本文主要介绍网络的一些基础概念，不涉及具体的操作原理，旨在构建对网络的基础认识。

1、网络的早期发展历程

20世纪50年代

在这一时期，计算机主机非常昂贵，而通信线路和设备相对便宜。为了共享计算机主机资源和进行信息的综合处理，形成了第一代的以单主机为中心的联机终端系统。这种系统的特点是所有终端共享主机资源，但线路利用率低，主机效率也较低。

20世纪60年代

1960年代，网络技术开始快速发展。1969年，美国国防部高级研究计划署（ARPA）的前身ARPAnet投入使用，标志着现代计算机网络的诞生。ARPAnet最初主要用于军事研究目的，其技术上的重大贡献包括TCP/IP协议簇的开发和利用。ARPAnet的试验奠定了Internet存在和发展的基础12。

20世纪70年代至80年代

1983年，ARPAnet分裂为两部分，ARPAnet和纯军事用的MILNET。同时，局域网和广域网的产生和发展对Internet的进一步发展起了重要作用。其中，美国国家科学基金会（NSF）建立的NSFnet在全美国建立了按地区划分的计算机广域网，并将这些地区网络和超级计算机中心互联起来。

20世纪90年代至21世纪初

进入90年代，随着浏览器和万维网的出现，互联网开始真正普及。人们可以通过浏览器浏览网页、获取信息、购物等。此后，互联网的发展经历了商业化阶段和普及化阶段，越来越多的商业公司开始利用互联网提供服务和产品。随着智能手机和平板电脑的普及，互联网进一步向移动化发展。

2、认识一下协议

<1>基本概念

在网络诞生前，计算机主要用于计算数据，科学家使用计算机进行数据传输时，都采用类似软盘的方式进行传输。随着时代的发展，这种低效的传输方式被淘汰，出现了网络。但是早期的网络都是被各大高校和实验室开发出来，这种网络在传输数据的方式都有所不同，为了节约通信成本，各大高校和知名企业联合在一起决定一些协议，也就约定网络传输的一些规则与标准。所以，其实协议就是一种约定。

<2>网络分层结构 -- 网络 和 OS之间的关系

1、软件分层

在我们日常编写软件的过程中，分层其实是非常常见的一种做法，就比我们的操作系统，在操作系统的上层还有系统调用，在系统调用的上层就是应用层。这种分层的方式能够解决许多的问题，这种分层的方式是松耦合的，可以随时替换代码或维护。

 2、网络分层

<1>为什么存在网络以及带来的问题

网络的存在本质上就是为了解决远距离的通信问题，降低通信的成本。现在的计算机可能不同的部件分布在全国各地，这就会带来新的一些问题。比如：1、如何使用数据的问题 2、可靠性的问题3、主机的定位问题4、数据报的局域网转发问题等。

<2>解决方案

为了解决上面的问题，就有人提出了网络协议的方案，比较著名的就是tcp/ip协议。我们该怎么评判这种解决方案的好坏呢？这就要看这些协议是否是可拓展、是否方便维护。而其中分层设计就能很好地满足这种要求，所以这也是网络协议分层的原因。

<3>OSI七模型层

1. 物理层（Physical Layer）

• 具体作用：
  • 在物理媒体上发送和接收比特流（0和1）。
  • 定义电压、接口的物理形状、引脚分配等。
• 具体功能：
  • 信号编码（如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码）。
  • 信号传输媒介（双绞线、同轴电缆、光纤）。
  • 物理拓扑结构（星型、总线型、环形）。

2. 数据链路层（Data Link Layer）

• 具体作用：
  • 在相邻节点之间提供可靠的数据传输。
  • 处理由物理层提供的原始比特流。
• 具体功能：
  • 帧的封装（添加首部和尾部）。
  • 差错检测（如循环冗余检测CRC）和纠正。
  • 流量控制（如滑动窗口协议）。
  • 访问控制（如CSMA/CD、令牌传递）。

