【网络】局域网LAN、广域网WAN、TCP/IP协议、封装和分用-阿里云开发者社区

发展过程：

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局域网 LAN

局域⽹，即 Local Area Network，简称 LAN。
Local 即标识了局域⽹是本地，局部组建的⼀种私有⽹络。
局域⽹内的主机之间能⽅便的进⾏⽹络通信，⼜称为内⽹；局域⽹和局域⽹之间在没有连接的情况下，是⽆法通信的。局域⽹组建⽹络的⽅式有很多种：

把几个电脑连接到一起，就构成了局域网
但当电脑多了之后，就不方便两两相连，就创造了“路由器”

只要电脑都连在同一个路由器上面，就可以构成局域网

[!quote] 调制解调器（猫）

不同种类的信号转换

这个是宽带普及之前，上网操作是通过“电话线”进行的，猫的作用是将电话线中的模拟新欢转换成网络中的“数字信号”

“光猫”就是把光信号和电信号之间进行相互转换（一般带有路由功能）

因为路由器上面接口有限，当机器多了之后，就插不下了，此时就引入了“交换机”，就解决了上述问题

交换机就相当与是对路由器的端口的扩展
将计算机都插到交换机上面，然后交换机再连接路由器就行了
此时这些电脑就相当于都插到路由器上了，这些电脑就都早一个局域网中了
局域网是有路由器负责的，本身与交换器没有关系

广域网 WAN

⼴域⽹，即 Wide Area Network，简称 WAN。
通过路由器，将多个局域⽹连接起来，在物理上组成很⼤范围的⽹络，就形成了⼴域⽹。⼴域⽹内部的局域⽹都属于其⼦⽹。
现在见到的“万维网”就是把全世界的设备都连接在一起的巨大广域网
“网游”就是电脑连接到了广域网上，可以和全国甚至全世界的玩家一起进行对抗

网络中的重要概念

IP 地址

IP 地址就是描述了一台主机，在互联网上所处的位置
IP 地址是使用一个 32 位整数来表示的
使用“点分十进制”这样的方式，来表示“IP 地址”

将 32 位整数用三个点分成了四份，每份取值范围 0~255（一个字节）
使用点分十进制之后，更方便人阅读

端口号

用来区分当前主机上的指定的应用程序（进程）
一个主机上，使用网络的程序有很多个，可以通过端口号，区分当前主机收到的数据是要交给哪个程序来处理使用
端口号同样也是一个整数，是一个两个字节的整数（0~65535）

虽然是 0 ~65535 这样的范围，实际上 0~1023 这些端口都是有一些特定含义的
咱们自己写代码使用的端口，一般都是用剩下的

[!quote] IP 地址和端口号

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）

认识协议

网络中最核心的概念

协议是进行一切通信的基础
协议至少得有两个主机，让发送方发送数据，接收方能理解

比如，我虽然在重庆上学，但我是湖北人，如果周围有人说重庆话，我有时候就听不到。

这就属于无效的通信

所以双方需要按照同样的规则来构造/解析数据，否则就是无效的通信
协议就是在约束通信双方，交互数据的“规则”，协议确定了，双方就在一个频道上了，才能进行有意义的通信

所以，如何进行网络通信的问题，就转为了如何设计网络通信协议。

网络上传输的数据：光信号（光纤，激光的光）/电信号（网线里的）/电磁波（WiFi、5G…）

无论是哪种信号，本质上都是传输 0101 这样的二进制

光信号：可以用高低频光代表 0/1
电信号：可以用高低频电代表 0/1
电磁波：也是光，也可以通过频率进行编码

所以在通信时就需要约定好，传输的这一大串 101010 都是啥意思

这个就是"网络通信协议“要完成的核心工作

由于网络通信，是一件非常复杂的事情，如果只使用一个协议，去约定所有的网络通信细节，就会导致这个协议非常庞大，非常复杂

为了对抗这种复杂度，我们就进行“拆分”。将一个大的协议，拆分成多个小的协议，让每个小的协议，专注于解决一个/一类问题，再让这些协议相互配合

协议分层

是什么

但是，拆分之后，拆出来了很多协议，不方便组织
所以，将这些协议分层，把功能类似的协议放到一层，并且约定号，协议之间，不能随意进行交互，只能是相邻的层之间才能进行交互

上层协议调用下层协议，下层协议给上层协议提供服务

分层的好处：

降低了使用的成本，使用某个协议的时候，不需要关注其他协议的实现细节

打电话这个事情，不需要理解电话机的工作原理，只需要会说话即可

降低整个体系的耦合性，可以灵活的变更某个协议

可以经汉语协议变为英语协议，不妨碍打电话；可以经无线电协议变为电话协议，也不妨碍打电话

当前互联网体系的现状就是“协议分层”的效果

OSI 七层网络模型

这种划分方式，只是存在于教科书里，并没有被真正的采用

TCP/IP 五层网络模型（或四层）

当前世界上最主流的网络协议模型

四层就是不散物理层，物理层和硬件相关，距离程序员非常遥远

物理层

物理层：描述的是硬件设备（网线这样的设备）需要满足什么样的条件

物理层就相当与是“公路“、”铁路”、“航线”

