1. 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史

1.2 獨(dú)立模式

獨(dú)立模式：計(jì)算機(jī)之間相互獨(dú)立

這個(gè)時(shí)候的計(jì)算機(jī)還不能夠聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)時(shí)的家用計(jì)算機(jī)可以用來打單機(jī)游戲或者是視頻播放等功能。

1.3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越需要計(jì)算機(jī)之間互相通信，共享軟件和數(shù)據(jù)，即以多個(gè)計(jì)算機(jī)協(xié)同工作來完成業(yè)務(wù)，就有了網(wǎng)絡(luò)互連。

網(wǎng)絡(luò)互連：將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，完成數(shù)據(jù)共享。

數(shù)據(jù)共享本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，即計(jì)算機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(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)

1.3 局域網(wǎng)

（1）基于網(wǎng)線直連

將兩個(gè)電腦通過一根網(wǎng)線進(jìn)行連接，這就是構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的局域網(wǎng)。

但是通過傳輸線互聯(lián)連接起來，要保證每一個(gè)節(jié)點(diǎn)至少與其他節(jié)點(diǎn)相連。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來費(fèi)用較高，不易管理和維護(hù)。因此我們也會(huì)使用交換機(jī)和路由器進(jìn)行互聯(lián)。

（2）基于交換機(jī)和路由器進(jìn)行組建

1.4 廣域網(wǎng)

廣域網(wǎng)，即 Wide Area Network，簡(jiǎn)稱WAN。

通過路由器，將多個(gè)局域網(wǎng)連接起來，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)。因此局域網(wǎng)規(guī)模足夠大，就成了廣域網(wǎng)。

2. 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)互連的目的是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，也即是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，更具體一點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò)主機(jī)中的不同進(jìn)程間，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。

那么，在組建的網(wǎng)絡(luò)中，如何判斷到底是從哪臺(tái)主機(jī)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥桥_(tái)主機(jī)呢？這就需要使用IP地址來標(biāo)識(shí)。

2.1 IP地址

IP地址：標(biāo)識(shí)了一個(gè)主機(jī)的具體位置。

IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)。

格式

本質(zhì)上是一個(gè)4個(gè)字節(jié)，32位的整數(shù)，往往寫成“點(diǎn)分十進(jìn)制”。

例如192.168.0.136

三個(gè)點(diǎn)把整個(gè)ip分成了四個(gè)部分，每個(gè)部分都是一個(gè)字節(jié)（取值范圍0-255）

查詢自己的IP

如果想要查看自己電腦的ip地址，可以通過win+r -> cmd -> ipconfig查看ip

特殊IP

127.*的IP地址用于本機(jī)環(huán)回(loop back)測(cè)試，通常是127.0.0.1

本機(jī)環(huán)回主要用于本機(jī)到本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信（系統(tǒng)內(nèi)部為了性能，不會(huì)走網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸），對(duì)于開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信的程序（即網(wǎng)絡(luò)編程）而言，常見的開發(fā)方式都是本機(jī)到本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信。

IP地址解決了網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，定位網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的問題，但是還存在一個(gè)問題，傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)后，由哪個(gè)進(jìn)程來接收這個(gè)數(shù)據(jù)呢？這就需要端口號(hào)來標(biāo)識(shí)

2.2 端口號(hào)

概念

在網(wǎng)絡(luò)通信中，IP地址用于標(biāo)識(shí)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址，端口號(hào)可以標(biāo)識(shí)主機(jī)中發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的進(jìn)程。簡(jiǎn)單說：端口號(hào)用于定位主機(jī)中的進(jìn)程。

類似發(fā)送快遞時(shí)，不光需要指定收貨地址（IP地址），還需要指定收貨人（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)程可以通過綁定一個(gè)端口號(hào)，來發(fā)送及接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

注意事項(xiàng)

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)。

了解：

一個(gè)進(jìn)程啟動(dòng)后，系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)分配一個(gè)端口（啟動(dòng)端口）程序代碼中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程時(shí)，需要綁定端口號(hào)（收發(fā)數(shù)據(jù)的端口）來發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。

進(jìn)程綁定一個(gè)端口號(hào)后，fork一個(gè)子進(jìn)程，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程綁定一個(gè)端口號(hào)，但不同的進(jìn)程不能綁定同一個(gè)端口號(hào)。

問題：

有了IP地址和端口號(hào)，可以定位到網(wǎng)絡(luò)中唯一的一個(gè)進(jìn)程，但還存在一個(gè)問題，網(wǎng)絡(luò)通信是基于二進(jìn)制0/1數(shù)據(jù)來傳輸，如何告訴對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)是什么樣的呢？

