下面我來講解一些關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識沸版，這些知識有利于幫助我們今后學(xué)習(xí)TCP/IP協(xié)議相關(guān)知識打好基礎(chǔ)斗塘。
原文鏈接：博主小屋

誕生背景

首先從網(wǎng)絡(luò)的誕生背景講起蛔六。一開始計算機的運作是獨立存在的（獨立模式）塘揣，每個計算機有各自的業(yè)務(wù)弥激，用戶需要在不同的計算機上執(zhí)行特定的業(yè)務(wù)邏輯。用戶采用卡帶的方式將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機讓計算機進行運算释牺。之后出現(xiàn)了分時系統(tǒng)萝衩，分時系統(tǒng)具有“多終端，一主機 ”的特點没咙，由于分時系統(tǒng)CPU時間片輪轉(zhuǎn)的特性讓用戶有了“一人一機”的錯覺猩谊。70年代后計算機日漸小型化，慢慢的出現(xiàn)了多臺主機連接通信的技術(shù)祭刚，緊接著到80年代牌捷，互連多種計算機（包括超級計算機墙牌、PC等）的網(wǎng)絡(luò)誕生。90年代后提出“瘦身”和“多供應(yīng)商連接”的口號暗甥，電子郵件和萬維網(wǎng)技術(shù)取得長足的發(fā)展喜滨。如今的社會已然是互聯(lián)網(wǎng)的時代，甚至于一切皆“TCP/IP”連接淋袖。計算機在規(guī)模上從WAN（廣域網(wǎng)）到LAN（局域網(wǎng)）鸿市。

network1

協(xié)議

下面說一下協(xié)議相關(guān)的東西。
協(xié)議簡單來說就是通信事物之間進行溝通的規(guī)則即碗。由于計算機不具備人類的認(rèn)知能力焰情，所以要想實現(xiàn)計算機之間的通信，制定通信規(guī)則然后通信雙方共同遵守該規(guī)則是通信的前提剥懒。這里提一下分組交換協(xié)議内舟，后面要用到。分組交換是指將大數(shù)據(jù)切割成一個個包（Packet）進行傳輸?shù)姆椒ǔ蹰佟Ｗ⒁馇谐砂笠欢ㄒ诎霞由蠑?shù)據(jù)的源主機地址和目標(biāo)地址验游、分組序號這些信息，即報文首部保檐。注意一定要貼上這些東西耕蝉，不然你怎么把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，怎么讓數(shù)據(jù)在目標(biāo)地址那邊把大數(shù)據(jù)湊出來夜只？穿插了一下分組交換垒在，下面繼續(xù)前面剛剛提到的協(xié)議。協(xié)議開始是由各個廠家各自制定的扔亥，這樣的結(jié)果就是用戶只能使用同一個廠家的設(shè)備進行通信……后來ISO看不下去了场躯，就制定了OSI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（順便給出了OSI參考模型）。雖然ISO給出的OSI協(xié)議最后并不流行旅挤，但是它提出了這種思想踢关。今天TCP/IP協(xié)議正在一統(tǒng)天下。（注：TCP/IP不是ISO制定的粘茄，它是IETF制定的）

network2

既然說到了分組交換签舞，就把現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信方式分組交換說一下吧。在這之前先說一下更加悠久的電路交換技術(shù)柒瓣。先看一下下面這個圖：

network3

在電路交換技術(shù)中瘪菌，計算機先通過電路交換機連接，此外還有另外一批計算機也通過電路交換機連接嘹朗。如果計算機A與計算機F想要建立連接，怎么辦呢诵肛？A與F通過中間的電路連接在一起屹培。這樣的方式不用多想存在許多弊端：不能同時并發(fā)通信默穴，因為中間的電路每次只能給兩臺計算機通信用！于是人們想出了更加優(yōu)秀的分組交換技術(shù)褪秀，看上圖蓄诽，就是將左側(cè)的計算機需要發(fā)送的數(shù)據(jù)全部送到路由器里面切割成一個個的包（Packet）然后緩存在路由內(nèi)部，路由按照隊列的方式將這些包發(fā)送出去媒吗。這樣就解決了電路交換技術(shù)中的一些問題仑氛。但是它也有些毛病，比如當(dāng)路由緩存滿時可能溢出導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或者無法發(fā)送的情況闸英。

