線器組建：
  
• 基于交換機(jī)組建：
  
• 基于交換機(jī)，路由器組建：
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廣域網(wǎng) WAN：
廣域網(wǎng)，即 Wide Area Network，簡(jiǎn)稱WAN。
通過(guò)路由器，將多個(gè)局域網(wǎng)連接起來(lái)，在物理上組成很大范圍的網(wǎng)絡(luò)，就形成了廣域網(wǎng)。廣域網(wǎng)內(nèi)部的局域網(wǎng)都屬于其子網(wǎng)。

連接不同地區(qū)局域網(wǎng)或城域網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)程網(wǎng)。通常跨接很大的物理范圍，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個(gè)地區(qū)、城市和國(guó)家，或橫跨幾個(gè)洲并能提供遠(yuǎn)距離通信，形成國(guó)際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)并不等同于互聯(lián)網(wǎng)。

三、網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)

3.1 IP地址

IP地址：通俗理解就是標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)設(shè)備所在的位置。就像我們發(fā)送快遞一樣，需要知道對(duì)方的收貨地址，快遞員才能將包裹送到目的地。

IP地址格式：

• IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，通常被分割為4個(gè)“8位二進(jìn)制數(shù)”（也就是4個(gè)字節(jié)），如：
  01100100.00000100.00000101.00000110。
• 通常用“點(diǎn)分十進(jìn)制”的方式來(lái)表示，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之間的十進(jìn)制整數(shù)）。如：
  100.4.5.6。

3.2 端口號(hào)

端口號(hào)：通俗理解，因?yàn)橐慌_(tái)主機(jī)上會(huì)有多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)，二端口號(hào)就是區(qū)分一臺(tái)主機(jī)上多個(gè)應(yīng)用程序的。

端口號(hào)格式：

• 端口號(hào)是0~65535范圍的數(shù)字，在網(wǎng)絡(luò)通信中，進(jìn)程可以通過(guò)綁定一個(gè)端口號(hào)，來(lái)發(fā)送及接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

兩個(gè)不同的進(jìn)程，不能綁定同一個(gè)端口號(hào)，但一個(gè)進(jìn)程可以綁定多個(gè)端口號(hào)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：簡(jiǎn)單理解就是，通信雙方對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)格式的約定。最終體現(xiàn)為在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的格式。

構(gòu)成三要素：

1. 語(yǔ)法：即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；
   類似打電話時(shí)，雙方要使用同樣的語(yǔ)言：普通話
2. 語(yǔ)義：即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)；
   語(yǔ)義主要用來(lái)說(shuō)明通信雙方應(yīng)當(dāng)怎么做。用于協(xié)調(diào)與差錯(cuò)處理的控制信息。
   類似打電話時(shí)，說(shuō)話的內(nèi)容。一方道：你瞅啥？另一方就得有對(duì)應(yīng)的響應(yīng)：瞅你咋的！
3. 時(shí)序，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。
   時(shí)序定義了何時(shí)進(jìn)行通信，先講什么，后講什么，講話的速度等。比如是采用同步傳輸還是
   異步傳輸。
   女生和男生的通話，總是由男生主動(dòng)發(fā)起通話，而總是在男生戀戀不舍的時(shí)候，由女生要求
   結(jié)束通話。

3.4 五元組

五元組：進(jìn)行一次網(wǎng)絡(luò)通信，5個(gè)非常關(guān)鍵的信息，有源IP，源端口，目的IP，目的端口，協(xié)議類型。

1. 源IP：標(biāo)識(shí)源主機(jī)
2. 源端口號(hào)：標(biāo)識(shí)源主機(jī)中該次通信發(fā)送數(shù)據(jù)的進(jìn)程
3. 目的IP：標(biāo)識(shí)目的主機(jī)
4. 目的端口號(hào)：標(biāo)識(shí)目的主機(jī)中該次通信接收數(shù)據(jù)的進(jìn)程
5. 協(xié)議類型：標(biāo)識(shí)發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程雙方約定的數(shù)據(jù)格式

四、協(xié)議分層

協(xié)議分層：

網(wǎng)絡(luò)通信的過(guò)程非常復(fù)雜，如果一個(gè)協(xié)議包含了網(wǎng)絡(luò)通信中的各方面問(wèn)題，這個(gè)協(xié)議將非常復(fù)雜，龐大。
把一個(gè)大的協(xié)議，拆分成若干個(gè)小協(xié)議，功能單一的協(xié)議，但是這些協(xié)議又過(guò)多。
我們就將這些小協(xié)議進(jìn)行歸類，講這些小協(xié)議以類型進(jìn)行分層。

