目录

网络发展

独立模式

网络互联

局域网LAN

广域网WAN

网络通信基础

IP 地址

端口号

协议

五元组

协议分层

OSI 七层模型

TCP/IP 五层模型

网络设备所在分层

封装和分用

封装 

分用

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网络发展

独立模式

独立模式：计算机之间相互独立

网络互联

随着时代的发展，计算机之间需要相互通信，共享软件和数据，即，需要多个计算机协调工作来完成业务，此时就有了网络互联

网络互联：将多台计算机连接起来，完成数据共享

数据共享的本质是网络数据传输，即，计算机之间通过网络来传输数据，也就是 网络通信

根据网络互联的规模不同，可划分为 局域网 和 广域网

局域网LAN

局域网，即，Local Area Network，简称 LAN

Local 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够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

局域网组件网络的方式有很多种：

（1）基于网络直连

（2）基于集线器组建

（3）基于交换机组建

（4）基于交换机和路由器组建

广域网WAN

广域网，即，Wide Area Network，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。其内部的局域网属于其子网

 

网络通信基础

网络互连的目的是进行网络通信，即网络数据传输，也就是 网络主机的不同进程之间，基于网络传输数据

那么，在组件网络时，如何判断是从哪台主机将数据发送到哪台主机呢？这就需要使用 IP 地址 来进行标识

IP 地址

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，简而言之，IP 地址用于定位主机的网络地址

就像收发快递一样，只有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

11111111 11111111 11111111 00000000

通常使用 点分十进制 的方式来表示，即通过 . 来分割这4个8位二进制数，而每个字节使用十进制来表示，即，a.b.c.d 的格式，如 255.255.255.0

端口号

在网络通信过程中，IP 地址用来标识主机网络地址，而端口号用于标识主机中发送数据、接收数据的进程，简而言之，端口号用于定位主机中的进程

同样的，在收发快递时，不但需要知道收获地址（IP 地址），还需要知道收件人（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，来发送和接收网络数据

协议

协议，即 网络协议 的简称，网络协议是网络通信（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 如何建立连接，怎样相互识别等。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格式

为社么需要使用协议呢？

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，就需要约定号双方的数据格式

就如同在和朋友见面之前，需要先彼此协商见面的时间、地点以及要准备的东西，这就是一种提前的约定，也可以称之为协议 

计算机的生产厂商有很多，操作系统也有很多，网络硬件设备也很多，如何让不同厂商之间生产的计算机能够互相通信？

就需要约定一个共同的标准，大家都遵守，这就是 网络协议

五元组

在 TCP/IP 协议中，使用 五元组 来标识一个网络通信：

源IP：标识源主机

源端口号：标识源主机中本次通信发送数据的进程

目的IP：标识目的主机

目的端口号：标识目的主机中本次通信接收数据的进程

协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

同样的，我们还是以收发快递的例子来理解 五元组 在网络通信中的作用：

 

在 cmd 中，通过输入 netstat -ano 可以查看网络数据传输中的五元组信息：

协议分层

在网络通信的过程中，其中涉及到的细节是非常多的，若使用一个协议来完成网络通信，就需要考虑到每一个细节，约定好方方面面的内容，这就导致这个协议会非常的复杂

而若一个协议太过复杂和庞大，是非常不利于学习和维护的，因此，就需要将这个 "大而全" 的协议，拆分成多个更能更加单一， "小而细" 的协议

但此时，就会拆分出很多协议。为了让这些协议之间相互配合，就引入了 协议分层，将功能定位相似的协议放到同一层中:

上层协议调用下层协议的功能

下次协议为上层协议提供服务

相邻的层次之间可以进行沟通，不能跨层次调用（若跨层次调用，则容易混乱）

当我们对网络协议进行分层后，就类似于 面向接口编程：定义好两层之间的接口规范，让双方遵循这个规范来对接，这样，就能够更好的扩展和维护

对于上层（使用方）来说，并不关心提供方是如何实现的，只需要使用接口即可

对于下层（提供方）来说，利用封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接口即可

那么，协议分层分成几层呢？

OSI 七层模型

OSI，即 Open System Interconnection，开放系统互连

OSI 七层网络模型是一个逻辑上的定义和规范，将网络从逻辑上分为了 7 层

OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其中最主要的功能是帮助不同类型的主机实现数据传输

OSI 七层模型划分为以下七层：

	分层名称	功能
7	应用层	针对特定应用的协议
6	表示层	设备固有的数据格式和网络标准数据格式的转换
5	会话层	通信管理。负责建立和断开通信连接（数据流动的逻辑通路）管理传输层以下的分层
4	传输层	管理两个节点之间的数据传输，保证数据被可靠地传输到目标地址
3	网络层	地址管理和路由选择
2	数据链路层	互连设备之间的传送和识别数据帧
1	物理层	以 0 和 1 代表电压的高低、灯光的闪灭，界定连接器和网线的规格

