0 引言

• 在學(xué)習(xí)的過程中總是會對IP、TCP、UDP、HTTP、HTTPS、FTP這些常見的協(xié)議不熟悉，以及對貓，交換機(jī)、路由器的含義也不太清楚。
• 對于只是想了解一二的人，讓他去學(xué)一遍計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程確實(shí)有點(diǎn)耗費(fèi)時間精力
• 所以我就針對平時常見的名詞進(jìn)行解釋，然后再用一張層次圖來表明他們各自所處的網(wǎng)絡(luò)層次全面介紹；

1 基礎(chǔ)知識的定義

1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常被分為多個層次，常用的是OSI模型和TCP/IP模型，它們分別有不同的層次配置。以下是常見的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次：

注意：網(wǎng)絡(luò)的底層均是為上一層提供服務(wù)，然后上一層再為上上層提供服務(wù)。

1. OSI模型：

• 物理層：處理物理連接和電信號傳輸。（貓）
• 數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的傳輸和錯誤檢測。（交換機(jī)）
• 網(wǎng)絡(luò)層：進(jìn)行路由和包轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。（路由器、IP）
• 傳輸層：提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸和流控制。（TCP、UDP）
• 會話層：管理通信會話的建立和維護(hù)。
• 表示層：進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、加密和壓縮等操作。
• 應(yīng)用層：提供用戶與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的接口。（HTTP、HTTPS、FTP）

2. TCP/IP模型：

• 網(wǎng)絡(luò)接口層（網(wǎng)絡(luò)訪問層）：處理物理連接和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。
• 網(wǎng)際層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。
• 傳輸層：提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸和流控制，包括TCP和UDP協(xié)議。
• 應(yīng)用層：提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的接口，如HTTP、FTP、SMTP等。
• 這些層次的劃分有助于組織和管理計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各個功能模塊，使得網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)更加靈活和可擴(kuò)展。

1.2 網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商

• 網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商（Internet Service Provider，ISP）是指提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的公司或組織。它們在全球范圍內(nèi)提供互聯(lián)網(wǎng)連接和相關(guān)服務(wù)，使用戶能夠通過電信基礎(chǔ)設(shè)施與全球互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。
• 中國的網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商有：中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國鐵通；

1.3 貓、路由器、交換機(jī)

貓（Modem）、交換機(jī)（Switch）和路由器（Router）是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它們在網(wǎng)絡(luò)通信中扮演著不同的角色。

貓（Modem）：
貓是“調(diào)制解調(diào)器”的簡稱，它主要負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號用于傳輸，以及將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號用于接收。貓一般用于連接本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如計算機(jī)、路由器）與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）的接入點(diǎn)。它可以通過各種物理介質(zhì)（如電纜、DSL）將數(shù)據(jù)信號通過傳輸線路發(fā)送和接收。貓通過撥號、以太網(wǎng)等方式將連接從外部提供者傳輸?shù)絻?nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

交換機(jī)（Switch）：
交換機(jī)是在局域網(wǎng)（LAN）中用于連接多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)具有多個以太網(wǎng)端口，可以通過它們之間的交換轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。交換機(jī)在接收到數(shù)據(jù)包時，會檢查數(shù)據(jù)包的目的地址，并將其只發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備連接的端口上，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的直接通信。交換機(jī)通過提供高速、可靠的數(shù)據(jù)交換，增強(qiáng)了局域網(wǎng)的性能和安全性。

路由器（Router）：
路由器是用于連接多個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，用于在不同的網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)包。路由器根據(jù)目標(biāo)IP地址和轉(zhuǎn)發(fā)表，決定將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到哪個網(wǎng)絡(luò)。路由器負(fù)責(zé)在不同網(wǎng)絡(luò)之間路由數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)按照正確的路徑到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。路由器在一個網(wǎng)絡(luò)到另一個網(wǎng)絡(luò)之間起到橋梁的作用，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信和互聯(lián)。