只有兩個(gè)相鄰層的協(xié)議之間才能進(jìn)行交互。

協(xié)議分層的好處：

1. 對(duì)于使用方來(lái)說(shuō)，并不關(guān)心提供方是如何實(shí)現(xiàn)的，只需要使用接口即可
2. 對(duì)于提供方來(lái)說(shuō)，利用封裝的特性，隱藏了實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，只需要開放接口即可。
3. 封裝：上層協(xié)議不需要了解下層協(xié)議的細(xì)節(jié)。
4. 解耦：分層之后，靈活的替換其中的某一層，對(duì)于整體的工作過(guò)程影響很小。

4.1 OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型

OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型：這個(gè)體系過(guò)于復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)分層方式更簡(jiǎn)化。

4.2 TCP/IP五層(四層)網(wǎng)絡(luò)模型

TCP/IP五層(四層)網(wǎng)絡(luò)模型：TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞，它還包括許多協(xié)議，組成了TCP/IP協(xié)議簇。

分為以下五層：

1. 應(yīng)用層：關(guān)注拿到數(shù)據(jù)之后怎么使用。負(fù)責(zé)應(yīng)用程序間溝通，網(wǎng)絡(luò)編程主要就是針對(duì)應(yīng)用層。
2. 傳輸層：關(guān)注兩個(gè)任意設(shè)備之間進(jìn)行通信，但是不關(guān)心中間設(shè)備，只關(guān)心起點(diǎn)與終點(diǎn)，也就是源主機(jī)和目的主機(jī)。
3. 網(wǎng)絡(luò)層：關(guān)注兩個(gè)任意設(shè)備之間如何進(jìn)行通信。負(fù)責(zé)地址管理和路由選擇。
4. 數(shù)據(jù)鏈路層：完成兩個(gè)相鄰設(shè)備之間如何進(jìn)行通信。負(fù)責(zé)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀的傳送和識(shí)別。
5. 物理層：規(guī)定一些網(wǎng)絡(luò)通信中的硬件設(shè)施符合的要求。負(fù)責(zé)光/電/電磁信號(hào)的傳遞方式。

有些資料將數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合在一起，所以也叫TCP/IP四層協(xié)議。

4.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

主機(jī)：工作過(guò)程中主要涉及物理層到應(yīng)用層。通過(guò)應(yīng)用程序滿足網(wǎng)絡(luò)通信的需求。

路由器：工作主要涉及物理層到網(wǎng)絡(luò)層，組建局域網(wǎng)，進(jìn)行進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包之間的轉(zhuǎn)發(fā)。

交換機(jī)：工作主要涉及物理層到數(shù)據(jù)鏈路層，對(duì)路由器接口的擴(kuò)展，不需要考慮組網(wǎng)的問(wèn)題。

但是現(xiàn)實(shí)的路由器和交換機(jī)很多都有對(duì)方的功能了。

五、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信基本流程。

5.1 封裝和分用

• 不同的協(xié)議層對(duì)數(shù)據(jù)包有不同的稱謂，在傳輸層叫做段(segment)，在?絡(luò)層叫做數(shù)據(jù)報(bào)
  (datagram)，在鏈路層叫做幀(frame)。
• 應(yīng)?層數(shù)據(jù)通過(guò)協(xié)議棧發(fā)到?絡(luò)上時(shí)，每層協(xié)議都要加上?個(gè)數(shù)據(jù)?部(header)，稱為封裝
  (Encapsulation)。
• ?部信息中包含了?些類似于?部有多?，載荷(payload)有多?，上層協(xié)議是什么等信息。
• 數(shù)據(jù)封裝成幀后發(fā)到傳輸介質(zhì)上，到達(dá)?的主機(jī)后每層協(xié)議再剝掉相應(yīng)的?部，根據(jù)?部中的"上層協(xié)議字段"將數(shù)據(jù)交給對(duì)應(yīng)的上層協(xié)議處理，稱為分用。

5.2 簡(jiǎn)述過(guò)程

我們就使用兩個(gè)設(shè)備之間的通信，簡(jiǎn)述發(fā)出和接收兩個(gè)過(guò)程。

封裝：

1. 應(yīng)用程序，獲取到用戶輸入，構(gòu)造一個(gè)“用戶數(shù)據(jù)包”。
   1.1. 這個(gè)用戶數(shù)據(jù)包遵守開發(fā)這個(gè)程序的程序猿定義的應(yīng)用層協(xié)議。
   