OSI參考模型

上面說到了ISO的OSI協(xié)議锯岖，后來它并沒有被大量采用，不過ISO的OSI參考模型卻成為今天網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模型甫何。讓我們來看看這個是什么東東出吹，為什么能影響力這么大？其實OSI參考模型就是將網(wǎng)絡(luò)通信本來復(fù)雜無厘頭的過程分成了7層（見下面）辙喂，每一層都有它們各自管理的事情捶牢，相同層次之間可以使用協(xié)議通信，而不同層次之間又可以通過接口來通信巍耗。這個分層是如此的美妙秋麸，比如在這個系統(tǒng)內(nèi)某一個層次發(fā)生更改或者拓展并不會影響到整個系統(tǒng)的特點，所以到今天它也一直在使用著炬太。不過它也有一些劣勢灸蟆，像過分分層導(dǎo)致有些功能實現(xiàn)邏輯不得不重復(fù)實現(xiàn)。

network4

下面我們一起來看看協(xié)議中7層各自的功能娄琉。博主以一個場景為例來介紹7層功能次乓，歡迎吐槽。以小明向小紅發(fā)送電子郵件為例孽水。小明寫好了一封郵件“早上好”票腰，填好了小紅的Email地址，然后點擊“發(fā)送 ”按鈕女气，應(yīng)用層就開始摩拳擦掌了杏慰。應(yīng)用層利用協(xié)議先在數(shù)據(jù)的前端附加一個首部（標(biāo)簽）信息，包括郵件內(nèi)容“早上好”和收件人小紅的信息炼鞠。這些信息會在小紅的應(yīng)用層中被分析保存缘滥，此外還存在異常處理。小明的應(yīng)用層把數(shù)據(jù)處理后傳到下面的表示層去谒主。為什么要有表示層捏朝扼？試想一下，小明的電腦他使用Outlook來發(fā)郵件霎肯，小紅的電腦使用網(wǎng)頁版來收文件擎颖，假設(shè)這兩個軟件的編碼格式不同榛斯，如果直接進行收發(fā)會出現(xiàn)怎樣的情況？當(dāng)然是亂碼咯搂捧。所以就要有表示層來解決這種情況驮俗，在發(fā)送方將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，然后在接收方將這些特定格式的數(shù)據(jù)再次解碼為本地的編碼格式允跑，這樣就沒有亂碼問題了王凑。注意表示層也會附加首部信息。好了聋丝，現(xiàn)在經(jīng)過兩層的處理索烹，數(shù)據(jù)傳到了會話層。這一層又是干嘛的呢潮针？一封郵件看不出來它的作用术荤，我就再舉例吧。小明發(fā)完“早上好”又發(fā)了一封“吃了沒”每篷，會話層的作用就是解決建立連接瓣戚，按照什么順序發(fā)送的問題的，但是它不發(fā)送焦读。比如說子库，建立一次連接發(fā)送“早上好”然后斷開，再建立一次連接發(fā)送“吃了沒”再斷開矗晃；或者建立一次連接同時發(fā)送“早上好”“吃了沒”仑嗅。確定怎么建立連接，怎么發(fā)送是這一層的問題张症，這是連接管理層仓技。接下來會話層會把數(shù)據(jù)繼續(xù)傳遞至下一層，傳輸層以下就是真正發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡胤搅怂姿Ｉ厦娴臄?shù)據(jù)傳到傳輸層脖捻，傳輸層就確定小明的主機與小紅的主機是否連接了，沒有連接就建立連接兆衅，通信完畢就斷開連接地沮。此外傳輸層會判斷數(shù)據(jù)是否完整地到達(dá)了小紅的主機，如果沒有就重新發(fā)一遍羡亩∧σ桑可以看出傳輸層具有保障數(shù)據(jù)可靠性的功能。經(jīng)過了傳輸層畏铆，我們的連接就建立了雷袋。然而它并不會真的把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，這就要下面的網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層來處理了辞居。網(wǎng)絡(luò)層是指從原地址到目標(biāo)地址數(shù)據(jù)通信的過程片排，是整個通信的過程寨腔。而數(shù)據(jù)鏈路層是指傳遞過程中的中轉(zhuǎn)站傳遞（見下面）。就好比小明的郵件要傳到一個個別的設(shè)備最終才能到達(dá)小紅的主機上率寡。

network5

最后一層是物理層，顧名思義倚搬，就是通過物理介質(zhì)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的層級冶共。這是通信的根本，沒有物理介質(zhì)通信不可能實現(xiàn)每界。在這一層里數(shù)據(jù)從0,1轉(zhuǎn)換為電壓或者脈沖光傳遞捅僵，通過MAC地址來實現(xiàn)傳遞。

經(jīng)過這么漫長的步驟眨层，小明終于把數(shù)據(jù)發(fā)送了出去庙楚。那么小紅是怎么接收數(shù)據(jù)的呢？其實就是上面過程倒敘一遍啦趴樱。小紅的主機從物理層開始不斷將小明發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行反向解碼馒闷，從而一層層剝離最終得到想要的數(shù)據(jù)。關(guān)于OSI參考模型需要在今后的學(xué)習(xí)中不斷更新理解叁征，這里可能存在偏差纳账。

