發(fā)展過程：
單機 —> 局域網(wǎng) —> 廣域網(wǎng) —> 移動互聯(lián)網(wǎng)

局域網(wǎng) LAN

• 局域?，即 Local Area Network，簡稱 LAN。
• Local 即標(biāo)識了局域?是本地，局部組建的?種私有?絡(luò)。
• 局域?內(nèi)的主機之間能?便的進??絡(luò)通信，?稱為內(nèi)?；局域?和局域?之間在沒有連接的情況下，是?法通信的。局域?組建?絡(luò)的?式有很多種：

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• 把幾個電腦連接到一起，就構(gòu)成了局域網(wǎng)

• 但當(dāng)電腦多了之后，就不方便兩兩相連，就創(chuàng)造了“路由器”

  • 只要電腦都連在同一個路由器上面，就可以構(gòu)成局域網(wǎng)

[!quote] 調(diào)制解調(diào)器（貓）

• 不同種類的信號轉(zhuǎn)換
• 這個是寬帶普及之前，上網(wǎng)操作是通過“電話線”進行的，貓的作用是將電話線中的模擬新歡轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)中的“數(shù)字信號”
• “光貓”就是把光信號和電信號之間進行相互轉(zhuǎn)換（一般帶有路由功能）

• 因為路由器上面接口有限，當(dāng)機器多了之后，就插不下了，此時就引入了“交換機”，就解決了上述問題
  • 交換機就相當(dāng)與是對路由器的端口的擴展
  • 將計算機都插到交換機上面，然后交換機再連接路由器就行了
  • 此時這些電腦就相當(dāng)于都插到路由器上了，這些電腦就都早一個局域網(wǎng)中了
  • 局域網(wǎng)是有路由器負(fù)責(zé)的，本身與交換器沒有關(guān)系

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廣域網(wǎng) WAN

• ?域?，即 Wide Area Network，簡稱 WAN。
• 通過路由器，將多個局域?連接起來，在物理上組成很?范圍的?絡(luò)，就形成了?域?。?域?內(nèi)部的局域?都屬于其??。
• 現(xiàn)在見到的“萬維網(wǎng)”就是把全世界的設(shè)備都連接在一起的巨大廣域網(wǎng)
• “網(wǎng)游”就是電腦連接到了廣域網(wǎng)上，可以和全國甚至全世界的玩家一起進行對抗

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網(wǎng)絡(luò)中的重要概念

IP 地址

• IP 地址就是描述了一臺主機，在互聯(lián)網(wǎng)上所處的位置
• IP 地址是使用一個 32 位整數(shù)來表示的
• 使用“點分十進制”這樣的方式，來表示“IP 地址”
  • 將 32 位整數(shù)用三個點分成了四份，每份取值范圍 0~255（一個字節(jié)）
  • 使用點分十進制之后，更方便人閱讀
  • 

端口號

• 用來區(qū)分當(dāng)前主機上的指定的應(yīng)用程序（進程）
• 一個主機上，使用網(wǎng)絡(luò)的程序有很多個，可以通過端口號，區(qū)分當(dāng)前主機收到的數(shù)據(jù)是要交給哪個程序來處理使用
• 端口號同樣也是一個整數(shù)，是一個兩個字節(jié)的整數(shù)（0~65535）
  • 雖然是 0 ~65535 這樣的范圍，實際上 0~1023 這些端口都是有一些特定含義的
  • 咱們自己寫代碼使用的端口，一般都是用剩下的

[!quote] IP 地址和端口號
類似發(fā)送快遞時，不光需要指定收貨地址（IP地址），還需要指定收貨?（端?號）

認(rèn)識協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)中最核心的概念

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• 協(xié)議是進行一切通信的基礎(chǔ)
• 協(xié)議至少得有兩個主機，讓發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方能理解

• 比如，我雖然在重慶上學(xué)，但我是湖北人，如果周圍有人說重慶話，我有時候就聽不到。
• 這就屬于無效的通信

• 所以雙方需要按照同樣的規(guī)則來構(gòu)造/解析數(shù)據(jù)，否則就是無效的通信
• 協(xié)議就是在約束通信雙方，交互數(shù)據(jù)的“規(guī)則”，協(xié)議確定了，雙方就在一個頻道上了，才能進行有意義的通信

