目录

1. 网络互连

1.1 局域网LAN

1.2 广域网WAN

2 网络通信基础

2.1 IP地址

2.2 端口号

2.3 网络协议

3. 五元组

4. 协议分层

4.1 OSI 七层网络模型

4.2 TCP/IP 五层（或四层）网络模型

4.3 网络设备所在分层(经典笔试题)

5. 网络数据传输的基本流程

5.1 发送方的工作(封装)

5.2 接收方的工作(分用)

---

1. 网络互连

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。

网络互连：将多台计算机连接在一起，完成数据共享。实现跨主机通信。咱们未来工作很可能是成为后端开发工程师，就是写服务器．和客户端通信，肯定会涉及到网络。

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。

1.1 局域网LAN

局域网，即 Local Area Network，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。（把几个电脑，通过路由器，连接到一起）

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：

基于网线直连，基于集线器组建（一根网线，岔出来两根），基于交换机组建（组建局域网，但是不能跨局域网），基于交换机和路由器组建。

路由器：wifi本质上就是个无线路由器，路由器本质上就是把两个局域网给连起来.

现在也有带路由功能（三层转发）交换机也是很多很常见的，交换机和路由器之间的界限越来越模糊。

光猫算是路由器，路由器/交换机都是有电口(插网线的)，也有光口的(插光纤的)。光纤、网线等都是传输信号的介质。

1.2 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。广域网内部的局域网都属于其子网。

如果有北、中、南等分公司，甚至海外分公司，把这些分公司以专线方式连接起来，即称为“广域 网”。

如果属于全球化的公共型广域网，则称为互联网（又称公网，外网），属于广域网的一个子集。

有时在不严格的环境下说的广域网，其实是指互联网。

所谓 "局域网" 和 "广域网" 只是一个相对的概念(没有明确的界线)。比如，我们有 "天朝特色" 的广域网，也可以看 做一个比较大的局域网。

2 网络通信基础

网络互连的目的是进行网络通信，也即是网络数据传输，更具体一点，是网络主机中的不同进程间，基于网络传输数据。

那么，在组建的网络中，如何判断到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就需要使用IP地址来标识。

2.1 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。简单说，IP地址用于定位主机(设备)的网络地址。描述了一个设备，在网络上的地址。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。

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个字节数字），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。

• 特殊IP：127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1本机环回。
• 主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。
• 在Windows系统中，打开cmd窗口中，输入ipconfig命令，可以显示你设备的IP地址(IPv4或IPv6地址旁边的行)。

2.2 端口号

端口号用于描述某个具体的应用程序。区分一个主机上不同的程序。端口号也是一个整数，2个字节，相对较小的数字。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。

同一个主机上两个不同的进程(跑起来的应用程序)，不能绑定同一个端口号。即一个端口号只能被一个程序绑定，但一个进程可以绑定多个端口号。

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)。在实际的通信过程中，IP和端口往往是"一对"。

2.3 网络协议

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。

所谓的协议，就是通信双方进行的一种约定，发送方约好了我发的数据是啥样的，接收方按照这个固定的格式来进行解析。

协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式。

为什么需要协议？就好比见网友，彼此协商胸口插支玫瑰花见面，这就是一种提前的约定，也可以称之为协议。

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；

知名协议的默认端口

系统端口号范围为 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 为知名端口号(0 一般不使用)，这些端口预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：

3. 五元组

五元组在网络通信中的作用，类似于发送快递：

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

如果需要过滤（一般是通过端口号或进程PID过滤），可以使用 netstat -ano | findstr 过滤字符串

4. 协议分层

网络协议整体的规模很大，整体实现就很复杂，更好的解决方式就是把一个大的复杂的协议，拆成多个小的更简单的协议，每个协议负责一部分工作(负责一部分功能，化繁为简)。

但某些小协议之间，起到的功能和作用是类似，针对这些按照协议的功能/作用，再进行"分类"("分层")。这就好比代码拆分出很多类，有些类功能差不多，就可以放到同一个包里。构成了“协议栈”

分类并约定了不同层次之间的调用关系："上层协议，调用下层协议"，"下层协议，给上层协议提供支持"。

协议分层优点：

1. 每层协议不需要理解其它层协议的细节，降低了学习和维护成本（更好的做到了封装）
2. 把对应层的协议替换成其他协议不会对整体产生影响（更好的解耦合）

当前互联网世界，协议分层有两种风格：OSI 七层网络模型(没有被实现)，TCP/IP 五层（或四层）网络模型。

4.1 OSI 七层网络模型

OSI 七层模型既复杂又不实用，存在于教科书中，并没有被实现出来。

4.2 TCP/IP 五层（或四层）网络模型

TCP/IP 是 OSI 简化的实现方式。其中物理层是属于纯硬件层的，与程序员关系不大，所以也可以认为是 TCP/IP 是四层网络模型。

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。

简单版本理解：

• 应用层：应用程序相关的，描述了传输的数据，用户要怎么使用等。
• 传输层：只关注数据传输起点和终点，不关注过程，端到端之间的传输。
• 网络层：主要负责数据传输路径的选择，走哪条路划算。路径规划
• 数据链层：主要负责相邻两个节点（主机、路由器等设备）之间，具体是怎么传输的。比如是通过网线、光纤、还是wifi等方式。
• 物理层：约定网络通信中基础硬件设备是什么样的规格的。比如像通信使用的网线，网口等设备是什么样的规格的。

TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。即上层协议要调用下层协议，下层协议给上层协议提供服务。越往下的，越接近硬件设备越往上，就越接近用户。

详细版本解读：

4.3 网络设备所在分层(经典笔试题)

• 对于一台主机，它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，也即是TCP/IP五层模型的下四层；整个一台主机，五层都会涉及到。
• 对于一台路由器，它实现了从网络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层；
• 对于一台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；
• 对于集线器，它只实现了物理层；

交换机的作用，是针对路由器的端口进行扩展。路由器上的端口可能是有限。

集线器的作用，是在物理层，把网线一分为二。两条线是冲突的，同一时刻只能一个方向传输数据。(不常用)

注意这里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）。

随着现在网络设备技术的不断发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。以下说的网络设备都是传统意义上的交换机和路由器。

5. 网络数据传输的基本流程

站在协议分层的背景下来理解。以QQ为例，用户A给用户B发送一个hello。

此处网络数据传输的单位我们都以报来命名，不做区分。

5.1 发送方的工作(封装)

用户A在输入框中输入hello字符串，qq应用程序就把 字符串，给构造成一个 应用层数据报。

这里我们不清楚qq的 应用层协议具体的数据格式，每个应用程序都不一定一样(自定义的)，

应用层协议，往往是根据具体的场景，具体的需要，由程序员自主决定的。

假设应用层协议的格式为：发送方qq号；发送时间；接收方qq号；消息内容

所谓的"应用层数据报"本质上就是一个遵守了约定格式的字符串(字符串拼接)。程序要调用操作系统的api，把这个应用层数据，交给传输层。

进入系统内核了，在传输层中要把上述应用层数据，构造成 传输层的数据报。

传输层使用到最知名的协议UDP或TCP。此处以UDP协议为例，就需要构造出 UDP数据报（在应用层数据基础上，加个UDP报头，“字符串拼接”）

所谓的"报头"就是一个"标签"，通过标签表示当前要把这个消息怎样进行传输。 传输层的协议报头包含了源端口和目的端口。

UDP报头是一个特定格式的字符串(二进制数据)，此处就像字符串拼接一样，把报头和后面的数据（载荷(payload)）拼到一起。

UDP数据报 = UDP报头 + 数据载荷(Payload，也就是完整的应用层数据)

然后传输层就把这个UDP数据报，交给网络层。

传输层使用到最知名的协议IР协议。基于上述数据，打包成一个 IP数据报。

IP报头也是一个字符串，包含了另外一组信息(最核心的信息， 源IP和目的IP)

然后网络层数据报准备好，还需要进一步的交给数据链路层。

数据链路层最知名的协议，叫做"以太网”，基于上述数据，还要打包成一个 "以太网数据帧"

以太网帧头中包含最重要的信息是，源mac地址和目的mac地址

mac地址，也是用来描述一个设备在网络上的地址的，主要关心的是两个相邻节点的数据传输。

然后数据链路层以太网数据帧准备好，继续往下传输，交给物理层。

把上述数据，转换成二进制的数据(一串0101)，通过电信号/光信号进行传输，此时就真正的把数据给发送出去了。

上述过程，从应用层到物理层，层层加码。这个过程称为"封装”(这个封装不是面向对象的封装)

数据发送出去之后，就会经过一系列的交换机和路由器进行转发，A和B一般来说不是直接网线连接的，中间还要经过很多的交换机/路由器设备进行转发。

当数据到达B这边之后，B就要针对上述数据进行"分用"(针对上述数据报进行层层的解析)。

5.2 接收方的工作(分用)

此处只考虑B的接收（省略中间的转发过程）

物理层

网卡接收到的是光信号和电信号，是在物理层。

把这个光电信号转换回二进制的数据。转换回的这个数据，其实是一个以太网数据帧。把这个数据交给数据链路层中解析。

数据链路层以太网协议对这个数据进行解析，去掉帧头和帧尾，取出载荷（IP数据报），交给上层网络层。

以太网数据帧帧头里有记录，这个载荷是不是一个IP数据报。

网络层（IP协议）对这个数据进行解析，解析出IP报头，取出载荷（UDP数据报），交给上层传输层。

IP报头里会记录，载荷是UDP还是 TCP协议的数据报。

传输层（UDP协议）再对这个数据进行解析，解析出UDP报头，取出载荷（应用层数据报），交给上层对应的应用层程序。

UDP报头里有一个重要的字段"目的端口”，目的端口是一个具体的应用程序关联在一起的，因此就可以根据这个端口把数据交给应用程序。

应用层qq应用程序，就会针对应用层协议也进行解析，显示到界面上。

上述从下到上层层解析，这个过程称为"分用"。

---

好啦Y(^o^)Y，本节内容到此就结束了。下一篇内容一定会火速更新！！！

后续还会持续更新网络通信方面的内容，还请大家多多关注本博主，第一时间获取新鲜的知识。

如果觉得文章不错，还请一键三连哟！