但是，由于 OSI 七层模型太过复杂且不实用，因此，OSI 七层模型并没有实现

在实际组建网络时，只是使用了 OSI 七层模型设计中的部分分层，也就是 TCP/IP 五层模型 来实现

TCP/IP 五层模型

TCP/IP 是一组协议的代名词，其中还包含许多协议，组成了 TCP/IP 协议簇

TCP/IP 通讯协议采用了 5 层层级结构：

	分层名称	功能
5	应用层	负责应用程序间的沟通。如：文件传输协议（FTP）、简单电子邮件传输（SMTP）等。
4	传输层	负责两台主机之间的数据传输。如：传输控制协议（TCP），能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机
3	网络层	负责地址管理和路由选择。如：在 IP 协议中，通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输线路（路由）
2	数据链路层	负责设备之间的数据帧传送和识别。如：网卡设备的驱动、数据差错校验等
1	物理层	负责 光/电 信号的传递方式。如：光纤、wifi 无线网等。物理层的能力决定了 最大传输速率、传输距离、抗干扰性等。

OSI模型 与 TCP/IP模型：

网络设备所在分层

对于一台 主机，其操作系统内核实现了传输层到物理层的内容，也就是 TCP/IP 五层模型的下四层

对于一台 路由器，其实现了从网络层到物理层，也就是 TCP/IP 五层模型的下三层

对于一台 交换机，其实现了从数据链路层到物理层，也就是 TCP/IP 五层模型的下两层

对于 集线器，其只实现了物理层

在这里，我们所说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为 二层交换机（工作在 TCP/IP 五层模型的下两层）、三层路由器（工作在 TCP/IP 五层模型的下三层）

随着网络设备技术的发展，也出现了许多 3 层、4 层交换机，4 层路由器，在本篇文章中，我们所说的网络设备都是指的传统意义上的交互机和路由器

封装和分用

不同的协议层对数据有不同的称谓：

在 传输层 叫做 段（segment）

在 网络层 叫做 数据报（datagram）

在 数据链路层 叫做 帧（frame）

封装 

我们首先来看封装的过程：

假设张三要使用微信给李四发送消息：hello

应用层（应用程序）：

从消息输入框获取到张三输入的 hello 后，就将这个字符串构造成一个应用层数据包

假设应用层数据包按照以下应用层协议约定格式来构造（也就是字符串拼接的方式）：

接着，应用程序调用操作系统提供的 API，将这个数据包交给传输层

传输层：

将上述数据作为一个整体，再将其构造成 传输层 的 数据段

传输层涉及到的协议主要是 TCP 和 UDP

在这里，我们假设使用的是 UDP 来进行通信，此时就会构造一个 UDP 数据段

上述添加报头的过程，就是 封装，其本质是 字符串拼接，拼接的报头具有一定的结构，能够承载一些关键的用来转发数据的信息

而对于 UDP 报头来说，承载的最重要的信息就是 源端口 和 目的端口

拼接好 传输层 数据段后，再将这个数据段交给下层（网络层）继续进行封装

网络层：

在网络层，涉及到的最核心的协议是 IP 协议

此时，将刚才传输层的 UDP 数据段作为一个整体，再拼接上 IP 报头，构成一个 IP数据报：

IP 报头中也包含了辅助转发的关键信息，其中，最关键的是 源IP 和 目的IP

构造完IP数据报后，IP 协议 继续调用数据链路层 API，将数据交给数据链路层的协议进行处理

数据链路层： 

数据链路层涉及的核心协议是 以太网协议

将 IP 数据报作为一个整体，添加上一个 帧头 和 帧尾

接下来，就将数据交给 物理层

物理层：

将上述以太网数据帧（二进制结构 01001 这样的数据），转换为 光信号/电信号/电磁波，然后进行发送

 经过上述一些列操作，数据才终于发送出去

分用

假设数据已经抵达 李四 的网卡，如何进行处理，其处理过程，就称为 分用

物理层：

物理层接收到 光信号/电信号/电磁波，就将这些物理信号转换成数字信息（二进制的0 1 0 1），得到一个以太网数据帧，进一步将这个数据帧交给数据链路处理

数据链路层：

按照 以太网数据帧 的格式，解析，取出其中载荷，再将其交给上层协议

网络层：

按照 IP 协议 的格式进行解析，取出其中的载荷，再交给上层协议：

传输层：

按照 UDP 协议 格式来解析，取出其中的载荷，再交给上层协议：

应用层（应用程序）：

按照程序内部的 应用层协议格式 来解析数据，并将信息在窗口弹出

上述 分用 的过程，其实就是 封装 的逆向过程

在数据传输的过程中，需要通过一系列的交换机或路由器来进行数据转发

在经过交互机或路由器时，上述封装和分用的过程，也是相同的

只是，封装分用的程度不一定到应用层

我们以交换机为例：

物理层：

交换机接收到光电信号后，将其转换成 以太网数据帧 二进制数据，交给数据链路层

数据链路层： 

数据链路层对上述数据进行解析，取出载荷部分，并解析帧头中的关键信息，根据帧头中的信息，决定下一步将数据往哪里发送，并根据这个情况进一步构造出新的以太网数据帧

然后再将这个新的数据交给物理层，并发送出去

若是 路由器，则会 封装分用 到 网络层