2. 應(yīng)用程序調(diào)用傳輸層提供的API，把數(shù)據(jù)交給傳輸層。傳輸層拿到數(shù)據(jù)之后構(gòu)造出“傳輸層數(shù)據(jù)段”。
   2.1. 這個(gè)“傳輸層數(shù)據(jù)段”遵守傳輸層協(xié)議，主要是TCP協(xié)議，UDP協(xié)議。
   2.2. 以TCP協(xié)議來(lái)說(shuō)：傳輸層數(shù)據(jù)段，也就是TCP數(shù)據(jù)段由TCP段頭+TCP載荷。TCP載荷就是“用戶數(shù)據(jù)包”。
   
3. 傳輸層構(gòu)造好“傳輸層數(shù)據(jù)段”后，繼續(xù)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層的API，把“傳輸層數(shù)據(jù)段”交給網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層拿到數(shù)據(jù)后構(gòu)造出“網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)”。
   3.1. 這個(gè)“網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)”遵守網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，主要是IP協(xié)議。
   3.2. 以IP協(xié)議來(lái)說(shuō)：“網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)”，也就是IP數(shù)據(jù)段由IP報(bào)頭+IP載荷。IP載荷就是“傳輸層數(shù)據(jù)段”。
   
4. 網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)造好“網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)“后，繼續(xù)調(diào)用數(shù)據(jù)鏈路層的API，把“網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)”交給數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層拿到后構(gòu)造出“數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀”
   4.1. “數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀” 遵守?cái)?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，主要是以太網(wǎng)協(xié)議。
   4.2. 以以太網(wǎng)協(xié)議為例：數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀，也就是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀由以太網(wǎng)幀頭+以太網(wǎng)載荷+以太網(wǎng)幀尾。以太網(wǎng)載荷就是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)。
   
5. 數(shù)據(jù)鏈路層構(gòu)造好“數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀”后，繼續(xù)調(diào)用物理層的API，把“數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀”交給物理層，物理層給網(wǎng)卡，網(wǎng)卡將上訴二進(jìn)制數(shù)據(jù)，最終以光/電/電磁信號(hào)發(fā)送出去。

分用：

1. 信號(hào)到達(dá)接受方網(wǎng)卡，網(wǎng)卡將這些信號(hào)還原為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，交給上層數(shù)據(jù)鏈路層。
2. 數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)鏈路層，通過(guò)幀頭幀尾包含的數(shù)據(jù)反應(yīng)出使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，按該協(xié)議進(jìn)行解析，將載荷數(shù)據(jù)傳給上層網(wǎng)絡(luò)層。
3. 數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層，通過(guò)報(bào)頭包含的數(shù)據(jù)反應(yīng)出使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，按該協(xié)議進(jìn)行解析，將載荷數(shù)據(jù)傳給上層傳輸層。
4. 數(shù)據(jù)到達(dá)傳輸層，通過(guò)段頭包含的數(shù)據(jù)反應(yīng)出使用的傳輸層協(xié)議，按該協(xié)議進(jìn)行解析，將載荷數(shù)據(jù)傳給上層應(yīng)用層。
5. 數(shù)據(jù)到達(dá)應(yīng)用層，按照程序的應(yīng)用層協(xié)議解析，將信息輸出給接受者。

當(dāng)涉及到路由器與交換機(jī)時(shí)就有下面工作流程：

路由器工作：

主機(jī)的數(shù)據(jù) =>路由器,路由器收到之后,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層解析 (沒(méi)有傳輸層),重新構(gòu)造出新的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包,構(gòu)造出以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀,構(gòu)造出二進(jìn)制數(shù)據(jù),進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
路由器是工作在網(wǎng)絡(luò)層，這也叫三層轉(zhuǎn)發(fā)。

交換機(jī)工作：

主機(jī)的數(shù)據(jù) =>交換機(jī),交換機(jī)收到之后,物理層解析,數(shù)據(jù)鏈路層解析(沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)層了),重新構(gòu)造出新的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀,發(fā)給下一個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層中,得到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的幀頭,信息就足以支持交換機(jī)進(jìn)行下一步工作。
交換機(jī)是工作在數(shù)據(jù)鏈路層。這也叫二層轉(zhuǎn)發(fā)。