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一、前言
本章为大家带来网络基础（上）的学习，会为大家介绍网络发展背景, 局域网/广域网的概念，网络协议的意义，TCP/IP五层结构模型以学习网络传输的基本流程, 封装和分用。希望小伙伴能够从中有所收获！！！
二、正文
1.计算机网络背景
1.1 网络发展
独立模式: 计算机之间相互独立;
网络互联: 多台计算机连接在一起, 完成数据共享;
局域网LAN: 计算机数量更多了, 通过交换机和路由器连接在一起;
广域网WAN: 将远隔千里的计算机都连在一起;
所谓 "局域网" 和 "广域网" 只是一个相对的概念. 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.
1.2 认识协议
"协议" 是一种约定.
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;
2. 网络协议初识
2.1 协议分层
在这个例子中, 我们的协议只有两层; 但是实际的网络通信会更加复杂, 需要分更多的层次. 分层最大的好处在于 "封装"
2.2 OSI七层模型
● OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型， 是一个逻辑上的定义和规范;
● 把网络从逻辑上分为了7层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机; ● ● OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输;
● 它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整. 通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯;
● 但是, 它既复杂又不实用; 所以我们按照TCP/IP四层模型来讲解.
2.3 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.
注: 数据层和数据链路层可以帮助我们把数据讲给下一跳，网络层则决定了我们跳的方向，而传输层则将传输过来的数据可靠的传给应用层。
物理层我们考虑的比较少. 因此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;
但是并不绝对. 很多交换机也实现了网络层的转发; 很多路由器也实现了部分传输层的内容(比如端口转发);
注：协议为什么要分层？一个原因我们面对的工程规模太大，需要进行分层来实现；另一个原因不同层面临的问题是不一样的，因而需要分层，于此同时通过分层还能够实现高内聚低耦合的效果，使我们能好的维护代码。
3. 网络传输基本流程
3.1 网络传输流程图
同一个网段内的两台主机进行文件传输
网络传输的过程是一层层往下或往上进行传递，在日常生活中，我们向另一个人打电话交流，表面上是我说了一句话，对面就立马接受到了我说的话，并进行回话，即看似是同层的直接交流，但实际上是我这边先需要从应用层一直传递到底层，通过我的底层与对方底层进行交流，再由对方的底层向上逐层传递到对方的应用层，从而实现双方的网络传输。
跨网段的主机的文件传输. 数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器.
上面的网络传输只依靠以太网就可以了，为什么下面还要引入一个路由器呢？这是因为当我们在局域网通信的时候，我和通信方同是以太网，因此可以不需要转换协议就通信，但是一旦我们跨局域网通信，有可能两个局域网用的是不同的协议，我用的是以太网，而对方用的是令牌环协议，那么这之间就需要一个转换，于是就有了路由器，帮助我们在网络层进行协议的转换，这样就能够实现跨不同协议的传输。
同时我们也发现了分层的好处，虽然通信双方的链路层使用的协议并不相同，但是在网络层方面却依旧能正常的通信，并不关心下层的协议是否一样，实现了层与层之间的解耦。
3.2 数据包封装与分用
● 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).
● 应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装 (Encapsulation).
● 首部信息中包含了一些类似于首部有多长, 载荷(payload)有多长, 上层协议是什么等信息.
● 数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部, 根据首部中的 "上层协议 字段" 将数据交给对应的上层协议处理
下图为数据封装的过程
下图为数据分用的过程
上述，设计到的数据包的封装，解包与分用。当上层向下层传递信息时，需要将上层的信息即有效载荷加上上层的报头，构成一个报文交给下层，这就是数据包的封装。当数据包传递到对方的下层时，需要传递给上层时，就需要解包，将报文中该层的报头剥离掉交给上层。而分用则是因为每一层的协议都有很多种，下层交给上层需要知道将报文中的有效载荷交给上层的哪一个协议。因此，通信的过程，本质就是不断的封装和解包的过程！！！
注：
1. 几乎任何层的协议，都要提供一种能力，将报头和有效载荷分离的能力
2. 几乎任何层的协议，都要在报头中提供，将自己的有效载荷交付给上层的那一个协议的能力——分用
4. 网络中的地址管理
4.1 认识IP地址
IP协议有两个版本, IPv4和IPv6，下面提到IP协议, 没有特殊说明的, 默认都是指IPv4
● 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;
4.2 认识MAC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).
注: 到这里位置，我们就能够回答两个问题了：
1. IP地址和MAC地址是什么：IP地址（IPV4），就是类似192.168.1.1，是由4字节，32个比特位组成的一个地址，而MAC地址一般长度为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，如08:00:27:03:fb:19
2. IP地址和MAC地址有什么区别：我们以唐僧西天取经取经，我们经常听到他说这样一句话：贫僧从东土大唐而来，向西天取经，这里的东土大唐和西天分别是两个地址，无论唐僧是到了女儿国，还是乌鸡国，这两个地址是永远不变的，那么取经过程变的是什么呢，就是唐僧一行人问路的时候可能会问我们从车迟国而来，要去西天的话，下一站要往哪里走，那么就会得到陈家庄的回答，而车迟国，和陈家庄分别表征着师徒四人的当前站和下一站，这是会随着行途不断变化的。所以说回来IP地址就像东土大唐和西天这两个地址，在网络传输的过程中是始终不变的，而MAC地址就像当前站和下一站，是会改变的，当我们出局域网的后，就会被丢弃，由路由器重新封装新的MAC地址，而IP地址则会协助路由器进行MAC地址的选择
三、结语
到此为止，本文关于网络基础（上）的内容到此结束了，如有不足之处，欢迎小伙伴们指出呀！
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