3. 网络层（Network Layer）

• 具体作用：
  • 负责数据包从源主机到目的主机的传输。
  • 路由选择，确定最佳路径。
• 具体功能：
  • 路由算法（如距离向量算法、链路状态算法）。
  • 数据包转发。
  • IP地址分配和寻址。
  • 拥塞控制。

4. 传输层（Transport Layer）

• 具体作用：
  • 确保数据的端到端可靠传输。
  • 为应用层提供端口号服务。
• 具体功能：
  • 端到端连接的建立与终止（如TCP的三次握手）。
  • 数据分段与重组。
  • 流量控制（如TCP的滑动窗口）。
  • 错误恢复（如TCP的超时重传）。

5. 会话层（Session Layer）

• 具体作用：
  • 管理会话的建立、维护和终止。
  • 同步不同应用程序之间的对话。
• 具体功能：
  • 会话管理（如会话检查点、恢复）。
  • 同步（如数据同步、会话同步）。

6. 表示层（Presentation Layer）

• 具体作用：
  • 确保数据在网络中传输前后的表示格式是一致的。
  • 处理数据的加密和解密。
• 具体功能：
  • 数据加密和解密。
  • 数据压缩和解压缩。
  • 数据格式转换（如不同字符集之间的转换）。

7. 应用层（Application Layer）

• 具体作用：
  • 为用户提供网络服务。
  • 实现网络应用程序。
• 具体功能：
  • 文件传输（如FTP）。
  • 电子邮件（如SMTP）。
  • 网页浏览（如HTTP）。
  • 域名解析（如DNS）。

为了解决上述的一些问题，就有人提出OSI七层模型。虽然这里网络协议被分成了7层，但实际上我们在实际应用时，上三层被合成了一层应用层。(如下图)

与操作系统的关系

在物理层，与网络相关的硬件结构就是网卡，网卡的驱动程序就是数据链路层。需要特别注意的是，传输层和网络层是操作系统内部源代码的一部分，说明操作系统自己也会实现网络的相关功能。同时在应用层系统也会提供相关的网络接口，供上层开发网络程序。为了方便网络接口的使用，有人对系统提供的网络方面的系统调用进行封装，形成网络库。

无论是window，linux还是其他的操作系统，只要想要入网，就必须遵守这些网络协议。这也就是各个操作系统之间能够通信的原因。

<4>语言层面，理解协议

上文对协议进行了简单描述，为了更直接对这些协议进行理解，下面用张图来对协议进行简单理解。

在实际的传输过程中，我们是以报文的方式来对数据进行传输，其中这些数据肯定是要以结构化数据进行传输(操作系统基本就是使用C语言进行编写的，这里结构化数据一般就是结构体)，如何让两边都认识对方发送的结构化数据呢？那就是协议的功劳了，协议会规定相同的结构体格式，这时通信双方就都能够认识对方数据了。

3、网络传输

<1>局域网传输过程

假设在一个局域网下，有多台主机，其中主机A和主机D之间需要通信。那么这两个主机之间能否之间通信吗？能。主机A会在局域网中发送数据，其中所有的主机都会接受到该信息，但是由于该信息是发送给主机D的，所以其他主机都不会处理这消息。而Mac地址就是在同一局域网下每台主机的唯一标识，就和我们的名字一样，主机A发送的消息中就包含了目标主机的Mac地址，这也是以太网通信的原理。

在局域网中主机A发送消息时，如果有其他主机一起发消息，主机A就会对消息进行检测碰撞与避免碰撞，其他主机同理。如果同时发送消息的主机多了，局域网中的消息就会发生碰撞。所以当我们想要干扰局域网通信时，只要向局域网中不断发送垃圾数据。为了避免这种数据碰撞的局面，当需要发送数据的主机检测到碰撞时，一般会先等待碰撞域(局域网)中的数据减少以后再发。所以在一个局域网中，主机当然是越少越好(这就和我们上课时，一个班的人越少越好，每个人说的话也更能听清)

