网络世界探索之旅：初始网络

现如今生活中，可谓是人人离不开网络了。

那么对于网络这一个人人熟知的东西，小编今天就来分享下它的一些相关知识吧。

背景：

在网络诞生的时候，网络可是个“稀罕”玩意，在军事领域中。其实，网络诞生地也是在军事领域当中。

现代互联网的前身，可以追溯到二十世纪六十年代末，美国国防部高级研究计划局资助的一个项目，名为ARPANET（阿帕网）。

而这个ARPANET的诞生，也是为了军事需求而诞生的。

在美苏冷战时期，美国军方对于传统集中性通信网络，发现满足不了在重大破坏性事件中保持持续通信了，所以急需一种去中心化、分布式的通信系统。

在1969年，ARPANET的第一个节点在加州大学洛杉矶分校建立，随后的斯坦福研究院，加州大学圣巴巴拉分校和犹他大也加入了网络。

这四个节点构成了最初的ARPANET。

后来，随着冷战结束。ARPANET的技术逐渐在科学界和研究机构中广泛使用，再次随着时间的推移，逐渐演变成今天的互联网，成为今天人人可以的互联网。

分享完背景，那么接着来分享下其他的吧。

计算机之间通过网络进行联络，即通过网络进行传输数据，此时可以称为网络通信。

随网络通信的不断发展，互联网的规模不断扩大。

那么由规模可以分出以下这几种类型：

1.个人区域网络（PAN）

范围：通常覆盖个人设备连接，范围在几米之内。

用途：比如手机、平板、笔记本、只能手表中的连接

技术：蓝牙、红外、USB等

2.局域网（LAN）

范围：覆盖一个小范围的网络，比如家庭、办公室、学校等，范围通常在几十米到几百米之间。

用途：用于连接局部区域内的设备，共享资源和互联网接入。

技术：以太网、WIFI等

3.城域网（MAN）

范围：覆盖到一个城市或大型园区，范围在几公里到几十公里。

用途：用于连接多个局域网，提供高速数据传输服务。

技术：光纤、微波、以太网

4.广域网（WAN）

范围：覆盖一个国家、地区甚至全球，范围从几百公里到无限延伸

用途：用于连接不同城市、国家或地区的网络，实现远距离通信。

技术：光纤、卫星、微波、MPLS（多标签交换）

5.全球互联网（Internet）

范围：覆盖全球，连接数亿计的设备

用途：提供全球范围内的信息共享，通信和服务。

技术：基于TCP/IP协议，结合各种底层网络技术（如光纤、卫星、无线通信）

值得注意的是，局域网中，组建网络的方式有很多种。

1.基于网线直连

2.基于集线器组建

3.基于交换机组建

4.基于交换机和路由器组建。

那么讲了这么多，对于，网络它是怎么传输的呢？
 

首先先来介绍一些相关名词:

1.IP地址

IP地址是描述一台电脑在互联网中所处的位置。

它是用一个32位整数表示的。

通过“点分十进制”这样的方式，来表示。

为什么通过点分十进制呢？这是为了方便人去阅读的。

那么值得一提的是，32位提供的范围就是2^32次方，大约为43亿。

对于当今网络设备量来说，是远远不够的，所以为了解决这个问题

引入了128位的整数去表示，它的范围，在理论上上基本是无限的，所以可以是满足未来更多设备的需求。

那么对于32位表示的地址格式，互联网中，称为IPV4

128位来表示的呢，互联网中，称为IPV6

2.端口号

区分当前主机上指定应用程序（进程）

这是因为，有了IP地址后，即使网络信息传输到主机后，该信息不知道传输到哪个应用。

所以就引入了端口号。

端口号同样也是一个整数，是一个2两个字节的整数（0->65535)

虽然看着数量挺多的，但是呢0->1023这些端口，都是有一些特定含义的，所以

后续编写代码呢，也是使用剩下的端口号进行使用。

3.协议

这个协议是网络协议的简称。

这个协议就是计算机网络中用于规范设备之间通信的规则和标准。

为什么需要协议呢?