網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型可能有多種：圖片，視頻，文本等。同一個(gè)類型的數(shù)據(jù)，格式可能也不同，如發(fā)送一個(gè)文本字符串“你好！”：如何標(biāo)識(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)是文本類型，及文本的編碼格式呢？

基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，需要使用協(xié)議來規(guī)定雙方的數(shù)據(jù)格式

2.3 認(rèn)識(shí)協(xié)議

概念

協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的簡(jiǎn)稱，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信（即網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸）經(jīng)過的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都必須共同遵從的一組約定、規(guī)則。如怎么樣建立連接、怎么樣互相識(shí)別等。只有遵守這個(gè)約定，計(jì)算機(jī)之間才能相互通信交流。

協(xié)議是什么？

協(xié)議就是約定，約定發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。

使得雙方能夠互相進(jìn)行通信。

協(xié)議（protocol）最終體現(xiàn)為在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的格式。

2.4 五元組

在TCP/IP協(xié)議中，用五元組來標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信：

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)議號(hào)：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

五元組在網(wǎng)絡(luò)通信中的作用，類似于發(fā)送快遞：

2.5 協(xié)議分層

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，往往分成幾個(gè)層次進(jìn)行定義。

2.5.1 什么是協(xié)議分層

在網(wǎng)絡(luò)通信中，需要約定的協(xié)議，其實(shí)是非常復(fù)雜的。

而面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境，就需要復(fù)雜的協(xié)議。

但是協(xié)議太復(fù)雜也不好。

因?yàn)橐粋€(gè)協(xié)議太復(fù)雜，就可以拆分成多個(gè)協(xié)議。協(xié)議是可以拆分出很多存在一些小的協(xié)議定位或者作用是類似的。

針對(duì)這些小的協(xié)議進(jìn)行分類。同時(shí)再針對(duì)這些不同的類別進(jìn)行分層。

調(diào)用關(guān)系

我們約定了層與層之間的調(diào)用關(guān)系。

要求上層協(xié)議調(diào)用下層協(xié)議，下層協(xié)議給上層提供支持，不能跨級(jí)調(diào)用。

例如

公司有一定的層級(jí)關(guān)系，這種層級(jí)關(guān)系是要求兩個(gè)相鄰的層級(jí)才能交互，不能夠跨層交互。

2.5.2 協(xié)議分層的好處

1. 分層之后就可以做到層與層之間，耦合程度比較低、上層協(xié)議不必了解下層的細(xì)節(jié)，下層也不必了解上層的細(xì)節(jié)。
2. 方便對(duì)某一層的協(xié)議進(jìn)行替換。能夠更好的擴(kuò)展和維護(hù)。

在代碼中，類似于定義好一個(gè)接口，一方為接口的實(shí)現(xiàn)類（提供方，提供服務(wù)），一方為接口的使用類（使用方，使用服務(wù)）：

• 對(duì)于使用方來說，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
• 對(duì)于提供方來說，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。

這樣能更好的擴(kuò)展和維護(hù)，如下圖：

2.5.2 OSI七層模型

OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型既復(fù)雜又不實(shí)用，僅僅存在于教科書當(dāng)中。

TCP/IP五層網(wǎng)絡(luò)模型是當(dāng)下最廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)模型

2.5.3 TCP/IP五層模型

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。

TCP/IP通訊協(xié)議采用了5層的層級(jí)結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。

• 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)應(yīng)用程序間溝通，如簡(jiǎn)單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問協(xié)議（Telnet）等。我們的網(wǎng)絡(luò)編程主要就是針對(duì)應(yīng)用層。
• 傳輸層：負(fù)責(zé)兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。如傳輸控制協(xié)議 (TCP)，能夠確保數(shù)據(jù)可靠的從源主機(jī)發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)。
• 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)地址管理和路由選擇。例如在IP協(xié)議中，通過IP地址來標(biāo)識(shí)一臺(tái)主機(jī)，并通過路由表的方式規(guī)劃出兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路（路由）。路由器（Router）工作在網(wǎng)路層。
• 數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀的傳送和識(shí)別。例如網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、幀同步(就是說從網(wǎng)線上檢測(cè)到什么信號(hào)算作新幀的開始)、沖突檢測(cè)(如果檢測(cè)到?jīng)_突就自動(dòng)重發(fā))、數(shù)據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)等工作。有以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)，無線LAN等標(biāo)準(zhǔn)。交換機(jī)（Switch）工作在數(shù)據(jù)鏈路層。
• 物理層：負(fù)責(zé)光/電信號(hào)的傳遞方式。比如現(xiàn)在以太網(wǎng)通用的網(wǎng)線(雙絞 線)、早期以太網(wǎng)采用的的同軸電纜(現(xiàn)在主要用于有線電視)、光纖，現(xiàn)在的wifi無線網(wǎng)使用電磁波等都屬于物理層的概念。物理層的能力決定了最大傳輸速率、傳輸距離、抗干擾性等。集線器（Hub）工作在物理層

