网络原理-

局域网（LAN）

定义：
局域网（Local Area Network，简称LAN），是指在本地、局部范围内组建的私有网络。
“Local”表明其覆盖范围有限，通常用于办公室、学校、家庭等场所。

特点：

• 局域网内的主机可以方便地进行网络通信，也称为“内网”。
• 没有连接的情况下，不同局域网之间是无法通信的。

局域网组建方式：

1. 基于网线直连
   两台设备通过网线直接连接，适合小规模、临时组网。
2. 基于集线器组建
   多台设备通过集线器（Hub）连接，早期常用，数据传输效率较低。
3. 基于交换机组建
   多台设备通过交换机（Switch）连接，现代局域网的主流方式，效率高。
4. 基于交换机和路由器组建
   交换机负责局域网内设备互联，路由器用于连接外部网络（如互联网），实现内外网通信。

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广域网（WAN）

定义：
广域网（Wide Area Network，简称WAN），是指覆盖范围广泛的网络，可以连接不同地区、城市、甚至国家的多个局域网。

特点：

• 通过路由器，将多个局域网连接起来，物理上组成大范围的网络，就形成了广域网。
• 广域网内部的每个局域网都可以看作是广域网的子网。

应用举例：

• 互联网就是最大的广域网。
• 银行、企业、政府机构跨地域的分支机构互联。

IP地址

定义：
IP地址（Internet Protocol Address）是分配给网络中每一个设备的唯一标识，用于设备之间的通信和定位。

作用：

• 标识网络中的主机或设备。
• 实现数据包在网络中的寻址和转发。

类型：

• IPv4地址：由4组数字组成，每组0~255，比如：192.168.1.1
• IPv6地址：由8组十六进制数构成，比如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

分类：

• 公网IP：可以在互联网中访问，全球唯一。
• 私有IP（内网IP）：仅在局域网内使用，比如192.168.x.x，10.x.x.x，172.16.x.x~172.31.x.x

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端口号

定义：
端口号是用来标识主机上的不同服务或应用程序的编号。一个IP地址可以对应多个端口，用于区分不同的数据通信。

作用：

• 区分同一台设备上的不同网络服务（如网页、邮件、FTP等）。
• 使得一台主机能同时提供多种服务。

范围：

• 端口号是一个16位整数，范围：0~65535
• 其中：
  • 0~1023：知名端口（系统端口），如HTTP（80），HTTPS（443），FTP（21），SMTP（25）
  • 1024~49151：注册端口（用户程序或服务）
  • 49152~65535：动态/私有端口（临时使用）

协议

网络中最核心的概念。

• 协议是进行一切通信的基础。

1. 通信的基本条件

• 通信至少得有两个主机。
• 让发送方发的数据，接收方能够理解。

2. 协议的作用

• 双方需要按照同样的规则来构造/解析数据。

3. 协议的定义

• 协议，就是在约定通信双方、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。

TCP/IP 五层网络模型

（当前世界上最主流的网络协议模型）

1. 应用层
   • 程序员能干预到的部分。
   • 负责处理用户的应用需求。
2. 传输层
   • 关注网络通信中的“起点和终点”，不关心通信的中间细节。
   • 负责数据的可靠传输，比如TCP、UDP协议。
3. 网络层
   • 进行网络通信的路径规划和地址管理。
   • 负责数据包的路由选择和转发。
4. 数据链路层
   • 在网络层规划好的路径上，进行具体的数据传输实施。
   • 负责数据的帧传输和物理地址（MAC地址）管理。
5. 物理层
   • 描述硬件设备需要满足的条件，比如网线、水晶头等。
   • 相当于“公路”“铁路”“航线”，负责数据的物理传输。
   • 程序员无法干预，已由操作系统或硬件设备实现。

• 数据转发过程：主要涉及传输层、网络层和数据链路层三者协作，将数据从一台设备发送到另一台设备。
• 应用层：是用户和程序员最常接触的部分，比如网页、邮件、聊天等应用。
• 物理层：底层硬件，保证数据可以在设备间流动。

协议分层

1. 为什么要分层

• 网络问题复杂，一个协议难以解决所有问题，需要拆分成多个协议。
• 协议多了之后，需要分类管理。

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2. 分层带来的好处

• a) 使用某一层协议，不必理解其他层的细节。
• b) 解耦合，可以更换某一层的指定协议。

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3. 互联网中的协议分层（TCP/IP 五层协议）

层级	主要作用说明	备注/实现方式
应用层	传输数据，用于具体应用	应用程序
传输层	关注传输中的起点和终点	系统内核实现
网络层	关注传输路径规划选择，并负责地址管理
数据链路层	关注相邻节点之间的传输数据的具体实施	硬件设备/驱动程序
物理层	传输数据的硬件基础设施

封装与分用

1. 封装（Encapsulation）

定义：
封装是指在数据传输过程中，每经过一层协议，都会在原有数据的基础上加上一些该层协议特有的信息（如头部header、尾部trailer），这样一层层包裹起来，最终形成完整的“数据包”或“帧”来进行传输。

举例说明：

• 应用层生成数据（如邮件内容）。
• 传输层（如TCP）给数据加上TCP头部，变成“TCP段”。
• 网络层（如IP）再加上IP头部，变成“IP包”。
• 数据链路层（如以太网）再加上帧头和帧尾，变成“以太网帧”。
• 物理层负责将这些数据转化为电信号、光信号等传输出去。

形象比喻：
就像寄快递，原始物品（数据）先用盒子包装（TCP头），再装进更大的箱子（IP头），最后贴上快递单（以太网头），一路装到最外层。

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2. 分用（Decapsulation）

定义：
分用是封装的逆过程。接收方收到数据后，从最外层开始一层层“拆包”，每拆掉一层协议的头部/尾部，就交给上一层协议继续处理，直到还原出最初的数据。

举例说明：

• 物理层收到信号，转换成比特流，交给数据链路层。
• 数据链路层去掉帧头帧尾，交给网络层。
• 网络层去掉IP头，交给传输层。
• 传输层去掉TCP头，交给应用层，还原出原始数据。

形象比喻：
就像收到快递，先拆掉最外层的快递箱，再拆里面的小盒子，一层层拆，最后拿到你真正要的东西（数据）。