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所以，如何進行網(wǎng)絡(luò)通信的問題，就轉(zhuǎn)為了如何設(shè)計網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)：光信號（光纖，激光的光）/電信號（網(wǎng)線里的）/電磁波（WiFi、5G…）

• 無論是哪種信號，本質(zhì)上都是傳輸 0101 這樣的二進制
  • 光信號：可以用高低頻光代表 0/1
  • 電信號：可以用高低頻電代表 0/1
  • 電磁波：也是光，也可以通過頻率進行編碼
• 所以在通信時就需要約定好，傳輸?shù)倪@一大串 101010 都是啥意思
  • 這個就是"網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議“要完成的核心工作

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由于網(wǎng)絡(luò)通信，是一件非常復(fù)雜的事情，如果只使用一個協(xié)議，去約定所有的網(wǎng)絡(luò)通信細(xì)節(jié)，就會導(dǎo)致這個協(xié)議非常龐大，非常復(fù)雜

為了對抗這種復(fù)雜度，我們就進行“拆分”。將一個大的協(xié)議，拆分成多個小的協(xié)議，讓每個小的協(xié)議，專注于解決一個/一類問題，再讓這些協(xié)議相互配合

協(xié)議分層

是什么

• 但是，拆分之后，拆出來了很多協(xié)議，不方便組織
• 所以，將這些協(xié)議分層，把功能類似的協(xié)議放到一層，并且約定號，協(xié)議之間，不能隨意進行交互，只能是相鄰的層之間才能進行交互
  • 上層協(xié)議調(diào)用下層協(xié)議，下層協(xié)議給上層協(xié)議提供服務(wù)

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分層的好處：

1. 降低了使用的成本，使用某個協(xié)議的時候，不需要關(guān)注其他協(xié)議的實現(xiàn)細(xì)節(jié)
   • 打電話這個事情，不需要理解電話機的工作原理，只需要會說話即可
2. 降低整個體系的耦合性，可以靈活的變更某個協(xié)議
   • 可以經(jīng)漢語協(xié)議變?yōu)橛⒄Z協(xié)議，不妨礙打電話；可以經(jīng)無線電協(xié)議變?yōu)殡娫拝f(xié)議，也不妨礙打電話

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)體系的現(xiàn)狀就是“協(xié)議分層”的效果

OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型

這種劃分方式，只是存在于教科書里，并沒有被真正的采用

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TCP/IP 五層網(wǎng)絡(luò)模型（或四層）

當(dāng)前世界上最主流的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型
四層就是不散物理層，物理層和硬件相關(guān)，距離程序員非常遙遠(yuǎn)

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物理層

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• 物理層：描述的是硬件設(shè)備（網(wǎng)線這樣的設(shè)備）需要滿足什么樣的條件
  • 物理層就相當(dāng)與是“公路“、”鐵路”、“航線”

傳輸層

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• 傳輸層：主要就是關(guān)注網(wǎng)絡(luò)通信中的“起點和終點”，并不關(guān)心通信的中間細(xì)節(jié)

• 比如，你在網(wǎng)上買了個東西
• 下單的時候，需要填寫“收件人信息”
• 賣家給你發(fā)快遞的時候，也需要填寫“發(fā)件人信息”
• 最后賣家就把快遞給快遞小哥，快遞小哥最后將快遞送到你手上
• 在這個過程中，傳輸層就只關(guān)注發(fā)貨地和收貨地，并不關(guān)心快遞是如何到你手上的、如何運輸?shù)摹?/li>

網(wǎng)絡(luò)層

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• 網(wǎng)絡(luò)層：進行網(wǎng)絡(luò)通信的路徑規(guī)劃和地址管理
  • 網(wǎng)絡(luò)是很負(fù)責(zé)的結(jié)構(gòu)，從 A 到 B 中間有很多不同的路線，此時網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議就要進行“路徑規(guī)劃”，稱為“路由選擇”
  • 網(wǎng)絡(luò)上的這些設(shè)備他們的地址都是什么、怎么去描述、用什么樣的一套規(guī)則也是網(wǎng)絡(luò)層安排