上面的定義可能有些復(fù)雜繁瑣，我們可以進(jìn)行簡(jiǎn)化

• 應(yīng)用層，主要關(guān)注傳輸過來的數(shù)據(jù)，要怎么使用
• 傳輸層，不考慮中間路徑，只關(guān)注起點(diǎn)和重點(diǎn)。就像，我和淘寶賣家，都不關(guān)心中間是怎么傳輸?shù)?#xff0c;只關(guān)心起點(diǎn)和重點(diǎn)，中間怎么傳輸都可以。
• 網(wǎng)絡(luò)層，主要負(fù)責(zé)兩個(gè)遙遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)之間，路徑規(guī)劃。收貨地址西安，發(fā)貨地址是上海，上海到西安中間有很多條路徑可以走，在眾多路徑中找到一個(gè)合適的（上海直達(dá)西安，上海->南京->西安，上海->蘇州->西安）。
• 數(shù)據(jù)鏈路層，主要關(guān)注的是兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的傳輸。上海->南京（火車），南京->西安（卡車），網(wǎng)絡(luò)上相鄰節(jié)點(diǎn)，就是通過網(wǎng)線/光纖/無線直接連接的設(shè)備。
• 物理層，主要定義物理設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)設(shè)施有網(wǎng)線，光纖，網(wǎng)絡(luò)接口…可以認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)上的高速公路。

物理層我們考慮的比較少。因此很多時(shí)候也可以稱為 TCP/IP四層模型。

應(yīng)用層，對(duì)應(yīng)程序員寫的應(yīng)用程序，下面四層，則是操作系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)封裝好的。

因此寫代碼，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，主要工作還是圍繞應(yīng)用層進(jìn)行展開。

傳輸層要被應(yīng)用層進(jìn)行調(diào)用，所以也要對(duì)傳輸層有一定的理解。

2.6 封裝和分用

封裝：發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)，要把數(shù)據(jù)從上到下，依次交給對(duì)應(yīng)的層次的協(xié)議，進(jìn)行封裝。

解析：接收方收到的數(shù)據(jù)，要把數(shù)據(jù)從下到上，依次交給對(duì)應(yīng)的層次的協(xié)議，進(jìn)行解析。解析過程就叫做分用。

我們舉一個(gè)例子進(jìn)行過程的解析。

2.6.1 封裝

首先假設(shè)在通信應(yīng)用程序，進(jìn)行聊天的環(huán)境下。

2.6.1.1 應(yīng)用層拿到數(shù)據(jù)

我發(fā)送“在嗎？”給對(duì)方

qq會(huì)拿到上述用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，封裝成應(yīng)用層數(shù)據(jù)包。

1. 這里的應(yīng)用層數(shù)據(jù)包格式，只是假設(shè)的，qq實(shí)際的應(yīng)用層數(shù)據(jù)包，是qq開發(fā)者自己規(guī)定的。
2. 這里的數(shù)據(jù)包，本質(zhì)上就是字符串的拼接
3. 為了區(qū)分上述字段，可能引入分隔符等進(jìn)行界定，就像 發(fā)送方斷橋煙雨;接收方劉cc;時(shí)間20230813;消息內(nèi)容在嗎;

2.6.1.2 傳輸層拿到上述數(shù)據(jù)

傳輸層有很多協(xié)議，最典型的是TCP和UDP。

此處以UDP為例

UDP針對(duì)上述數(shù)據(jù)包再進(jìn)行封裝。

1. 此處，UDP協(xié)議再給應(yīng)用層數(shù)據(jù)報(bào)整個(gè)作為載荷并且再加個(gè)UDP報(bào)頭，就是為了填寫必要的屬性

2. 傳輸層協(xié)議最關(guān)鍵的屬性是源端口和目的端口

3. 數(shù)據(jù)報(bào)本質(zhì)上是字符串拼接

2.6.1.3 傳輸層交給網(wǎng)絡(luò)層

UDP協(xié)議進(jìn)行封裝后，將這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)交給網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)層最常見的協(xié)議就是IP協(xié)議

