目录

前言

一.计算机网络背景

二.局域网和广域网

三.网络协议

3.1产生的背景

3.2分层实现

四.OSI七层模型

4.1OSI七层模型的结构

4.2如何理解OSI七层模型

五.TCP/IP五层(或四层)模型

六.网络传输基本流程

7.网络中的地址管理

7.1IP地址

7.2MAC地址

7.3MAC地址和IP地址的区别和联系

总结

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前言

        网络在现代生活中已经成为人们生活中重要的一部分，在直观的认识上网络存在的意义就是可以将人与人之间联系起来，可以实现远程数据共享。那此时有好奇的小伙伴就会问了，网络是如何实现将数据共享呢？接下来在这篇文章中将为大家进行讲解，相信看完这篇文章，你对网络的的许多疑惑就能够解开了！

一.计算机网络背景

        网络是在计算机的基础上诞生的，在早期计算机没有网络的时候只能作为一种计算工具，如果多台计算机远程想共享数据的时候就无法实现，为了打破这种限制，网络在人们的努力下慢慢诞生了，因此网络的本质是将多台计算机连接在一起的一种工具。

二.局域网和广域网

        一般网络分为局域网和广域网，相信看到这里有小伙伴就会问了，什么是局域网？什么是广域网？为什么存在局域网和广域网？局域网和广域网有什么差别和联系？

不要着急，下面为大家一一解释：

         局域网就是将局部的计算机通过路由器连接在一起，局部可以理解为相对较小的范围内，例如家庭、学校、办公室等建立的网络，一般简称LAN。

        广域网是指跨越较大地理范围，连接不同地区或国家的计算机网络，一般简称WAN。

为什么存在局域网和广域网？

        是为了满足不同的通信需求，为用户提供更加优质的网络服务。同时，局域网和广域网之间也可以相互连接，形成更加复杂的网络结构，以满足不同的应用需求。

局域网和广域网有什么区别？

        范围：局域网通常覆盖相对较小的区域，如家庭、办公室或者校园等；而广域网则覆盖更大的范围，可能跨越城市、国家甚至是跨越整个地球。

        传输速度：局域网通常有更高的传输速度和更低的延迟，因为它们覆盖的范围更小，网络拓扑更简单，数据传输路径更短；而广域网则通常具有较低的传输速度和较高的延迟，因为它们的传输距离更远，网络拓扑更复杂。

        管理方式：局域网通常由一个组织或者个人负责管理，可以根据需要进行配置和维护；而广域网则通常由多个组织或者个人共同管理，需要遵守更多的网络规则和标准。

        安全性：局域网相对于广域网来说，更容易被保护和控制，因为它们的访问范围更小；而广域网则更容易受到攻击和入侵，因为它们的访问范围更广，安全隐患更多。

局域网和广域网有什么联系？

        互联互通：局域网和广域网可以通过网关、路由器等设备进行互联互通，实现不同区域内的计算机之间的通信和数据交换。

        数据共享：局域网和广域网之间可以通过文件共享、数据库共享等方式进行数据共享，提高数据的利用效率和共享程度。

         网络拓扑：局域网和广域网之间的网络拓扑可以相互连接，形成更加复杂的网络结构，以满足不同的应用需求。

        管理方式：局域网和广域网的管理方式也可以相互借鉴，局域网可以借鉴广域网的安全管理、网络监控等方面的经验，广域网可以借鉴局域网的灵活性、易维护性等方面的优点。

        看到这里相信关于局域网和广域网就有了一个整齐的认识，明白了什么是局域网和广域网以及它们存在的意义！

接下来，我们继续探索，在有网络之后，网络通信是如何具体实现的：

三.网络协议

3.1产生的背景

        其实网络通信本质上与人与人之间的通信有异曲同工之妙，人与人在面对面进行交流的时候通过声音带动空气震动，然后让另一个人进行信息识别，实现数据共享，计算机在通信的时候通过网络介质进行数据传输。网络通信在远程通信的时候就如同在两个人在相隔较远的地方进行信息传输与接受，相隔较远的时候就会出现许多外在的因素干扰，对比到计算机通信中也有相同的问题，所以为了解决这个问题，在计算机中引入了一个新的概念就是网络协议，本质就是在解决网络通信的时候出现的差异，减少通信成本。