• 比如快遞小哥攬收你的包裹之后，需要進行包裹運輸
• 就要規(guī)劃選擇一條合適的路徑將包裹送到你手中
• 合適的選擇不是絕對的，可能看路程、可能看速度、可能看成本…
• 使用地圖導(dǎo)航，也是類似于網(wǎng)絡(luò)層“路由選擇”的過程

數(shù)據(jù)鏈表層

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• 數(shù)據(jù)鏈路層：針對好上述規(guī)劃好的路徑，進行具體的實施

• 比如，你的包裹要從上海運往西安，選擇的路徑是：上海 —> 南京 —> 西安
• 上海 —> 南京：走水路，坐船
• 南京 —> 上海：走鐵路，火車
• 西安 —> 驛站：走公路，坐卡車
• 驛站 —> 收貨地：騎三輪
• 在這每兩個地點之間的交通選擇，都是數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)的

• 董事長（傳輸層） —> 制定一個公司的發(fā)展目標(biāo)（今年營業(yè)額要達(dá)到 xxx 小目標(biāo)）
• 高管（網(wǎng)絡(luò)層） —> 規(guī)劃一下，如何達(dá)到上述目標(biāo)，明確達(dá)到上述目標(biāo)，分成幾個步驟，先做什么再做什么。路徑規(guī)劃/路由選擇的過程
• 基層員工（數(shù)據(jù)鏈路層） —> 進行具體實施，第一步到第二步，第二步到第三步… 具體咋辦
• 辦公用到的基礎(chǔ)設(shè)施（物理層） —> 辦公室、工位、電腦、打印機、網(wǎng)絡(luò)…

這四層都是程序員干預(yù)不了的，操作系統(tǒng)/硬件設(shè)施已經(jīng)實現(xiàn)好了的

應(yīng)用層

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• 應(yīng)用層：程序員可以干預(yù)到的，可以決定這個應(yīng)用是用來干什么

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所在分層

• 對于?臺主機，它的操作系統(tǒng)內(nèi)核實現(xiàn)了從傳輸層到物理層的內(nèi)容，也即是 TCP/IP 五層模型的下四層；
• 對于?臺路由器，它實現(xiàn)了從?絡(luò)層到物理層，也即是 TCP/IP 五層模型的下三層；
• 對于?臺交換機，它實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)鏈路層到物理層，也即是 TCP/IP 五層模型的下兩層；
• 對于集線器，它只實現(xiàn)了物理層；
  這都是站在經(jīng)典的模型上討論的，筆試中遇到了相關(guān)的選擇/填空題，可以照著答

真實情況下，交換機也可能是工作在網(wǎng)絡(luò)層，甚至是傳輸層/應(yīng)用層
路由器也可能是工作在數(shù)據(jù)鏈路層，也可能是傳輸層，也可能是應(yīng)用層

封裝和分用

通過 QQ，發(fā)送一個 hello 給另一個人

[站在發(fā)送方視角]（封裝）

1. 用戶輸入框中輸入“hello”字符串，點擊“發(fā)送”按鈕
   • QQ 這樣的程序，就會把 hello 這個內(nèi)容從輸入框讀取到，構(gòu)成一個“應(yīng)用層數(shù)據(jù)包”
   • “應(yīng)用層數(shù)據(jù)包”是應(yīng)用層的協(xié)議，描述了這個數(shù)據(jù)包的構(gòu)造，此處的應(yīng)用層協(xié)議，往往是開發(fā) QQ 的程序員自行定義的

[!quote] 序列化/反序列化

• 將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù) —> 二進制字符串：序列化
• 將二進制字符串 —> 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：反序列化
• 進行網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，通常就需要把一個“結(jié)構(gòu)化”（C 的結(jié)構(gòu)體/Java 的類，包含很多屬性）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成一個“字符串”（二進制字符串，不需要非得在碼表上可以查到，任何的 01 序列都可以接在一起）

