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网络原理初识

news 来源：原创 2025/8/13 20:36:46

本来想从网络的发展史开始写,之后再写网络的定义啥的,但快写完了才发现,这不课本教材吗,没劲,遂弃之,重撰,删芜就简.写点我认为,对程序员来说真正有用的东西

IP地址

概念

格式

特殊地址

端口号

概念

格式

协议

概念

知名协议的默认端口

五元组

协议分层

OSI七层模型

TCP/IP网络模型

应用层：服务交互接口

传输层：端到端连接管理

网络层：全局寻址与路由

数据链路层：局域网络传输

物理层：信号传输基础

封装与分用

封装过程（发送端）

分用过程（接收端）

技术价值

网络互连的目的是进行网络通信，也即是网络数据传输，更具体一点，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。

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。就像快递员需要精确的收件地址才能派送包裹，网络世界中的数据传递也需要明确的定位标识。当北京的程序员向上海的服务器请求数据时，IP地址就如同包裹上的"城市+街道+门牌号"，指引着数据包跨越数千公里精准抵达目标设备。

格式

IPv4地址基本结构

32位二进制数（4字节），分4段十进制表示
示例：11000000.10101000.00000001.00000001 → 192.168.1.1
点分十进制记法：每字节转为0-255整数，用点分隔
有效范围：0.0.0.0 ~ 255.255.255.255

IPv6地址基本结构

128位二进制数（16字节），分8组十六进制表示
示例：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
压缩规则：
- 前导零省略：0db8 → db8
- 连续零块压缩：2001:0:0:0:0:0:0:1 → 2001::1

特殊地址

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。

IP地址解决了网络通信时，定位网络主机的问题，但是还存在一个问题，传输到目的主机后，由哪个进程来接收这个数据呢？这就需要端口号来标识。

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。就像酒店的房间号,想象你要给某栋大楼里的朋友送快递：

IP地址 = 大楼地址（找到正确的建筑）
端口号 = 房间号（把包裹送到具体的收件人）

一台电脑就像一栋有很多房间（程序）的大楼，端口号告诉网络数据应该送到哪个"房间"（具体哪个软件收数据）。比如：

浏览器访问网站 → 找服务器的 80号房间（HTTP协议）
微信视频通话 → 用 随机空闲房间（如5000~60000之间的端口）

格式

16位无符号整数（取值范围：0~65535）
在TCP/UDP协议头部中占据 2字节存储空间

分类标准

类型	范围	用途说明	典型示例
知名端口	0~1023	系统级服务专用端口	HTTP=80, HTTPS=443
注册端口	1024~49151	用户级应用注册端口	MySQL=3306, Redis=6379
动态/私有端口	49152~65535	客户端临时使用端口	微信视频通话随机端口

有了IP地址和端口号，可以定位到网络中唯一的一个进程，但还存在一个问题，网络通信是基于二进制 0/1数据来传输，如何告诉对方发送的数据是什么样的呢？网络通信传输的数据类型可能有多种：图片，视频，文本等。同一个类型的数据，格式可能也不同，如发送一个文本字符串“你好！”：如何标识发送的数据是文本类型，及文本的编码格式呢？基于网络数据传输，需要使用协议来规定双方的数据格式。

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。通常由三要素组成,就像人类交流的语法规则,想象两个说不同语言的人要合作完成项目：

语法 = 单词排列顺序（英文用主谓宾，日文用主宾谓）
语义 = 词语真实含义（"提交"代表完成动作）
时序 = 对话节奏（A说完B才能回应）

网络协议就是计算机界的"多国语言词典"，规定数据如何打包、传输和解码。比如：

HTTP协议：浏览器和服务器约定好"问-答"格式

浏览器问：GET /index.html  
服务器答：200 OK + 网页内容

TCP协议：像打电话要先说"喂？"，挂断前说"再见"

知名协议的默认端口

系统端口号范围为 0 ~ 65535，其中：0 ~ 1023 为知名端口号，这些端口预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议，如：

端口号协议名称典型应用场景
20 FTP (Data Channel) 文件传输协议的数据通道
21 FTP (Control Channel) FTP服务命令控制通道
22 SSH 安全加密的远程服务器管理
23 Telnet 明文远程终端协议（已逐步被SSH取代）
25 SMTP 邮件发送服务（如Postfix/Sendmail）
53 DNS 域名解析服务（UDP/TCP双协议支持）
67 DHCP Server 动态主机配置协议服务端
68 DHCP Client 客户端获取IP地址
80 HTTP 网页服务标准端口（Nginx/Apache）
110 POP3 邮件收取协议（明文传输）
123 NTP 网络时间协议同步
143 IMAP 邮件同步协议（支持多设备）
443 HTTPS 加密版HTTP（需部署SSL/TLS证书）
465 SMTPS 加密邮件提交端口
587 Submission 安全邮件提交端口（强制STARTTLS）
993 IMAPS 加密IMAP协议
995 POP3S 加密POP3协议

