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1. 网络发展史
随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完成业务，因此就有了网络互连。
网络互连： 将多台计算机连接在一起，完成数据共享。而数据共享的本质就是网络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据，也称为网络通信。
根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网。
1.1 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：
- 基于网线直连
由于咱日常使用的电脑一般都是一个网口（当然也不排除有的主机是有多个网口的），所以如果多台电脑进行通信时就非常费网线，当然也非常费网口，因此这种组网方式是非常少见的；而一般组建局域网，都会使用一些转发设备，比如交换机，路由器等。
- 基于交换机组建
交换机上面的网口之间都是对等的（都是一样的口），效果就是把插在上面的设备给组建成一个局域网，这个局域网内部的主机之间就可以相互进行访问；交换机是把若干个设备给组建到一个局域网中
- 基于路由器组建（日常中最常见的情况）
路由器这里其实是有两类端口（WAN口和LAN口），其中插在LAN口上的设备，在一个局域网里，通过WAN口连接到另外一个局域网。路由器是连接了两个局域网，LAN口是一个，WAN口又连了一个
上述所述说的交换机和路由器的区别仅仅局限于“传统”的交换机和路由器，而实际上，真实的交换机和路由器之间的界限，已经越来越模糊了，路由器的很多功能，交换机也有；交换机的很多功能，路由器也有。
- 基于集线器组建
实际上基本没有使用集线器组网的，因为集线器就是相当于把一根网线给分叉了，而且分出来的两个叉不能一起使用，用一个的时候另一个就不好使，所以一般不考虑这种组网方式。
1.2 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。
2. 网络通信基础
网络互连的目的是进行网络通信，也就是网络数据传输；更具体一点，就是网络主机中的不同进程间，基于网络传输数据。
那么，在组建的网络中，如何判断到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就需要使用IP地址来标识。
2.1 IP地址
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（IP），快递员才能将包裹送到目的地。
格式
IP地址本质上是一个32位的二进制数，但由于32位的二进制数不方便人读和记忆，一般常见的操作都是把这个32位的二进制数按照每个字节，分成四个部分，中间用 . 分割，也就是用 “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）
例如：
01100110.00000100.00000111.00000110=>102.4.7.6
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。
2.2 端口号
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）
格式
端口号是0~65535范围的数字（本质上是一个两个字节（16位）的无符号整数），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。
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。
2.3 协议
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。
简单的来说，协议 就是 计算机与计算机之间通过网络实现通信时，事先达成的一种"约定"，发出来的数据是什么样的格式，接收方就要按照对应的格式来进行解析。
通常由三要素组成：
- 语法：即数据与控制信息的结构或格式
类似打电话时，双方要使用同样的语言：普通话；若两个人一个人说英文，一个人说中文，则因为语言不同无法交流，协议不相同。
- 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
语义主要用来说明通信双方应当怎么做。用于协调与差错处理的控制信息。
类似打电话时，说话的内容，一方道：你瞅啥？另一方就得有对应的响应：瞅你咋的！
- 时序：即事件实现顺序的详细说明。
时序定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。比如是采用同步传输还是异步传输。
协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式。
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。
而计算机生产厂商有很多；计算机操作系统，也有很多；计算机网络硬件设备，还是有很多；那么如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信? 就需要有人站出来，约定一个共同的标准，大家都来遵守，这就是 网络协议；
2.4 五元组
在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：
- 源IP：标识源主机
- 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
- 目的IP：标识目的主机
- 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程
- 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式
2.5 协议分层
网络通信这个过程，其实很复杂，里面有很多很多的细节；如果就只通过一个协议来约定所有的细节，那么这个协议就会非常庞大且复杂，更好的办法就是把一个大的协议，拆成多个小的，更简单的协议，每个协议负责一部分工作。
就和写代码一样，写一个很复杂的程序，不能指望说一个文件就把所有的代码都装进去，因此我们可以把这个代码拆分成多个更小的，更简单的文件，每个文件负责一部分的工作。
就拿离我们最近的打电话的例子来讲：
在这个例子中，通过协议分层带来了两个好处：
- 每层协议不需要理解其他层协议的细节（更好的做到了封装）；打电话的人，不需要理解电话的工作原理，就能完成打电话的操作，而制造电话的人，也不需要成为语言大师。
- 把对应层的协议替换成其他协议（更好的解耦合）；打电话的人，可以不使用有线电话，可以使用无线电话；打电话的人，也可以使用英语，不使用汉语。
2.6 OSI七层模型
OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连
- OSI 七层网络模型是一个逻辑上的定义和规范：把网络从逻辑上分为了7层。
- 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。
由于 OSI七层模型 只存在于教科书中，真实情况是 OSI 的简化版本，因此在这里我们就不重点讨论了，下面让我们来一起看下TCP/IP 五层(四层)网络模型??????
2.7 TCP/IP五层模型
上面说到TCP/IP 五层(四层)网络模型，那么到底是五层还是四层呢？
站在一个全局的角度是五层模型；
而站在纯程序猿的角度，最下面的物理层描述的是硬件设备（和软件没啥关系，和程序猿距离比较远），这个时候就认为是四层。
各层的含义：
- 物理层：网络通信中的硬件设备(网卡，网线等)
- 数据链路层：负责完成相邻（一根网线相连的两个设备）的两个设备之间的通信【局部】
- 网络层：负责点到点之间的通信，网络中的任意节点，到任意节点之间的通信（不一定是相邻了，更多的是指不相邻的），网络层就负责在这两个点之间，规划出一条合适的路线；实际的网络坏境结构非常复杂，两个点之间的路线不只一条，此时就需要规划出最合适的一条。
- 传输层：负责端到端之间的通信（起点到终点），只是关注结果（数据到没到），不关注过程
- 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。
2.8 网络设备所在分层
- 对于一台主机，其实就对应了物理层到应用层五层（把这五层都给实现了）
- 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；
2.9 封装和分用
- 不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段(segment)，在网络层叫做数据报
(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。 - 应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部(header)，称为封装
(Encapsulation)。 - 首部信息中包含了一些类似于首部有多长，载荷(payload)有多长，上层协议是什么等信息。
- 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再剥掉相应的首部，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。
下面举一个具体的例子来理解封装和复用：（汤姆使用QQ给杰瑞发消息）
从上图可知：
分用其实就是封装的逆过程；
封装是从上往下，数据依次被加上了协议报头（相当于包快递）；
分用是从下往上，数据一次被去掉了协议报头（相当于拆快递）。