[!quote] 應(yīng)用層數(shù)據(jù)包

• 主要是做了一個“序列化”的工作，將傳入的信息整合成一個“字符串”
• “應(yīng)用層數(shù)據(jù)包”是應(yīng)用層的協(xié)議，描述了這個數(shù)據(jù)包的構(gòu)造，此處的應(yīng)用層協(xié)議，往往是開發(fā) QQ 的程序員自行定義的
• 如果是我來開發(fā) QQ，我可能會按照下列的方式定義這個應(yīng)用層數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)（定義方式有很多種）
  • 數(shù)據(jù)包格式：發(fā)送者的 QQ 號；接收者的 QQ 號；發(fā)送時間；消息正文\n
  • 數(shù)據(jù)包樣例：123456789；987654321；2024-01-14 23:50:10；hello\n

2. 應(yīng)用層數(shù)據(jù)包準(zhǔn)備就緒后，QQ 這樣的應(yīng)用程序，就會調(diào)用操作系統(tǒng)提供的 API（傳輸層給應(yīng)用層提供的 API）

   • 操作系統(tǒng)就會提供一個類似于“發(fā)送數(shù)據(jù)”這樣的 API，然后應(yīng)用程序就會把上述組織好的應(yīng)用層數(shù)據(jù)包作為參數(shù)傳進來，于是應(yīng)用層數(shù)據(jù)包就到了系統(tǒng)內(nèi)核里，就進入到傳輸層的代碼部分了
   • 此時，傳輸層這里，就會把上述的應(yīng)用層數(shù)據(jù)，再進一步封裝（字符串拼接）成一個傳輸層數(shù)據(jù)包
   • 由于傳輸層有多種協(xié)議（其中最重要的是兩個：TCP 和 UDP），這些協(xié)議給應(yīng)用層提供的 API 是不同的，看應(yīng)用程序種使用哪組 API 就使用哪個協(xié)議
     • 假設(shè)此處使用 UDP 協(xié)議，則會在剛剛整合的“字符串”前面加一個“UDP 報頭”，這串“字符串”叫“UDP 正文/載荷（payload）”
     • UDP報頭中就包含了一些 UDP 相關(guān)的信息，比如發(fā)送者的端口號和接受者的端口號
     • 拼上的這些信息，都是給后續(xù)的轉(zhuǎn)發(fā)打下基礎(chǔ)的，就類似于“貼標(biāo)簽”
     • 網(wǎng)絡(luò)中，有多層協(xié)議，每一層協(xié)議都要貼標(biāo)簽，每一層標(biāo)簽的側(cè)重點不同，貼上的標(biāo)簽中的信息也不一樣
       

3. 傳輸層構(gòu)造好數(shù)據(jù)之后，就會繼續(xù)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層提供給傳輸層的 API，把數(shù)據(jù)進一步交給網(wǎng)絡(luò)層

   • 由于傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層都是系統(tǒng)內(nèi)核里面實現(xiàn)好的，上述調(diào)用的過程，我們無需關(guān)心，也感知不到
   • 網(wǎng)絡(luò)層也有多種協(xié)議，其中最重要的就是 IPv4 協(xié)議（簡稱為 IP 協(xié)議）
     • IP 協(xié)議就會把上述拿到的傳輸層數(shù)據(jù)包構(gòu)造成網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包
     • IP 報頭中也會包含很多信息，主要信息為發(fā)送方的 IP 地址，接收方的 IP 地址

4. 網(wǎng)絡(luò)層繼續(xù)調(diào)用數(shù)據(jù)鏈路層的 API，把數(shù)據(jù)交給數(shù)據(jù)鏈路層處理

   • 數(shù)據(jù)鏈路層的常見協(xié)議是：以太網(wǎng)（平時插網(wǎng)線，進行上網(wǎng)的方式）
   • 在 IP 數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上，進一步進行包裝

[!quote] 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的基本單位

1. 數(shù)據(jù)包（packet）
2. 數(shù)據(jù)報（Datagram）
3. 數(shù)據(jù)段（segment）
4. 數(shù)據(jù)幀（frame）

這幾個術(shù)語嚴(yán)格來說是有區(qū)別的，但平時日常交流的時候，不會刻意區(qū)分

5. 上述得到的數(shù)據(jù)，需要進一步交給物理層（硬件設(shè)備）
   • 網(wǎng)卡就會針對上述的二進制數(shù)據(jù)，進行真正的傳輸操作
   • 就需要把上述 0101 這樣的序列轉(zhuǎn)為光信號/電信號/電磁波…