他們?nèi)叩穆?lián)系和區(qū)別：

• 貓、交換機(jī)和路由器都是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和通信。
• 貓主要負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號用于傳輸接入互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商；交換機(jī)用于連接多個內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信；路由器則用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)，并在網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和路由。
• 貓和交換機(jī)通常用于局域網(wǎng)內(nèi)部，而路由器用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)。
• 交換機(jī)和路由器都具有多個端口，可以連接多個設(shè)備，而貓通常只有一個或少數(shù)幾個端口。
• 綜上所述，貓、交換機(jī)和路由器在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中具有各自的功能和作用，它們一起構(gòu)成了一個完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的連接和數(shù)據(jù)的傳輸。

1.4 IP協(xié)議

IP（Internet Protocol，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）是一種在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳輸?shù)?mark>網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。它為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如計算機(jī)、路由器等）提供了一種 尋址 和 路由 的功能，以確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳遞到目標(biāo)設(shè)備。

IP協(xié)議的主要特點(diǎn)和功能如下：

• 尋址和唯一標(biāo)識：IP協(xié)議通過IP地址來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每個設(shè)備都有一個唯一的IP地址，它由網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號組成。IP地址用于定位設(shè)備的位置，以便網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)能夠正確地路由到目標(biāo)設(shè)備。
• 路由選擇：IP協(xié)議負(fù)責(zé)根據(jù)目標(biāo)IP地址選擇合適的路由路徑，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的傳輸。路由器根據(jù)設(shè)備的IP地址和路由表信息，決定將數(shù)據(jù)包發(fā)送到哪個網(wǎng)段或下一跳的路由器。
• 分組和重組：IP協(xié)議將大塊的數(shù)據(jù)分割成較小的數(shù)據(jù)包（稱為IP數(shù)據(jù)報），并在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。接收端的IP協(xié)議負(fù)責(zé)根據(jù)數(shù)據(jù)包的序號和標(biāo)識信息，將分散的數(shù)據(jù)包重新組裝成完整的數(shù)據(jù)。
• 不可靠的傳輸：IP協(xié)議本身是一種無連接、不可靠的傳輸協(xié)議。它不提供數(shù)據(jù)包的確認(rèn)、重傳和序列控制等機(jī)制。當(dāng)數(shù)據(jù)包在傳輸過程中發(fā)生丟失、錯誤或延遲，IP協(xié)議不會進(jìn)行處理，而是交給上層的傳輸協(xié)議（如TCP和UDP）來處理。

總體來說，IP協(xié)議提供了一種靈活、可擴(kuò)展的機(jī)制，使得數(shù)據(jù)能夠在不同的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行傳輸。它是互聯(lián)網(wǎng)通信的基礎(chǔ)，為其他上層協(xié)議（如TCP、UDP、HTTP等）提供了可靠的傳輸基礎(chǔ)。同時，IP協(xié)議也面臨著很多挑戰(zhàn)，如IPv4地址枯竭和網(wǎng)絡(luò)安全等問題，因此，IPv6協(xié)議作為新一代IP協(xié)議正在逐漸推廣和應(yīng)用。

1.5 TCP、UDP協(xié)議

TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）是兩種常用的傳輸層協(xié)議。它們在互聯(lián)網(wǎng)通信中起著不同的作用和提供不同的特點(diǎn)。

TCP協(xié)議：

• 面向連接：在數(shù)據(jù)傳輸之前，TCP會先建立一個連接，確保通信雙方建立可靠的傳輸通道。
• 可靠性：TCP提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。它采用序列號、確認(rèn)機(jī)制和重傳機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的可靠性，確保數(shù)據(jù)包按序到達(dá)目的地，并處理丟失、重復(fù)、錯誤等問題。
• 流量控制：TCP通過滑動窗口機(jī)制控制數(shù)據(jù)發(fā)送的速率，避免發(fā)送過多數(shù)據(jù)導(dǎo)致接收方無法及時處理。
• 擁塞控制：TCP能夠感知網(wǎng)絡(luò)擁塞，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況調(diào)整數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，以避免擁塞情況的進(jìn)一步惡化。
• 適用場景：TCP適用于對數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較高的應(yīng)用，如文件傳輸、電子郵件、Web瀏覽器等應(yīng)用。

