深度剖析网络传输？大量图解带你快速理解原理！

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* 网络的发展历史

网络的发展历史：单机时代 -> 局域网时代 -> 广域网时代 -> 移动互联网时代。

1. 局域网和广域网

1.1 局域网

局域网：几台电脑连到一个路由器。

【图示】LAN和WAN

WAN：用来连上级路由器。
LAN：要想让多台电脑在同一个局域网上网，需连接到LAN口。
交换机：已在图中有注解。

1.2 广域网

广域网：将许多局域网连到一起。

【图示】局域网与广域网

2. 网络通信基础

网络通信(网络数据传输)，更具体点，是网络主机中的不同进程间基于网络传输数据。

2.1 IP地址(定位网络主机)

生活中，快递单上有收货地址，也有填写发货地址；网络中也是如此，电脑之间进行数据交互时，需要知道数据的发送地和接收地，这就是所谓的IP地址。

IP地址：描述了一个设备在网络中的地址，是一个32位(4字节)二进制数字。分为源IP和目的IP。

IP地址的格式：点分十进制。将这个数字拆成4个0-255的十进制数字，并用3个点进行分隔。比如125.4.26.2。

2.2 端口号(识别具体进程)

生活中，快递单上还有收货人和发货人的电话；网络中，当数据通过IP地址发送到我们的电脑上后，具体该把这个数据给哪个应用程序呢？是给QQ，微信，还是优快云？这就需要端口号来区分发给哪个应用程序。

端口号：区分主机中不同的应用程序，是一个16位(2字节)的二进制数字，0-65535。分为源端口和目的端口。

端口号的使用：

0一般不使用。
1-1023这个范围的端口号为知名端口号，系统留做特殊用途，程序员写的程序不应占用。
知名端口号是留给比较常见的服务器程序进行使用的，22 -> ssh，80 -> http，443 -> https，23 -> telnet。

不同的程序可以绑定(关联)到不同的端口号。同一个主机上的应用程序不能绑定到同一个端口号。(一个端口号只能被绑定一个程序，一个程序可以绑定多个端口，因为端口号是用来区分具体应用程序)

【注】IP地址和端口号一般是成对的。

2.3 协议(约定通信方式)

生活中，比如见网友，就会提前约定好在哪里见面，这就是协议。网络中，也要规定数据按哪种方式进行数据传输。

协议：又称为网络协议，是一种约定，约定通信双方按照何种方式传递数据。网络上本质是通过光/点信号来传输数据（低电平(电压)表示1，高电平表示0 -> 二进制数据；高频光信号表示1，低频光信号表示0 -> 二进制数据）。

学习网络很多都是在学习协议，等后期学WebSocket也会有协议。

2.4 五元组(通信的必要信息)

一次通信过程中必不可少的信息如下，

源IP：发货地址
源端口：发货人
目的IP：收货地址
目的端口：收货人
协议类型：用什么快递

2.5 协议分层

我们写代码如果越写越多，越杂，往往需要把代码拆分成多个部分，比如，类，接口。网络中，网络通信太复杂，就拆分出许多小协议，而小协议太多导致不好管理，就需要对协议分层。

协议分层：按协议的作用分类，并约定了不同层次之间的“调用关系”，即上层协议调用下层协议，下层协议给上层协议提供支持。比如工作中，汇报工作也是禁忌跨级上报，会增加上级的管理任务，也会破坏管理秩序。
在这里插入图片描述

分层的作用：

分层后，上层和下层就进行了封装。使用上层协议不必过多关注下层，使用下层协议不必过多关注上层，大大降低了使用者的成本。比如使用电脑，只要会用即可，不用理解电脑底层。
每层协议都可以根据需要灵活替换。

2.6 TCP/IP五层网络模型(OSI七层网络模型) — 含笔试题

网络协议分层后，分为OSI七层网络协议和TCP/IP五层网络协议。OSI七层网络模型只出现在教科书中，实际用的是TCP/IP五层网络模型(是OSI七层模型的简化版本)，重点关注TCP/IP五层网络模型，每层的作用和效果。

在这里插入图片描述

【TCP/IP五层网络协议】

应用层：该层协议主要负责应用程序间的沟通。这是程序员需要关注的。比如网购了一个水果刀，只关注刀怎么用，切水果？切蛋糕？
传输层：该层协议主要关注起点和终点。比如网购时商家只关注发货人，发货地址，收货人，收货地址。
网络层：该层协议主要进行路径规划。比如网购时发货地址是上海，收货地址是西安。商家不需要关注路线，而快递公司需要规划走哪条路到西安。
数据链路层(网卡层)：该层协议主要描述两个相邻节点的数据传输方式。比如快递公司规划的路线是，上海 -> 武汉 -> 西安。我从上海到武汉用火车，武汉到西安用飞机。
物理层(硬件)：该层协议主要规定网络通信的硬件规格，如网线的光纤应该是什么规格。比如选火车运输，火车的两个轨道距离应该多宽等。

网上有些资料会说是TCP/IP四层网络协议，是因为把物理层删除了，考虑的角度不同，但不是错的。

【网络设备所在的分层】经典的笔试题

主机：实现了从传输层层到物理层。
路由器：实现了从网络层到物理层。
交换机：实现了从数据链路层到物理层。
集线器：只实现了物理层。(集线器很少见，它在物理层把网线一分为二，但同一时刻两根线是不能同时工作的)

注：实际上，路由器和交换机功能越来越强大，有些高端的交换机也有路由器的功能，此外，路由器和交换机可能还会支持在传输层和应用层工作。但考试是不要这么说！将理论和实践分开！

3. 封装和分用(数据传输流程)

接下来用qq消息的案例来讲网络传输原理。现在我们需要在QQ上发送给好友一个"hello"，

3.1 发送方(封装)

应用层：QQ应用程序将用户输入的hello打包成一个应用层的数据报(数据报的格式只有QQ的程序员才知道)。假设规定数据报格式为4个字段并用逗号分隔：源qq，目的qq，发送时间，发送内容。这个规定就是我们约定的应用层协议，具体用几个字段，用什么符号来分割都是能灵活调整的。
传输层：传输层协议典型的有TCP协议和UDP协议(这里以UDP为例)。UDP报头为二进制数据，含很多属性，最重要的是源端口和目的端口。
网络层：网络层协议主要有IP协议。IP报头含很多属性，最重要的是源IP和目的IP。
数据链路层：数据链路层协议主要有以太网协议。以太网报头中最重要的属性是源mac地址和目的mac地址。
物理层：将数据转成二进制，用光信号/电信号传给路由器或交换机。

【图示】
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