传输层

传输层：主要就是关注网络通信中的“起点和终点”，并不关心通信的中间细节

比如，你在网上买了个东西

下单的时候，需要填写“收件人信息”

卖家给你发快递的时候，也需要填写“发件人信息”

最后卖家就把快递给快递小哥，快递小哥最后将快递送到你手上

在这个过程中，传输层就只关注发货地和收货地，并不关心快递是如何到你手上的、如何运输的…

网络层

网络层：进行网络通信的路径规划和地址管理

网络是很负责的结构，从 A 到 B 中间有很多不同的路线，此时网络层协议就要进行“路径规划”，称为“路由选择”
网络上的这些设备他们的地址都是什么、怎么去描述、用什么样的一套规则也是网络层安排

比如快递小哥揽收你的包裹之后，需要进行包裹运输

就要规划选择一条合适的路径将包裹送到你手中

合适的选择不是绝对的，可能看路程、可能看速度、可能看成本…

使用地图导航，也是类似于网络层“路由选择”的过程

数据链表层

数据链路层：针对好上述规划好的路径，进行具体的实施

比如，你的包裹要从上海运往西安，选择的路径是：上海 —> 南京 —> 西安

上海 —> 南京：走水路，坐船

南京 —> 上海：走铁路，火车

西安 —> 驿站：走公路，坐卡车

驿站 —> 收货地：骑三轮

在这每两个地点之间的交通选择，都是数据链路层负责的

董事长（传输层） —> 制定一个公司的发展目标（今年营业额要达到 xxx 小目标）

高管（网络层） —> 规划一下，如何达到上述目标，明确达到上述目标，分成几个步骤，先做什么再做什么。路径规划/路由选择的过程

基层员工（数据链路层） —> 进行具体实施，第一步到第二步，第二步到第三步… 具体咋办

办公用到的基础设施（物理层） —> 办公室、工位、电脑、打印机、网络…

这四层都是程序员干预不了的，操作系统/硬件设施已经实现好了的

应用层

应用层：程序员可以干预到的，可以决定这个应用是用来干什么

下面的这篇文章中有详细介绍

应用层的作用、自定义应用层协议

网络设备所在分层

对于⼀台主机，它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，也即是 TCP/IP 五层模型的下四层；
对于⼀台路由器，它实现了从⽹络层到物理层，也即是 TCP/IP 五层模型的下三层；
对于⼀台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是 TCP/IP 五层模型的下两层；
对于集线器，它只实现了物理层；
这都是站在经典的模型上讨论的，笔试中遇到了相关的选择/填空题，可以照着答

真实情况下，交换机也可能是工作在网络层，甚至是传输层/应用层

路由器也可能是工作在数据链路层，也可能是传输层，也可能是应用层

封装和分用

通过 QQ，发送一个 hello 给另一个人

[站在发送方视角]（封装）

用户输入框中输入“hello”字符串，点击“发送”按钮

QQ 这样的程序，就会把 hello 这个内容从输入框读取到，构成一个“应用层数据包”
“应用层数据包”是应用层的协议，描述了这个数据包的构造，此处的应用层协议，往往是开发 QQ 的程序员自行定义的

[!quote] 序列化/反序列化

将结构化数据 —> 二进制字符串：序列化

将二进制字符串 —> 结构化数据：反序列化

进行网络传输数据，通常就需要把一个“结构化”（C 的结构体/Java 的类，包含很多属性）数据转成一个“字符串”（二进制字符串，不需要非得在码表上可以查到，任何的 01 序列都可以接在一起）

[!quote] 应用层数据包

主要是做了一个“序列化”的工作，将传入的信息整合成一个“字符串”

“应用层数据包”是应用层的协议，描述了这个数据包的构造，此处的应用层协议，往往是开发 QQ 的程序员自行定义的

如果是我来开发 QQ，我可能会按照下列的方式定义这个应用层数据包的结构（定义方式有很多种）

数据包格式：发送者的 QQ 号；接收者的 QQ 号；发送时间；消息正文\n

数据包样例：123456789；987654321；2024-01-14 23:50:10；hello\n

应用层数据包准备就绪后，QQ 这样的应用程序，就会调用操作系统提供的API（传输层给应用层提供的 API）

操作系统就会提供一个类似于“发送数据”这样的 API，然后应用程序就会把上述组织好的应用层数据包作为参数传进来，于是应用层数据包就到了系统内核里，就进入到传输层的代码部分了
此时，传输层这里，就会把上述的应用层数据，再进一步封装（字符串拼接）成一个传输层数据包
由于传输层有多种协议（其中最重要的是两个：TCP和UDP），这些协议给应用层提供的API是不同的，看应用程序种使用哪组API就使用哪个协议