UDP協(xié)議：

• 無連接：UDP是一種無連接的協(xié)議，數(shù)據(jù)包的傳輸沒有建立連接的過程。數(shù)據(jù)包獨(dú)立發(fā)送，不保證順序和可靠性。
• 無確認(rèn)和序列號：UDP不提供數(shù)據(jù)包的確認(rèn)和重傳機(jī)制，也不處理丟失、重復(fù)、錯誤等問題。
• 簡單性和低延遲：由于不需要建立連接和進(jìn)行可靠性保證，UDP的開銷較小，傳輸速度相對較快，適用于實(shí)時性要求高的應(yīng)用。
• 廣播和多播：UDP支持廣播和多播功能，可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給多個目標(biāo)設(shè)備。
• 適用場景：UDP適用于對傳輸延遲要求較高、對傳輸可靠性要求相對較低的應(yīng)用，如實(shí)時音視頻傳輸、在線游戲等。

兩者使用場景區(qū)別：選擇使用TCP還是UDP取決于應(yīng)用要求和場景需求。對于需要可靠傳輸、順序性和擁塞控制的應(yīng)用，TCP是更好的選擇。而對于實(shí)時性要求較高、數(shù)據(jù)量較小、丟失幾個數(shù)據(jù)包不會造成嚴(yán)重影響的應(yīng)用，UDP更合適。

1.6 HTTP、HTTPS、FTP協(xié)議

HTTP（Hypertext Transfer Protocol），HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）和FTP（File Transfer Protocol）都是常用的應(yīng)用層協(xié)議，用于不同的數(shù)據(jù)傳輸和通信場景。

HTTP：
HTTP是一種用于在客戶端和服務(wù)器之間傳輸超文本的協(xié)議。它是Web瀏覽器和Web服務(wù)器之間的通信協(xié)議，用于請求和傳輸HTML頁面、圖像、音頻、視頻等資源。HTTP是基于TCP協(xié)議的（上層協(xié)議都是根據(jù)下層協(xié)議提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)的），采用了請求-響應(yīng)模型，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器返回相應(yīng)的內(nèi)容。

HTTPS：
HTTPS是基于HTTP協(xié)議的安全版本。它通過使用SSL（Secure Sockets Layer）或TLS（Transport Layer Security）協(xié)議來對通信進(jìn)行加密和驗(yàn)證，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。HTTPS協(xié)議在HTTP的基礎(chǔ)上加入了加密和身份認(rèn)證，常用于涉及敏感信息傳輸?shù)木W(wǎng)站，如電子商務(wù)網(wǎng)站、在線銀行等。

FTP：
FTP是一種用于文件傳輸?shù)膮f(xié)議。它允許將文件從一個計算機(jī)傳輸?shù)搅硪粋€計算機(jī)，可以上傳、下載和管理文件。FTP協(xié)議可以在一個客戶端和一個服務(wù)器之間建立一個連接，使用用戶名和密碼進(jìn)行身份驗(yàn)證，并在服務(wù)器和客戶端之間進(jìn)行文件傳輸。FTP通常使用TCP作為傳輸協(xié)議。

需要注意的是，HTTP和HTTPS主要用于Web訪問和資源傳輸，而FTP協(xié)議則專注于文件傳輸。每種協(xié)議都有自己的特點(diǎn)和用途，在不同的場景中選擇適合的協(xié)議來滿足需求。

1.7 Web、Web瀏覽器、Web服務(wù)器

在HTTP協(xié)議中介紹了Web相關(guān)的知識點(diǎn)，下面再將Web相關(guān)定義回顧一遍

Web（World Wide Web）
是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的信息系統(tǒng)，由許多互相連接的網(wǎng)頁組成。它通過使用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議進(jìn)行通信，使得用戶能夠通過Web瀏覽器訪問和瀏覽網(wǎng)頁上的內(nèi)容。