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[站在接收方視角]（分用）

1. 接收方物理層收到光電信號，把這樣的光電信號還原成 010101 這樣的二進制字符串

2. 物理層轉(zhuǎn)換回來的數(shù)據(jù)，交給數(shù)據(jù)鏈路層，以太網(wǎng)拿到這個數(shù)據(jù)包，就會對這個數(shù)據(jù)包進行解析

   • 拿出這里的報頭和載荷，根據(jù)報頭中的信息做一些處理
   • 這個數(shù)據(jù)包是要丟棄、還是轉(zhuǎn)發(fā)、還是自己保留，向上進行解析
     • 由于是站在接收方的視角，所以在這里這個數(shù)據(jù)包要交給上層協(xié)議，再做進一步解析
     • 所以這個數(shù)據(jù)包就會從數(shù)據(jù)鏈路層交給網(wǎng)絡(luò)層

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3. 網(wǎng)絡(luò)層拿到了上述解析好的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)層的 IP 協(xié)議也要對這個數(shù)據(jù)包進行解析
   • 取出 IP報頭和載荷
   • 根據(jù)報頭中的信息確認(rèn)，是丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)還是保留（給上層協(xié)議）
   • 由于是站在接收方的視角，所以在這里這個數(shù)據(jù)包要交給上層協(xié)議，再做進一步解析

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4. 傳輸層這邊，UDP 協(xié)議也要針對數(shù)據(jù)進行解析
   • 取出 UDP 報頭和載荷
   • 此處也需要把載荷里面的內(nèi)容，進一步交給應(yīng)用層協(xié)議
   • 依賴 UDP 報頭中的端口號，區(qū)分需要交給哪個應(yīng)用程序（端口號就是用來區(qū)分不同進程的）

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5. 數(shù)據(jù)就到了 QQ 這樣的應(yīng)用程序這里了
   • QQ 就要針對上述的數(shù)據(jù)進行“反序列化”
   • 再針對里面的數(shù)據(jù)進行進一步的邏輯
     1. 將收到的消息顯示到界面上
     2. 播放“滴滴滴”這樣的聲音，提醒收到信息
     3. 顯示彈窗，提示收到信息
     4. 更新未讀消息的列表（紅色的圓圈寫個數(shù)字）
     5. …

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• 此處接收方做的工作就是發(fā)送方工作的“逆向工作”
• 發(fā)送方的“封裝”，認(rèn)為是“打包快遞”
• 接收方的“分用”，認(rèn)為是“拆快遞“

一個電腦，會先連到交換機上，交換機可能連到路由器上，路由器可能又連到另一個交換機上，交換機又連到另一個路由器上… 總之，這中間會連接很多的交換機和路由器，來完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過程

中間過程的交換機和路由器，也會涉及到封裝和分用（不會像主機這樣復(fù)雜）

• 交換機封裝分用到鏈路層，就可以決定數(shù)據(jù)是丟棄還是繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)了，不再繼續(xù)分用（經(jīng)典的教科書上的交換機）
• 路由器，封裝分用到網(wǎng)絡(luò)層，就可以決定數(shù)據(jù)是丟棄還是繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)了，也不再繼續(xù)分用
  在傳輸?shù)倪^程中，每到一個設(shè)備都要進行封裝分用，經(jīng)過層層數(shù)據(jù)的交換，最終到達(dá)終點

封裝分用這么麻煩，會不會導(dǎo)致交換機、路由器、主機之間的通信效率很低呢？

• 得看和誰比
  • 如果是那網(wǎng)絡(luò)通信和人的反應(yīng)時間相比，速度還是很快的
  • 如果拿網(wǎng)絡(luò)通信和讀寫硬盤相比，通常認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)的速度比硬盤的速度更慢
  • 更不必說和內(nèi)存比了

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也有特殊情況：

• 如果拿網(wǎng)絡(luò)中最強的“萬兆網(wǎng)卡”和硬盤中最弱的“機械硬盤”相比，網(wǎng)絡(luò)的速度更快