网络基本概念

一、IP 地址与端口号

1、IP地址

        IP地址⽤于定位主机的⽹络地址。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。它是一串由数字组成的标识（如 IPv4 的 “192.168.1.1”），用于唯一确定网络中一台主机的位置。

2、端口号

       端口号⽤于定位主机中的进程。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）。一台主机可能同时运行多个网络程序（如浏览器、聊天软件、游戏客户端等），端口号（范围通常为 0-65535）用于区分同一设备上不同的网络应用。

二、协议与协议分层

1、协议

（1）概念：

协议即网络协议，协议是指网络中设备通信时共同遵守的规则集合，包括数据格式、传输速率、错误处理等内容。

比如 TCP 协议确保数据可靠传输，UDP 协议则追求传输速度。

（2）作用：

       网络协议是网络通信的“语言规范”，可以统一数据格式等通信语法；规范传输步骤，保证了通信的有序性；支持分层协作从而简化技术实现。 

2、协议分层

（1）概念

协议分层将网络通信过程划分为多个层次，每个层次专注于特定功能，并通过接口与上下层交互。

（2）作用

类似于⾯向接⼝编程：定义好两层间的接⼝规范，让双⽅遵循这个规范来对接。

使用方：不关心提供方是如何实现的，只需要使⽤接⼝即可

提供方：利⽤封装的特性，隐藏了实现的细节，只需要开放接⼝即可

3、OSI七层模型 

如下图所示：

4、TCP/IP 五层模型

（1）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。应用层考虑的是东西拿到之后怎么使用。

（2）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。任意两个设备之间的通信，不考虑中间过程，只考虑起点和终点。

（3）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。与传输层不同的是，网络层需要考虑传输的中间过程。

（4）数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别，交换机（Switch）⼯作在数据链路层。考虑两个相邻的设备之间是如何通信的。

（5）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。

 5、网络设备所在分层

（1）主机：传输层——物理层；

（2）路由器：网络层——物理层；

（3）交换机：数据链路层——物理层；

（4）集线器：物理层；

6、TCP/IP通讯过程

三、封装与分用

1、封装

数据从上层传递到下层时，每层都会在数据前添加该层的协议头部（有时还会添加尾部）。

例如，应用层的数据传递到传输层时，TCP 协议会添加 TCP 头部；再到网络层，IP 协议添加 IP 头部；最后到数据链路层，添加 MAC 头部和尾部。经过封装的数据单元在不同层次有不同名称，如传输层的段、网络层的分组、数据链路层的帧。

封装过程如下图所示：

2、分用

       目标设备从底层开始，逐层剥离对应的协议头部，最终将原始数据传递到上层的应用程序。分用过程依赖各层头部中的信息（如端口号、IP 地址），确保数据被正确分发。 

分用过程如下：

四、客户端、服务端，请求与响应

1、客户端与服务端

客户端通常是发起通信请求的设备（如你的手机、电脑）

服务器则是提供服务的设备（如网页服务器、游戏服务器），它会等待并处理客户端的请求。

2、请求与响应

客户端向服务器发送的需求信息称为请求。

比如打开某个网页时，浏览器会向网页服务器发送 HTTP 请求。

服务器接收到请求后，会进行处理并返回相应的结果称为响应。

例如，网页服务器会将网页数据作为响应返回给浏览器，浏览器再将其渲染成我们看到的页面。

3、关系如图所示：

 

五、两台主机的网络通信流程​

了解了上述概念后，我们可以梳理一下两台主机（假设为 A 和 B）的完整通信流程：​

1、发起请求：主机 A 的应用程序（如浏览器）生成请求数据，明确要与主机 B 的某个服务（通过端口号指定，如 80 端口的 HTTP 服务）通信。

2、​数据封装：请求数据从应用层开始，逐层经过传输层（添加 TCP/UDP 头部，包含端口号）、网络层（添加 IP 头部，包含 A 和 B 的 IP 地址）、数据链路层（添加 MAC 头部和尾部），最终封装成帧。

3、​物理传输：封装好的帧通过物理介质（如网线、无线信号）传输，可能经过路由器、交换机等网络设备转发，每台设备根据 IP 地址和 MAC 地址确定转发路径。

4、​数据分用：主机 B 接收到帧后，从数据链路层开始逐层剥离头部，依次经过网络层、传输层，最终将请求数据传递到对应的应用程序（根据端口号匹配）。​

5、处理与响应：主机 B 的应用程序处理请求，生成响应数据，然后按照与请求相同的封装和传输过程，将响应发送回主机 A。​

6、完成通信：主机 A 接收到响应后，分用数据并由应用程序处理（如浏览器显示网页），一次通信结束。