初识网络，网络协议

网络，我的理解顾名思义就是通过一个网进行联络。然而我们也都知道，这个网可并不是我们能够实实在在摸到看到的一张网。这只是一种形象化的称呼。正如我们所见，我们的每一台计算机与计算机之间是相互独立的，这就是独立模式。虽然计算机之间相互独立，但是多台计算机可以通过网络连接在一起完成数据的共享，这就是网络互联。
我们还听到一些什么局域网（LAN），广域网（WAN）。所谓的局域网，就是一个区域，该区域中有更多的计算机，他们之间会通过交换机和路由器连接在一起。

局域网内所有主机交互的信息都是可以被监听的，局域网内两台主机是可以直接通信的，在局域网内的数据发生干扰叫做局域网内的数据发生碰撞，对应的区域就叫做碰撞域，而我们的交换机就可以划分局域网减少碰撞。
而广域网中通过路由器将若干局域网连接在一起，可以将远隔千里的计算机都能够连接在一起。

局域网和广域网只是一个相对的概念，比如我们国家的网络也可以看做一个大的局域网。

下面我们来认识一下协议
协议其实就是事先的一种约定。就像我们生活中经常听到有人说，“我跟谁谁谁事先约定好了几点在哪儿见面”，“谁跟谁之间达成了某种协议”，诸如此类的情况。而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，要想传递各种各样的不同的信息，就要约定好双方的数据格式。
网络协议：

现实生活中我们知道有很多的厂商都会生产计算机，同样的计算机的操作系统和网络硬件设备也有很多，而且都不完全相同，那么我们如何让这些不同的生产厂商生产的计算机能够互相实现通信，这个时候就需要一个约定，而且我们都来遵守这个约定。这就是网络协议。

网络中的协议通常是层状的，层与层之间只有数据和接口的交互。

1、举个例子：两个人打电话。人通过设备层的接口调用设备。
2、情况1：两个讲汉语的人都使用电话机打电话。
3、情况2：两个讲汉语的人都使用手机打电话。
4、情况3：两个讲英语的人都使用电话机打电话。
5、分析：情况1若要转变为情况2，只需要更换设备即可（电话机换成手机）情况1要想转变为情况3，只需要改变语言层即可（讲汉语的变为讲英语）。
6、通过分析我们可以发现，层与层之间并没有很强的关联性，随意更换，或者说某一层出现问题是不会影响另外的层的。

这里我们的例子中只有两层，但是实际的网络通信要比这复杂的多，需要分更多的层。分层的最大的好处就在于“封装”。
这里我们先来了解一下OSI七层模型

层	分层名称	功能
7	应用层	针对特定应用的协议
6	表示层	设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换
5	会话层	通信管理，负责建立和断开通信连接。管理传输层以下的层
4	传输层	管理两个节点之间的数据传输，负责可靠传输
3	网络层	地址管理与路由选择
2	数据链路层	互联设备之间传送和识别数据帧
1	物理层	以“0”，“1”代表电压的高低，灯光的闪灭，界定连接器和网线的规格

1、OSI（Open System Interconnection,开放系统互联）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。
2、把网络从逻辑上分为7层，每一层都有相关联的物理设备。比如路由器，交换机
3、是一种框架性的设计方法，其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输。
4、最大的优点就是将服务，接口和协议这3个概念明确的区分开来，概念清楚，理论也比较完整，通过7 个层次化的结构模型是不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯
5、但是，他既复杂又不实用，所以我们接着来认识一下TCP/IP四层模型

TCP/IP五层（或者说四层）模型
TCP/IP是一组协议的代名词，他还包括许多其他的协议，组成了TCP/IP协议簇。
TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫他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），早期以太网采用的同轴电缆，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（放大信号）就工作在物理层。
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做新帧的开始），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（解决碰撞）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（完成数据包的转发）工作在网络层。
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：负责应用程序间的沟通，如简单电子邮件传输（SMPT），文件传输协议（FTP），网络远程访问协议（Telent）等。

由于物理层我们一般考虑的比较少，因此很多时候也称为TCP/IP四层模型。
一般而言：

1、对于一台主机，他的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容。
2、对于一台路由器，他实现了从网络层到物理层。
3、对于一台交换机，他实现了从数据链路层到物理层。
4、对于集线器，他只实现了物理层

但是这些也不是绝对的，很多交换机也会实现网络层的转发，很多路由器也实现了部分传输层的内容（比如端口转发）。
网络传输基本流程
同一网段内两台计算机通过TCP/IP协议通讯传输文件的过程：

数据总是自顶向下封装，每到一层，就会被加上相应层的报头，自底向上解报，每到一层就会解除相应的报头。（报头中必定包含着有效载荷：表示这将信息交付到上一层的谁（自底向上的交付时一对多的）。）

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。

IP层，也就是网络层是整个网络的基础。
IP地址：源地址和目标地址（一直保持不变）
mac地址：仅在局域网内有效（一直在变）
数据包封装和分用：

1、不同的协议层对数据包邮不同的称谓，在传输层叫做段，在网络层叫做数据报，在链路层叫做帧。
2、应用层数据通过协议栈发到网络上是，每层协议都要加上一个数据首部，称为封装。
3、首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷有多长，上层协议是什么等信息
4、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在剥掉相应的首部，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。（也就是前面提到的解包）

下图为数据封装的过程：

下图为数据分用的过程：