3.2分层实现

         谈到分层实现，有小伙伴又会有疑问了，为什么要进行分层实现，如何分层实现？

        分层的原因是因为数据在计算机中传输的时候不是直接将数据传输到网络，再由网络传输到另一台主机中，而是在一台计算机内部就要经过多层传输，一般要经过应用层->表示层->会话层->传输层->网络层->数据链路层->物理层，最后通过物理层进行信息传输。将多层传输被称为是OSI七层模型。

四.OSI七层模型

4.1OSI七层模型的结构

如图所示：

4.2如何理解OSI七层模型

         相信许多小伙伴看到OSI七层模型心里一定会有疑问，实现网络通信为什么要经过七层传输呢？划分为七层传输本质上是因为实现数据共享的过程中会遇到下面这些问题：

1.如何把数据交给下一台主机

2.要有路径选择的能力

3.要有容错纠错的能力

4.解决应用方面的问题

        针对以上产生的四个问题，计算机内部在实现网络通信的时候划分了七层模型，每一层都要解决特定的问题。细心的小伙伴可能也发现了，这样的设计理念也符合计算机高内聚低耦合的思想，低耦合体现在划分七层模型实现软件和软件之间的解耦，高内聚体现在将功能比较集中，耦合度比较高的划分为一层。

五.TCP/IP五层(或四层)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.
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

物理层: 负责光/电信号的传递方式. 比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等. 集线器(Hub)工作在物理层.

数据链路层: 负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层.

网络层: 负责地址管理和路由选择. 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层.

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.

应用层: 负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等. 我们的网络编程主要就是针对应用层.

如何理解TCP/IP五层(或四层)模型？

下面通过一张图片展示与OSI七层模型的对比：

与OSI七层模型对比可以发现TCP/IP模型将应用层，表示层和会话层统一封装为一层，并且对与物理层一般关注比较少，所以很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型

一般而言
        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;
        对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层;
        对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层;
        对于集线器, 它只实现了物理层;

六.网络传输基本流程

        在上面了解了网络传输过程中的宏观结构和相关协议的概念，下面我们继续学习一下网络传输过程中具体是如何实现的，每一层数据的传输的时候都是如何实现的：

        前面了解到数据在网络中传输的时候需要解决出现的问题，而解决的方式是通过协议，在计算机中协议是通过报头的形式表现的，每一层都有自己的协议，相应的每一层都有自己的报头。

如何理解报头呢？

        举个生活中的例子，可以将报头理解为快递单，可能在生活中对于快递单并没有十分注意，但是仔细想想快递单中包含了快递的相关属性信息，保证了发送方和接受方能够准确传输，类比到计算机网络中数据传输是报文的形式进行传输的，而报文又包含报头和有效载荷，报头中在数据传输时的相关属性信息。

如下图所示，展示了数据在传输的时候，每一层之间的封装和分用：

 通过上面的方式就能实现数据在每一层准确的传输。

接下来介绍两个数据传输的相关概念：

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).

有效载荷：通常指的是在网络通信中传输的数据或信息，不包括协议头和其他控制信息

7.网络中的地址管理

网络中数据传输的时候是实现不同设备数据共享，那不同设备是如何标识的呢？

不同主机是通过地址进行标识的，一般地址分为两种，IP地址和MAC地址

7.1IP地址

IP协议有两个版本, IPv4和IPv6

IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址

对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;
我们通常也使用 "点分十进制" 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;

一般用于广域网；

7.2MAC地址

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;

长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址)

一般用于局域网

7.3MAC地址和IP地址的区别和联系

MAC地址是阶段性地址，IP地址是终极地址。

如何理解阶段性地址和终极地址呢？

举个生活中的一个例子，加入你要从上海出发到北京，阶段性地址是指从上海出发到达北京中间可能会经过许多的过程，比如从家里到飞机场等。阶段性地址是不断变化的，但是终极地址是不变的

总结

        通过上面的学习，可能有小伙伴看完之后会觉得里面好多的东西都不知道是什么意思，不要着急，这章只是介绍一个框架，让我们对网络有了一个宏观的认识，接下来我会继续更新在网络中如何实现编码完成数据传送的。

加油，你是最棒的！