同时我们也可以在任一时刻只让一台主机发送消息，此时我们也可以将局域网看成一种临界资源。这也是令牌环网的大致工作原理，而令牌环网中有一张令牌，这相当于我们保护临界资源的锁。

<2>协议层面的传输

当我们在协议层面传输报头，是自顶向下传输的，其中在应用层输入消息，想要发送给另一台主机，我们就必须让消息从应用层开始，向下传输到链路层，再经过底层的网卡发送消息。其中需要发送消息的主机在每经过一层协议时，都会在发送的消息前加上一个对应的协议报头。其中，需要发送的消息中除了协议报头，其余部分，我们就称为有效载荷。从应用层不断向下加报头的过程，我们就称为封装。而在接受方，主机收到消息后，依次向上去掉协议的报头，这个我们称为解包。

这里消息就是报文，报文 = 协议报头 + 有效载荷。 应用层的报文一般叫请求或应答，传输层的包头一般叫数据段，网络层的报文一般叫数据报，链路层的报文我们一般称为数据帧。

怎么理解协议报头呢？举个生活中的例子，现在我买了一双鞋，但是我收到快递时，收到的却是一个鞋盒，鞋盒上记录了卖家和买家的基本信息。这个信息并不是给买家和卖家看的，而是给快递公司看的，所以这里鞋盒就相当于报头。在计算机中，这些报头其实就是标明消息要传输给哪一个主机，以及特定协议层中的哪一个协议(其实每一层协议栈都包含了很多的协议)。当接收方接受到报文时，会将链路层的报头与报文进行分离，链路层会解析报头的数据，决定传给网络层的哪个协议，不断重复，直至应用层取到需要的数据（这个过程我们称为分用）。

小结：任何的协议，都要有让报头与有效载荷的分离的能力，并且要有分用的能力。

 <3>跨局域网数据传输

当我们需要跨局域网进行传送数据时，此时我们就需要使用到路由器这个设备了。路由器一般是要横跨两个网络的。用户A将数据自顶向下传递到数据链路层后，数据链路层会将报文发送路由器，路由器会对报文解包后，再分用封装发送给目标主机所在的局域网当中。

具体过程：

 在介绍具体发送过程前，我们首先需要了解一些前置知识。当我们的IP报文被传递到链路层时，链路层会在报文前加上链路层报头。其中报文中就包含了两套地址，一套是最终的目的地和源头，也就是目的IP地址和源IP地址，另一套地址是当前所处机器的Mac地址和需要经过的下一台主机的Mac地址。需要注意的目的IP和源IP是一定不会变的，这就和我们平常定的目标一样，而Mac地址就像我们为了完成目标，途中指定的阶段性计划。一旦目标变了，日常的计划也就变了。

IP地址一般标识形式是点分十进制， 具体格式就是 XXX.XXX.XXX.XXX 。大小为32字节，公网使用的IPv4，国内大部分使用的也是IPv4，IPv6是另外一种IP协议报文。

当用户A的底层数据将链路层报文发送以后，路由器会收到用户A发来的报文，然后会对报文进行解包，解包后重新对其进行封装，不过需要注意的是，此次封装是在另一种局域网当中。封装以后经由网卡发送以后，用户B接受到报文后对报文进行层层解包后就可以拿到数据。在我们日常生活中，一条数据从用户A发送用户B可能会经过很多的路由器，期间会经历很多的局域网，其中各种局域网的传输方式可能不同，但是IP地址却一直没有变化，这种采用IP地址标明用户的方式屏蔽了底层局域网的差异，是一种很好的网络虚拟化技术。IP层协议往上的协议都一样，IP层协议往下的局域网差异被路由器解决，所以我们在网络上只讨论IP协议。

以上就是所有内容，本文不具体介绍计算机网络的相关知识，只是帮助大家构建相关的概念，方便后续理解，以上就是所有的内容，文中如有不对之处，还望各位大佬指正，谢谢!!!