本篇博客让我们一起来了解一下网络的基本原理

1.网络发展背景

关于网络发展的历史背景这种东西就不多bb了，网上很容易就能找到参考资料，我的专业性欠缺，文章参考意义也不大。这里只做简单说明。

网络发展经过了如下几个模式

独立模式：计算机之间相互独立，靠人移动数据
互联模式：多台计算机连接到一起，实现数据共享
局域网LAN：计算机数量增多，通过交换机/路由器连接到一起
广域网WAN：将相隔距离非常远的计算机连在一起

交换机是啥？简单来说就是一个有很多网口的设备，将设备插上去后（一般用的都是RJ45网线）就能相互交流信息。

我们家用的WIFI路由器其实已经集成了交换机的功能！

1.1 计算机设备之间是怎么交流的？

计算机内部有非常多的设备，在设备和设备之间一定要用“线”进行连接。这样这些设备才能相互通信。比如主板上的总线，链接硬盘的sata线等等。

而这个计算机的结构本质上也能被看作一个小型网络。

此时我们将计算机A和B用数据线连接起来，就能在物理层面上，让A和B相互通信（此时暂且不考虑通过何种方式通信，只要用数据线连起来了，那就一定能通信）

在主机内，线短
跨主机，线长

当数据线长了之后，线路和线路之间就容易产生信号的干扰，导致数据的错误/丢失。此时我们就需要一个更可靠、高效的方式来实现远距离计算机之间的通信，这就是网络的意义

1.2 集群

进一步扩大，实际上，还可以用多台主机相连，实现单一的功能。这时候，这一堆主机被称为集群

存储集群：硬盘
缓存集群：内存
计算集群：Cpu/Gpu

不同的集群干不同的事，再用数据线连起来，就成了一台由多个主机共同构成的电脑

在大型的数据中心里面，就是用这种方式来处理海量的数据的。

2.协议

协议是一种约定，约定好两台设备要用什么方式来交流。

比如我们都是中国人，可以用普通话这个协议来交流；而广东地区的人，可以用粤语来交流。

计算机之间想交流，肯定也需要确定好一个行业通用的协议！

否则不同计算机的架构/操作系统/硬件设备不一样，若协议不统一，也就无法正常交流。这就好比一个说英语的人听不懂普通话一样。

2.1 分层

网络的协议是分层的

2.1.1 为什么要分层

软件分层，就好比将主代码和功能代码给分开

此时只要功能代码提供的接口不变，主代码的调用方式就不变
主代码无须关心功能代码是如何处理的，只关心其处理的结果（返回值）
工程师修改代码的时候，只需要定位到具体模块进行修改，不会出现牵一发动全身的情况

这样，就实现了主模块和功能模块的解耦

由于网络涉及到了软件到硬件各种层面的设备操作，所以其必须采用分层的协议。不同设备采用不同的协议，才能最大层面的保证网络系统整体不出bug

网络协议有一个特点：同层设备都可以认为自己在直接和对方通信

2.1.2 电话机例子

以下图为例，当俩个人用座机打电话的时候，他们会认为自己在直接和对方交流，而不会认为自己是在和电话机交流

此时，就可以把这个系统分3层：分别是两人之间的语言协议，电话机和电话机之间读取数据的协议，以及最底层用于传输信号的通信协议

用户不会去关心电话机用的是什么协议，而是关心自己应该用什么语言和对方交流
电话机不会去关心用户是用什么语言交流的，其只负责把收到的声音转换成电信号
通信协议不管电话机是怎么封装的，其只负责传输数据

这里就能看出来，不仅同层的设备可以认为自己是直接和对方交流，而且它还不需要管其他层用的是什么协议！

电话机不会因为你说英语而用不了

这就是分层实现解耦的效果，也算是每一层都实现了自己的封装

2.2 OSI七层模型

OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）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;
它把网络从逻辑上分为了7层。每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机;
OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输;
它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整。通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯

可以用下面的这个表格来简单了解一下每一层的功能

分层名称	功能	概览
应用	针对特定应用的协议	STMP邮件/远程登录/文件传输
表示	数据固有格式和网络标准格式的转换	接收不同表现形式的信息
会话	通信管理，负责建立/断开通信连接，维持不同应用程序的通信	何时建立/何时断开/建立多久
传输	两个节点之间的数据传输	维持传输可靠性
网络	地址管理/路由选择（逻辑寻址	确定最佳路径
数据链路	互联设备之间传送和识别数据	将数据组合成字节
物理	以01二进制进行数据传输	网线

但是OSI七层模型相对比较复杂，我们主要关注的还是TCP/IP模型

2.3 TCP/IP

TCP/IP是一组协议的代名词，它其中包括很多协议，组成了一个整体

TCP/IP模型可以认为是4/5层，每一层也有自己不同的功能。每一层都会调用另外一层，来实现自己的需求

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
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
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
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。

为啥这里有5层，却有时候又说是4层呢？

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