Web瀏覽器
是一種用于查看和訪問Web頁面的軟件應(yīng)用程序。它提供了用戶界面，允許用戶輸入URL（統(tǒng)一資源定位符）或點(diǎn)擊鏈接來請求特定的Web頁面。一旦接收到頁面數(shù)據(jù)，Web瀏覽器會解析并顯示頁面上的文本、圖像、視頻和其他多媒體內(nèi)容。常見的Web瀏覽器包括谷歌瀏覽器、Mozilla Firefox、微軟Edge等。

Web服務(wù)器
是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器軟件，主要負(fù)責(zé)接收并響應(yīng)Web瀏覽器發(fā)出的HTTP請求。它存儲和提供Web頁面和其他相關(guān)資源，將這些資源發(fā)送給請求的瀏覽器。Web服務(wù)器可以根據(jù)請求的URL和其他參數(shù)，動態(tài)生成頁面內(nèi)容，還可以處理表單提交、會話管理等功能。常見的Web服務(wù)器軟件有Apache HTTP Server、Nginx、Microsoft IIS等。

Web瀏覽器和Web服務(wù)器是Web使用過程中的兩個重要角色。瀏覽器作為客戶端發(fā)送HTTP請求，服務(wù)器作為服務(wù)端接收并響應(yīng)請求，兩者之間通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)用戶在Web上瀏覽和交互的功能。

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拓展：Web瀏覽器和Web服務(wù)器之間基本的請求-響應(yīng)模型

當(dāng)用戶在Web瀏覽器中輸入URL或點(diǎn)擊鏈接時，以下是Web瀏覽器和Web服務(wù)器之間的基本流程：

1. 解析URL：瀏覽器解析用戶輸入的URL，提取出協(xié)議（如HTTP、HTTPS）、域名（如www.example.com）和路徑（如/page）等信息。
2. 建立連接：瀏覽器通過網(wǎng)絡(luò)建立與Web服務(wù)器的TCP連接。使用域名解析將域名轉(zhuǎn)換為服務(wù)器的IP地址，并通過端口號確定Web服務(wù)器的監(jiān)聽端口（默認(rèn)為80）。
3. 發(fā)送HTTP請求：瀏覽器構(gòu)建HTTP請求報文，包括請求方法（如GET、POST）、請求頭（如User-Agent、Cookie）和請求體（如果有的話），然后將請求報文發(fā)送給Web服務(wù)器。
4. 處理請求：Web服務(wù)器接收到請求后，根據(jù)請求的URL和其他信息，找到對應(yīng)的資源或處理程序。如果請求的是靜態(tài)文件（如HTML、圖片、CSS文件等），服務(wù)器會從磁盤中讀取文件，并將文件作為響應(yīng)內(nèi)容發(fā)送給瀏覽器。如果請求的是動態(tài)資源（如PHP、Python腳本等），服務(wù)器會調(diào)用相應(yīng)的處理程序進(jìn)行處理，并生成動態(tài)的響應(yīng)內(nèi)容。
5. 發(fā)送HTTP響應(yīng)：Web服務(wù)器將生成的響應(yīng)內(nèi)容構(gòu)建成HTTP響應(yīng)報文，包括響應(yīng)狀態(tài)碼（如200表示成功，404表示未找到資源）和響應(yīng)頭（如Content-Type、Content-Length），然后將響應(yīng)報文發(fā)送給瀏覽器。
6. 接收和解析響應(yīng)：瀏覽器接收到響應(yīng)報文后，根據(jù)響應(yīng)頭中的信息解析響應(yīng)內(nèi)容。瀏覽器會根據(jù)響應(yīng)的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行相應(yīng)的處理，如渲染HTML內(nèi)容、加載CSS樣式表、執(zhí)行JavaScript腳本等。
7. 渲染頁面：瀏覽器會將接收到的HTML文檔解析為DOM樹，并根據(jù)CSS樣式對DOM元素進(jìn)行渲染。然后，瀏覽器將渲染好的頁面顯示給用戶。
8. 關(guān)閉連接：當(dāng)瀏覽器完成頁面的渲染并斷開與服務(wù)器的連接時，連接會被關(guān)閉，釋放相關(guān)的資源。

2 總結(jié)