这是因为，如若我们网络中，两个主机之间发送的数据，其解析数据的时候，它们解析的标准是各自独有的，那么此时的网络通信变得毫无意义是，就像是鸡同鸭讲。

所以为了双方发送的数据可以被互相理解。

所以需要一些协议进行规范，设定规则，这样子，双方计算机中发送的信息，才能被解析出来。

这个协议具体化的表现就在网络中数据包。

到这里，网络传输可以简单理解为，在基于网络协议的情况下，网络信息通过IP地址和端口号，

把信息以数据包方式传输到目标主机上。

那么问题又来了。

网络世界可谓是复杂多样，从而导致我们的协议是非常复杂，数量也是很多的。

如若将所有网络信息约定细节放到一个协议中，那么这个协议将会变得很繁重。

所以，就有了协议分层。

何为协议分层？

协议分层就是将网络通信过程分解为多个层次，每个层次负责特定的功能，并且通过定义清晰的接口与上下层交互。

那么当今互联网协议分层是怎么样的呢？

那么先介绍这个OSI的模型。

OSI

那么接着介绍第二个模型：

TCP/IP模型

对于TCP/IP模型，它是一个五层模型，去掉了表示层和会话层

对于当今互联网协议来说，使用广泛的是TCP/IP模型，而这个OSI模型呢，更多的是出现在教科书中，这是为什么呢？

这是因为，TCP/IP模型是早于OSI模型，在二十世纪七十年代，随着ARPANET的普及而去广泛使用了，OSI模型则是在二十世纪八十年代提出的。

在OSI提出之前，TCP/IP协议已经是 被广泛使用，还是一个较为成熟的协议了。

而且在真实的网络环境中，TCP/IP协议是更接近于真实的网络环境的。

值得一提的是，除了这个5层模型，其实还有一个四层模型，即去掉物理层。

这几个层中，应用层更多的是，应用程序去使用。

传输层和网络层呢，则是系统内核已经实现好了，只需调用提供的API即可

对于这个数据链路层和物理层来说，这是硬件设备出厂就自带了，更无需关心。

在Java编写代码中呢，我们更多的是和应用层和传输层打交道。

ok，对于协议分层，那就先分享到这里

接下来分享，网络通信中，数据怎么传输过去的，流程又是什么？

这里会设计到两个概念：封装和分用。

封装和分用

对于封装和分用又是什么呢？

封装：是指数据在发送方从上层协议传递到下层协议时，每一层都会在数据前面添加自己的头部信息（有时候会包括尾部信息），以便在接收方能够正确解析和处理数据

分用：是指数据在接收方下层协议传递到上层协议时，每一层会解析并移除头部信息，最终将原始数据传递到目标应用程序。

那么举个例子。

我们平时使用的微信聊天，

那么此时，我发送一个hello给到小编的女神，此时站在发送方的过程是怎么样的呢？

1.我在聊天输入框中输入hello的字符串，再点击发送。

微信这样的程序，就会把hello的内容从输入框读取到，并构造出一个“应用层数据包”。

此时构造数据包里内容会有什么呢？

数据包格式：发送者微信号；接收者微信号；发送时间；消息的正文\n

内容表示：12345；67890；2025-03-14 11：00；hello\n

这些内容，会被应用层进行序列化操作。

那么值得注意的的是，这些个数据格式，这里是举例的，真实的格式，是有微信团队开发成员所确定的。

2.此时，讲这些内容“打包”好后，微信会调用系统提供的API（传输层给应用层提供的API），

那么这些API会将这些内容（应用层数据包）作为参数传进来，嵌入到传输层的代码当中。

接着，传输层会把这些数据再次构造成一个传输层的数据包。

如何构造呢？

就是添加传输层协议在传输层数据包中。

在这个传输层协议，常用的主要有TCP、UDP

那么此时，我们假设是有的是UDP协议

那么数据包格式变成这样：

那么这里要值得一提的是，不同协议层，对于这些数据包有着不同称谓，传输层中叫做段

3.那么传输层做好工作后，接着到网络层了。

此时网络层也是接近底层了，所以此时呢，我们对于些个细节方面，系统提供的API也是完善好了，所以对于这些个调用过程，我们无需担心了，传输层会干它该干的活的。

在网络层呢，它也会把协议也会添加到数据包中

此时网络层的协议一般为IPV4

此时这一大段东西，在网络层叫做数据报。

4.网络层做好工作后，此时交给数据链路层了

此时数据链路层也会添加对应的协议和信息到之前的数据报中

我们平时使用最多的是，以太网协议

所以这里将会包装成：

此时这一段东西呢，在数据链路层中，称之为：帧

这里还有一个注意的是，帧是有头有尾的。

5.最后，链路层做好工作了，此时呢，物理层中的网卡，对于这些数据，进行传输，将这些数据转换成光信号、电信号、电磁波……

以上这是站在发送方视角，那么接下来站在接收方视角

接收方视角

1.物理层会接受到来自其他机器发送来的光电信号，此时呢，物理层会把这些光电信号转换层二进制字符串。

2.物理层转换的数据，交给数据链路层

数据链路层，拿到这个以太网数据包

拿出此处的报头和正文内容，分析报头内容，进行处理，然后决定这些正文内容是转发、是丢弃、还是自己保留。

3.网络层拿到了数据链路层解析好的数据后

此时网络层再次对此数据包进行解析，取出IP报头 和 正文内容。

此时再根据这个报头进行解析，是否是丢弃、转发、自身保留。

4.网络层把活干了之后，接下来到传输层了

传输也是同样的，取出UDP报头，分析

然后这里呢不再是转发什么的了，而是将最后剩下的正文内容分发给应用层协议了

注意，这里提取出的端口号会告诉正文内容转发到哪个应用

5.最后，轮到应用层干活了

此时应用层会得到网络层传输的正文内容，

此时，微信这个应用程序，对这些数据进行反序列化了。

那回过头来，序列化和反序列化是什么呢？

序列化：

是指将数据结构和对象转换为一种可以存储或传输的格式（通常为字节流/文本格式），以便在网络中传输或保存到文件中

示例：

class User:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

user = User("Alice", 25)

序列化：

{
    "name": "Alice",
    "age": 25
}

反序列化：

反序列化是指将序列化后的数据（字节流或文本）重新转换为数据结构或对象，以便程序能够使用。

示例：

{
    "name": "Alice",
    "age": 25
}

user = User("Alice", 25)

ok，那么对于一些网络相关知识，小编先分享到这