初识计算机网络

从此篇我将开始网络新篇章！

1. 网络发展史

最初的计算机之间相互独立存在，每个计算机只能持有自己的数据，数据无法共享。此时的计算机为独立模式
随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同⼯作来完
成业务，就有了网络互连。
网络互联即将多台计算机连接在⼀起，完成数据共享。
数据共享本质是网络数据传输，即计算机之间通过⽹络来传输数据，也称为网络通信。
根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网。

2. 广域网VS局域网

2.1局域网LAN

局域网，即LocalAreaNetwork，简称LAN。
Local 即标识了局域网是本地，局部组建的⼀种私有网络。
局域网内的主机之间能方便的进行网络通信，又称为内网；局域网和局域网之间在没有连接的情况下，是无法通信的。

局域网组建网络的方式有很多种：

1. 基于网线直连

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2. 基于集线器组建

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集线器只能单向转发数据，现在不使用了

3. 基于交换机组建

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可以实现对所有计算机设置的数据转发
在内网中实现组网，主要用在公司内部

4. 基于交换机和路由器组建

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2.2 广域网WAN

广域网，即WideAreaNetwork，简称WAN。
通过路由器，将多个局域网连接起来，在物理上组成很大范围的网络，就形成了广域网。广域网内部
的局域网都属于其子网。

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其局域网和广域网是一个相对概念，并没有明确的区分

3. 网络通讯基础

3.1 IP地址

概念：IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。简单说，IP地址用于定位主机的网络地址。
就像我们发送快递⼀样，需要知道对方的收货地址，快递员才能将包裹送到目的地。

格式： IP地址是⼀个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位⼆进制数”（也就是4个字节），如：01100100.00000100.00000101.00000110。通常用“点分十进制”的方式来表示，即a.b.c.d的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数）。如：100.4.5.6。

上述IP地址是用四个字节表示的，最多42亿左右的设备，那么不够用怎么办？

上述的IP地址采用的点分十进制的表示方法是Ipv4的表示方法，现如今有了Ipv6表示方法，完全足够使用

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在cmd当中使用ipconfig指令可以查看当前设备的IP地址，以我电脑为例：

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3.2 端口号

概念： 在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简单说：端口号用于定位主机中的进程。
类似发送快递时，不光需要指定收货地址（IP地址），还需要指定收货人（端⼝号）。

格式：
端口号是0~65535范围的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定⼀个端口号，来发送及接收网络数据。

端口号是否是可变的呢？

如果是服务提供方就需要一个确定的端口号,MYSQL服务端的端口号默认3306
如果是客户端的话系统会随机分配一个

那么程序员是否可以随机指定端口号呢？

其中1~ 1024 知名端口号，比较有名的程序已经占用了的端口号，比如：WEB程序用的80，FTP用的21
1205~ 65535 这个范围内可以随便指定
原则就是一台主机上的端口号在不同网络程序之间不能冲突

有了IP地址和端口号，可以定位到网络中唯⼀的⼀个进程，但还存在⼀个问题，⽹络通信是基于⼆进制0/1数据来传输，那么如何告诉对⽅发送的数据是什么样的呢？
网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同⼀个类型的数据，格式可能也不同，
如发送⼀个文本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢？
基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式。

3.3 认识协议

概念： 协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵从的⼀组约定、规则。如：怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。
协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式。

计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过"频率"和"强弱"来表⽰0和1这样的信息。要想传递
各种不同的信息，就需要约定好双⽅的数据格式。

计算机⽣产厂商有很多；
计算机操作系统，也有很多；
计算机⽹络硬件设备，还是有很多；

如何让这些不同厂商之间⽣产的计算机能够相互顺畅的通信?
就需要有人站出来，约定⼀个共同的标准，大家都来遵守，这就是网络协议；

3.4 五元组

在TCP/IP协议中，⽤五元组来标识⼀个网络通信：

源IP： 标识源主机，等同于发件人地址
源端口号： 标识源主机中该次通信发送数据的进程，等同于发件人名称
目的IP： 标识目的主机，等同于收件人地址
目的端⼝号： 标识目的主机中该次通信接收数据的进程，等同于收件人名称
协议号： 标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式，等同于运送的物品或其他相关约定

3.5 协议分层

对于网络协议来说，往往分成几个层次进行定义。
为什么要协议分层?
目的是为了让不同的层专注自身的数据处理方式，只需要为上层去提供API，并
为下层准备数据(根据下层协议要求)

3.5.1 OSI七层模型

OSI： 即Open System Interconnection，开放系统互连
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OSI 七层模型既复杂又不实用：所以OSI七层模型没有落地、实现。
实际组建网络时，只是以OSI七层模型设计中的部分分层，也即是以下TCP/IP五层（或四层）模型来实现。

3.5.2 TCP/IP五层（或四层）模型

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应用层: 和用户打交道，接收与展示用户的数据，比如收发快递的过程中，只关注物品本身
传输层: 完成端到端的传输的准备，确定收送主机的地址和端口号，对比快递来说确定收件人和发件人的地址和电话
网络层: 规划出端到端之间的网络路径，路径中可能会包含中间经过的其他网络设备，比如快递中转站
数据链路层: 完成点到点之间的传输，每个网络设备之间的传输
物理层: 把真实的BIT数据流，通过转换成光电信号在传输介质中传输
网线:电信号光纤:光信号

注意：四层模型即不包括物理层

3.6 封装和分用

不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段(segment)，在网络层叫做数据报(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。
应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上⼀个数据首部(header)，称为封装 (Encapsulation)。
首部信息中包含了⼀些类似于首部有多长，载荷(payload)有多长，上层协议是什么等信息。
数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，根据首部中的"上层协议字段"将数据交给对应的上层协议处理。

下图为数封装和分用的过程：
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发送方流程（封装）：

应用层按照应用层协议组装好我们的数据
传输层确定源端口号和目的端口号
网络层确定源IP地址和目的IP地址
数据链路层确定源MAC地址和目的MAC地址放在MAC头中(帧头)，通过CRC算法计算校验和放在MAC尾中(帧尾)，加入帧头与帧尾之后，把数据以二进制的形式发送给物理层
物理层把具体的数据(报文)转换成光电信号，通过传输介质进行传输

接收方流程（分用）：