傳輸方式

上面列舉了小明和小紅的通信過程，我們稱之為面向有連接型連接捺疼，因為雙方都建立了連接后才進行的通信疏虫。此外還有面向無連接型通信，UDP大家都知道吧啤呼，發(fā)送方就是一個勁地發(fā)卧秘，不管別人是否接收。這種方式有什么好處呢翅敌？它可以讓處理變得簡單，你發(fā)就行醇锚，我接收就行哼御，不用去執(zhí)行建立通信那一套東西。
其實上面的兩種傳輸方式是一種分類焊唬，此外還有根據(jù)接收端數(shù)量來分類的方式恋昼，分為單播、廣播赶促、多播和任播*液肌。這不難理解（見下圖）

network6

注意：多播和任播的客戶端全體擁有同一個地址。

地址

說了這么多終于說到地址了鸥滨。上面的通信過程必須有地址才能實現(xiàn)嗦哆。地址具有兩個重要的特性：唯一性和層次性谤祖。唯一性不多說了，在同一個通信網(wǎng)絡(luò)中地址必須唯一指定老速，不然怎么通信……說說層次性粥喜，層次性是指地址中能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位的能力。比如從一個電話號碼可以看出用戶的國家橘券、省市额湘、區(qū)名。IP地址由于其擁有網(wǎng)絡(luò)號和主機號而擁有層次性旁舰。兩個相同網(wǎng)絡(luò)號的IP地址的主機的組織結(jié)構(gòu)锋华、提供商類型和地獄分布集中。而MAC地址不具有層次性箭窜。
下面說說尋址的問題毯焕。
網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的節(jié)點會根據(jù)分組數(shù)據(jù)的地址判斷是從哪個網(wǎng)卡發(fā)出來的，MAC尋址會參考地址轉(zhuǎn)發(fā)表磺樱，IP尋址會參考路由控制表纳猫，具體尋址參考下面這張圖，一目了然坊罢。

network7

網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要素

上面講了這么多续担，最后從宏觀上，從現(xiàn)實中來感知一下網(wǎng)絡(luò)的存在吧活孩。網(wǎng)絡(luò)的物理設(shè)備組成包括：網(wǎng)卡物遇、中繼器、網(wǎng)橋/2層交換機憾儒、路由/3層交換機询兴、4-7層交換機、網(wǎng)關(guān)還有電纜起趾。計算機通信是通過線纜來完成的诗舰，線纜的傳輸速率（又稱帶寬）指單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的多少。網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）有時也被稱為網(wǎng)絡(luò)適配器训裆、網(wǎng)卡眶根、LAN卡，是計算機連網(wǎng)的設(shè)備边琉，具有獨一無二的MAC地址属百。中繼器處于物理層，是對電纜信號進行波形調(diào)整和放大然后繼續(xù)傳輸?shù)脑O(shè)備变姨∽迦牛可以認(rèn)為集線器每個端口都是中繼器。網(wǎng)橋（又稱二層交換機）負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)鏈路層中的數(shù)據(jù)幀的重構(gòu)、錯誤數(shù)據(jù)幀丟棄和傳輸數(shù)據(jù)幀渔呵。（維基百科上解釋為> “橋接器將網(wǎng)絡(luò)的多個網(wǎng)段在數(shù)據(jù)鏈路層（OSI模型第2層）連接起來（即橋接）怒竿。”）
路由（又稱三層交換機） 處于網(wǎng)絡(luò)層扩氢，根據(jù)IP地址連接兩個網(wǎng)絡(luò)對分組報文進行轉(zhuǎn)發(fā)耕驰，此外還有網(wǎng)絡(luò)安全和分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的功能。網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)從傳輸層到應(yīng)用層的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備录豺∷Ｊ簦互聯(lián)網(wǎng)郵件與手機郵件之間的轉(zhuǎn)換服務(wù)」欤互聯(lián)網(wǎng)與手機之間設(shè)置了一道網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)讀取完各種不同的協(xié)議后示启，對它們逐一進行合理的轉(zhuǎn)換兢哭，再將相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。代理服務(wù)器也是網(wǎng)關(guān)的一種夫嗓，稱為應(yīng)用網(wǎng)關(guān)迟螺。個人對于中繼器、網(wǎng)橋舍咖、路由的理解就是數(shù)據(jù)傳輸從底層硬件逐漸往上層的管理設(shè)備矩父。

總結(jié)

本次就講這么多吧，容量已經(jīng)夠龐大了排霉，供本人吸收消化和讀者閱讀窍株，希望指出錯誤。