网络互连原理

计算机在最开始的时候是没有网络的，每个计算机之间相互独立。这样处理信息就非常的麻烦，为了能够更高效的利用计算机的高效，就需要信息和资源的共享，也就是计算机之间需要通信。也就是网络互连：把多台计算机通过网线连接到一起，连接到一起的计算机彼此之间数据可以共享：

如上图就构成了一个局域网(Local Area Network)，也称为内网，简称LAN。在同一个局域网内，计算机之间可以相互通信。

但是，像这样通过网线进行两两相连的方式其实并不合理，一旦电脑多了，这些线很难处理。更好的做法是通过网络交换机或者路由器实现：

交换机把多台主机连接到一起形成局域网，而路由器可以把多个局域网连接起来，形成更大的局域网，当局域网足够大时，就变成了广域网(WAN)。广域网内部的局域网都属于它的子网。

网络通信

网络互连的目的就是实现网络通信，进而实现数据共享。实现网络通信首先需要如下信息：IP地址、端口号、协议等。

IP地址和端口号

IP地址：用于定于主机的网络地址，IP地址是32位二进制数，每8个一组，组与组之间用'.'连接。例如：127.0.0.1就是一个IP地址（用于本机环回测试）。

端口号：用于定位计算机中的进程。计算机中的进程非常多，要找到我们需要的进程，就需要通过端口号来定位。

以送快递为例：IP地址就是我们所在的位置：XX市XX大学，而端口号就是手机号。快递小哥把快递送到学校，还需要拨打手机号才能正确的定位到我。

网络协议

网络协议是网络通信的所有设备都必须遵循的一种规则。计算机通过光信号和电信号进行传输，但是传输时只能看到01这样的数字，因此需要约定频率的高低和电位的高低用0表示还是用1表示。

协议最终体现在传输时数据包的格式。

在TCP/IP协议中，通过五元组实现网络通信。

五元组

源IP：源主机IP
目的IP：目的主机IP
源端口：发起通信的进程端口
目的端口：接收通信的进程端口
协议类型：发送和接收通信约定的传输的数据形式。

满足五元组的条件才可以进行通信。

协议分层

网络协议的内容庞大而复杂，因此需要分层。就像公司的职位布置一样，老板管干部，干部管他手下的员工，如果不设干部，让老板管理所有的员工，老板也很难管理过来。协议也是一样，先把复杂的协议分成一个个只负责某一部分的较为简单的协议，再进行对应的处理就会简单不少。不同层之间通过接口进行连接，只需要遵循接口的规范，维护更见便捷。

OSI七层模型

OSI七层模型分为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层。

应用层：针对特定用户的协议。

表示层：设备固有格式与网络标准数据格式之间的转换。保证对端设备可以识别。

会话层：通信管理。负责通信的连接与断开。

传输层：负责两个节点（起点和终点）之间的数据传输。

网络层：负责数据传输的路径规划。

数据链路层：负责两个相邻子节点之间的数据传输。

物理层：为数据传输提供必要的条件、功能以及规范。物理层属于硬件方面。

实际上OSI七层模型过于复杂且不实用，在实际的网络实现过程中，并没有使用到OSI七层模型，而是使用了更为合理的TCP/IP五层模型。

TCP/IP五层模型

TCP/IP五层模型其实沿用了OSI七层模型的应用层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层。舍弃了表示层和会话层，或者说将其并入了应用层。

应用层协议负责进程与进程的沟通。应用程序之间的相互通信需要满足相同的应用层协议这一条件。网络编程主要就是针对的应用层。

传输层负责传输的起点和终点，网络层负责规划传输路线，数据链路层负责相邻两节点的传输，物理层保证传输需要用到的功能以及规范。

以送快递为例：在网上购物，商家需要填写寄件人地址信息和收件人地址信息（也就是传输层的起点和终点），然后交给快递公司，快递公司需要先确定运输路线，是直达还是中转，（网络层数据传输的路径规划），确定好运输路线还需要确定运输方式，空运还是陆运（数据链路层相邻节点的数据传输），最后才开始运输（交给物理层）。

作为一名程序猿，往往并不关注物理层，因此也称为TCP/IP四层模型。

常见网络设备中，主机实现了传输层到物理层的协议（下四层），路由器实现了网络层到物理层（下三层），交换机实现了数据链路层到物理层（下两层）。

当然这里的路由器和交换机只是传统意义上的情况，实际上随着科技的进步，路由器和交换机已经没有什么区别了，不少交换机和路由器实现了下四层协议。