上述UDP數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層，需要進(jìn)一步的封裝，添加IP協(xié)議報(bào)頭

源IP和目的IP就是描述了這次傳輸中，最初的起點(diǎn)和最終的終點(diǎn)

IP和端口

IP是找到主機(jī)，端口是確定主機(jī)上的哪個(gè)程序/進(jìn)程

我的電腦有一個(gè)IP

但是電腦上有很多的程序有著不同的端口號(hào)

2.6.1.4 網(wǎng)絡(luò)層交給數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議是以太網(wǎng)協(xié)議

以太網(wǎng)協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議進(jìn)行封裝

mac地址，也叫做物理地址

也是描述一個(gè)主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)上的位置

它的功能和IP很相似，但是當(dāng)下就把這兩個(gè)地址分別作用于不同的用途。

IP用來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層的路徑規(guī)劃

mac用來進(jìn)行描述數(shù)據(jù)鏈路層，兩個(gè)進(jìn)行傳輸?shù)南噜徆?jié)點(diǎn)。

mac是和網(wǎng)卡進(jìn)行綁定的。每個(gè)網(wǎng)卡的mac是為一個(gè)

2.6.1.5 數(shù)據(jù)鏈路層把以太網(wǎng)包交給物理層

物理層要把上述的0101的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)/電信號(hào)/電磁波信號(hào)，進(jìn)行傳輸。

2.6.2 分用

接收方進(jìn)行解析數(shù)據(jù)。

接受過程和封裝過程剛好相反。

發(fā)送，從上到下，依次封裝，新增報(bào)頭

接收，從下到上，依次分用，去掉報(bào)頭

忽略中間的轉(zhuǎn)發(fā)過程，只考慮對(duì)方的電腦收到這個(gè)消息的情況。

2.6.2.1 物理層接收數(shù)據(jù)

物理層會(huì)收到高低電平的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

會(huì)對(duì)這里的信號(hào)進(jìn)行解析，還原成0101這樣的二進(jìn)制序列。

2.6.2.2 物理層交給數(shù)據(jù)鏈路層

此時(shí)把接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)當(dāng)成一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀（此處是從以太網(wǎng)線收到的數(shù)據(jù)，就是要交給以太網(wǎng)協(xié)議來進(jìn)行處理）

以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行解析，把以太網(wǎng)幀頭和幀尾去掉，取出中間的載荷，再往上交給網(wǎng)絡(luò)層。

2.6.2.3 數(shù)據(jù)鏈路層交給網(wǎng)絡(luò)層

此時(shí)就由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議進(jìn)行解析數(shù)據(jù)報(bào)，也就是去掉IP報(bào)頭。取出載荷，交給傳輸層協(xié)議。

2.6.2.4 網(wǎng)絡(luò)層交給傳輸層

傳輸層由UDP協(xié)議進(jìn)行解析處理，還是去掉報(bào)頭，取出載荷，把數(shù)據(jù)交給應(yīng)用層

2.6.2.5 應(yīng)用層解析

由應(yīng)用程序?qū)?yīng)用層數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行解析，放到程序的界面

2.6.3 整體

發(fā)送方是進(jìn)行層層封裝

接收方是進(jìn)行層層分用

真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，數(shù)據(jù)的傳輸中間可能要經(jīng)歷很多節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

交換機(jī)只需要封裝分用到數(shù)據(jù)鏈路層（只需要改源mac和目的mac）

路由器需要封裝分用到網(wǎng)絡(luò)層（更改mac地址，以及根據(jù)目的IP進(jìn)行下一階段的路徑規(guī)劃）

通常也說，交換機(jī)是進(jìn)行“二層轉(zhuǎn)發(fā)”，路由器進(jìn)行“三層轉(zhuǎn)發(fā)”。

我們這里說的是教科書上的“經(jīng)典”交換機(jī)路由器（教科書和考試上的標(biāo)準(zhǔn)）

實(shí)際上，真實(shí)的路由器和交換機(jī)之間的界限越來越小

路由器可以通過設(shè)定特殊模式只進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)

交換機(jī)也有高端交換機(jī)，支持三層轉(zhuǎn)發(fā)

甚至路由器/交換機(jī)還可以封裝分用到傳輸層甚至應(yīng)用層

路由器/交換機(jī)封裝分用到傳輸層應(yīng)用層的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景就是進(jìn)行輿情分析。