本文旨在帮助初学者建立起计算机网络的基础认知，从网络的发展背景到网络协议的分层模型，再到IP与MAC地址的基本概念，全面覆盖第一阶段学习重点。
📌 本节重点
- 了解计算机网络的发展背景，掌握局域网（LAN）与广域网（WAN）的基本概念；
- 初识网络协议及其重要意义，理解 TCP/IP 五层模型；
- 理解网络传输的基本流程，掌握封装与分用的机制；
- 认识 IP 地址与 MAC 地址的作用与区别。
🌐 一、计算机网络发展背景
1.1 从独立到互联
- 独立模式：早期的计算机相互独立，无法通信；
- 网络互联：多台计算机通过网络连接，实现数据共享与协作。
1.2 局域网（LAN）与广域网（WAN）
- 局域网（LAN）：通常用于学校、公司内部，通过交换机或路由器实现互联；
- 广域网（WAN）：连接地理上相隔甚远的主机，如互联网本身；
- 实际上，“局域”和“广域”的划分是相对的。例如，中国的“局域网”可以看作某种程度上的“广域网”。
📡 二、网络协议初识
2.1 什么是“协议”？
“协议”就是通信时大家要遵守的规则和格式，就像人类语言中的语法。
✍️ 举例：
计算机通过光信号和电信号传递 0 和 1，为了表达复杂数据，就必须约定好通信双方的数据格式，这种“约定”就是协议。
2.2 为什么需要统一协议？
- 各厂商设备、操作系统各异；
- 为了实现不同设备之间的兼容通信，需要统一标准，这就是网络协议的重要性。
🧱 三、网络协议分层模型
3.1 为什么要“分层”？
通过“分层”的方式，复杂问题被拆分成多个层级，每层负责不同功能，具有模块化、可替换、可维护性强等优点。
3.2 OSI七层模型（理论模型）
| 层级 | 名称 | 功能概述 |
|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 为应用软件提供网络服务 |
| 6 | 表示层 | 数据格式转换、加密、解密 |
| 5 | 会话层 | 管理会话连接 |
| 4 | 传输层 | 确保可靠的数据传输（如TCP） |
| 3 | 网络层 | IP地址、路由选择 |
| 2 | 数据链路层 | 数据帧传输、MAC地址识别 |
| 1 | 物理层 | 信号传输，如电缆、网卡 |
⚠️ OSI模型理论完整，但在实践中使用较少。我们更常用 TCP/IP 模型。
3.3 TCP/IP 五层模型（实用模型）
| 层级 | 名称 | 功能简述 | 示例设备 |
|---|---|---|---|
| 5 | 应用层 | 提供服务如 HTTP/FTP/SMTP | 浏览器、客户端 |
| 4 | 传输层 | TCP/UDP 协议，负责端到端通信 | |
| 3 | 网络层 | IP协议，提供寻址与路由 | 路由器 |
| 2 | 数据链路层 | MAC地址识别、差错检测 | 交换机 |
| 1 | 物理层 | 物理媒介传输，如网线、电磁波 | 集线器(Hub) |
很多文献中将物理层不单独划分，称为 TCP/IP 四层模型。
🚀 四、网络传输基本流程
4.1 数据传输路径
- 同一网段：两台主机通过交换机互联；
- 跨网段：数据经过路由器转发到其他网段的主机。
4.2 封装与分用
网络通信中，每层协议为上层数据添加自己的首部信息（Header），这一过程称为封装。目标主机收到数据后，各层依次去除首部并交给上层处理，这叫分用。
🔍 数据命名对照：
| 协议层 | 数据单位名称 |
|---|---|
| 应用层 | 数据（Data） |
| 传输层 | 段（Segment） |
| 网络层 | 数据报（Datagram） |
| 数据链路层 | 帧（Frame） |
| 物理层 | 比特流（Bits） |
📬 五、网络地址管理
5.1 IP地址（逻辑地址）
- IPv4地址是 32 位的数字，通常用“点分十进制”表示，例如：
192.168.1.1； - 每台主机在网络中都拥有唯一的IP地址；
- IPv6（128位）是未来趋势，但目前课程主要讲IPv4。
5.2 MAC地址（物理地址）
- 由网卡厂商分配，全球唯一；
- 通常格式如：
08:00:27:03:fb:19； - MAC地址工作于数据链路层，识别网络节点；
- 一些虚拟机或设备支持用户修改MAC地址（可能引发冲突）。
📖 参考链接
- TCP/IP四层模型与OSI七层模型
📌 总结
本文通过对网络基本概念、协议分层模型、数据传输流程和地址体系的介绍，帮助你构建计算机网络的初步认知结构。建议在今后的学习中深入理解每一层协议的作用，并动手搭建简单网络或编写应用层程序来巩固知识。
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