网络基本概念

一、IP地址

1. 概念

IP地址主要用于标识网络主机.其他网络设备(如路由器)的网络地址.简单说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。

2. 格式

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节），如：
01100100.00000100.00000101.00000110
通常用“点分十进制”的方式来表示，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数）。如：100.0.0.6。

3. 特殊IP

127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1
本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开
发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信

二、端口号

1.概念

在网络通信中，IP地址用于标识主机网络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简单说：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）

2. 格式

端口号是0~65535范围的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定一个端口号，来发送及接收网络数据

3.注意事项

两个不同的进程，不能绑定同一个端口号，但一个进程可以绑定多个端口号

了解：
一个进程启动后，系统会随机分配一个端口（启动端口）
程序代码中，进行网络编程时，需要绑定端口号（收发数据的端口）来发送、接收数据。
进程绑定一个端口号后，fork一个子进程，可以实现多个进程绑定一个端口号，但不同的进程不能绑定同一个端口号

问题：
有了IP地址和端口号，可以定位到网络中唯一的一个进程，但还存在一个问题，网络通信是基于二进制0/1数据来传输，如何告诉对方发送的数据是什么样的呢？
网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同一个类型的数据，格式可能也不同，如发送一个文本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢？
基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式

三、 协议

1. 概念

协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵从的一组约定、规则。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。通常由三要素组成：

1. 语法：即数据与控制信息的结构或格式；
2. 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；
3. 时序，即事件实现顺序的详细说明

协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式

2. 作用

为什么需要协议？
就好比见网友，彼此协商胸口插支玫瑰花见面，这就是一种提前的约定，也可以称之为协议
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

网络协议是指计算机网络中各个设备之间通信所遵循的一套规则和标准。网络协议的作用主要有以下几个方面：

1.确保网络中各个设备之间数据传输的正确性和可靠性。网络协议规定了数据传输的格式、传输方式和传输过程中可能出现的错误处理等规则，以保证数据传输的正确性和可靠性。

2.提高网络通信效率。网络协议通过规定传输数据的方式、流量控制和拥塞控制等规则，使得网络中的数据可以高效传输，提高网络通信效率。

3.保障网络安全。网络协议规定了数据传输的加密、认证和授权等安全机制，以确保网络通信的安全性。

4.促进多种设备的互操作。不同厂商的设备可能存在差异，网络协议可以规范不同设备之间的通信，促进不同设备之间的互操作。

因此，网络协议在计算机网络中具有重要的作用，是网络通信不可缺少的基础。

四、协议分层

协议分层是指将网络协议按照功能分为不同的层次，每一层都有各自定义的功能和任务，并按照一定规则进行交互协作，从而实现网络传输数据的目的。

目前通常使用的协议分层体系是OSI七层参考模型和TCP/IP四层参考模型。

OSI七层参考模型将协议分为以下七层：

1. 物理层(Physical layer)：负责将数字信号转化为物理信号。

2. 数据链路层(Data Link layer)：负责实现局域网内不同设备之间的直接通信。

3. 网络层(Network layer)：负责实现互联网协议(IP)、地址解析协议(ARP)、路由协议等功能。

4. 传输层(Transport layer)：负责提供可靠的数据传输服务，如传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。

5. 会话层(Session layer)：负责管理不同设备之间的连接和会话。

6. 表示层(Presentation layer)：负责将数据格式进行转换和编码，保证各个设备之间能够相互理解。

7. 应用层(Application layer)：负责提供各种网络应用服务，比如电子邮件、文件传输、远程登录等。

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。

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。我们的网络编程主要就是针对应用层。
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。
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。
4. 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。
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

1. 网络设备所在分层

一台主机，其实就对应了物理层到应用层五层

一台路由器，主要就是物理层到网络层（主要实现了物理层，数据链路层，网络层）

一台交换机：主要就是物理层和数据链路层（主要实现了物理层，数据链路层）

五、封装与分用

封装：

封装是指将要传输的数据从上层向下层传递时，每经过一层就会被添加上一层的头部信息和尾部信息，形成一个新的数据包。以下图为例，假设要在应用层发送一份邮件，在传输至物理层时，每一层会将该数据包封装成一个新的数据包，其中上层的头部或尾部包含了该层的一些控制信息和协议标识，以便下层能够正确地使用该数据包。最终封装在物理层发送出去。

分用：

分用是指在接收方收到一个数据包时，每经过一层就会将该层的头部或尾部信息去除，从而得到上层应用程序需要的原始数据。以下图为例，假设接收方从物理层接收到一个数据包，那么在经过每一层时，都会将该层的头部和尾部信息去除，直到应用层，此时才能得到原始的邮件数据。

六、客户端和服务器

服务端：在常见的网络数据传输场景下，把提供服务的一方进程，称为服务端，可以提供对外服务。
客户端：获取服务的一方进程，称为客户端

1. 客户端与服务器通信的过程

客户端与服务器之间的通信过程，分为请求 - 响应两个步骤。其中：

• 请求的概念：客户端通过网络去找服务器要资源的过程，叫做 “请求”
• 响应的概念：服务器把资源通过网络发送给客户端的过程，叫做 “响应”