以上只是说明 0 ~ 1023 范围的知名端口号用于绑定知名协议，但某个服务器也可以使用其他 1024 ~ 65535 范围内的端口来绑定知名协议。

端口号	协议名称	典型应用场景
20	FTP (Data Channel)	文件传输协议的数据通道
21	FTP (Control Channel)	FTP服务命令控制通道
22	SSH	安全加密的远程服务器管理
23	Telnet	明文远程终端协议（已逐步被SSH取代）
25	SMTP	邮件发送服务（如Postfix/Sendmail）
53	DNS	域名解析服务（UDP/TCP双协议支持）
67	DHCP Server	动态主机配置协议服务端
68	DHCP Client	客户端获取IP地址
80	HTTP	网页服务标准端口（Nginx/Apache）
110	POP3	邮件收取协议（明文传输）
123	NTP	网络时间协议同步
143	IMAP	邮件同步协议（支持多设备）
443	HTTPS	加密版HTTP（需部署SSL/TLS证书）
465	SMTPS	加密邮件提交端口
587	Submission	安全邮件提交端口（强制STARTTLS）
993	IMAPS	加密IMAP协议
995	POP3S	加密POP3协议

五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信.五元组是网络通信的"分子级"标识符，由五个关键参数组合而成，能够唯一确定一条网络连接。其作用相当于快递系统中的完整物流信息，确保数据包精准送达目标应用。

组成要素

参数项	数据示例	技术作用
源IP地址	192.168.1.100	标识数据发送设备的位置
源端口号	54321	定位发送主机的具体进程
目的IP地址	203.0.113.5	指定数据接收设备的网络坐标
目的端口号	443	确定接收主机的目标服务
传输层协议	TCP	定义通信规则（可靠/不可靠传输）

可以在cmd中，输入 netstat -ano 查看网络数据传输中的五元组信息：

协议分层

协议分层是将复杂网络通信拆解为多个独立功能层，每层专注特定任务（如传输、寻址、数据格式化），通过标准接口向上提供服务、向下调用功能。协议分层如同建造摩天大楼的施工蓝图，将复杂的网络通信分解为多个功能模块。每个层级专注解决特定问题，通过标准接口与相邻层交互，这种设计使得：

技术演进独立：更新无线技术（Wi-Fi 6）无需修改上层HTTP协议
故障定位精准：网络不通时可逐层排查（先查物理连接再查IP配置）
开发效率提升：程序员可专注应用层开发，无需处理比特流转换

OSI七层模型

只是个理论了解了解就行,OSI七层模型（开放式系统互联参考模型）是国际标准化组织（ISO）提出的网络通信理论框架，将通信过程划分为7个层级，每层定义明确功能，下层为上层提供服务，是全球网络协议设计的理论基础。

层级	名称	核心功能	关键协议/设备	数据单元
7	应用层	用户与网络的接口（文件传输、邮件收发）	HTTP、FTP、SMTP	报文/消息
6	表示层	数据格式转换（加密、压缩、编码）	SSL/TLS、JPEG、ASCII	格式化数据
5	会话层	建立/维护/断开会话（设备间对话逻辑）	NetBIOS、RPC、SSH	会话数据
4	传输层	端到端可靠传输（流量控制、错误校验）	TCP、UDP	数据段
3	网络层	逻辑寻址与路由（跨网络传输路径选择）	IP、ICMP、路由器	数据包
2	数据链路层	物理寻址与帧管理（局域网内设备通信）	以太网、MAC地址、交换机	数据帧
1	物理层	物理介质传输（电信号、光信号、无线电波）	网线、光纤、集线器	比特流

TCP/IP网络模型

应用层：服务交互接口

应用层直接对接用户程序，定义应用程序间的通信规则。常见协议包括：

HTTP协议：支撑网页浏览
SMTP/POP3协议：实现邮件收发
DNS协议：完成域名到IP地址的转换
FTP协议：管理文件传输

数据在此层被封装为特定应用协议格式，例如网页请求会被包装为HTTP报文。程序员通过调用API接口，无需关心底层实现即可完成网络通信。

传输层：端到端连接管理

该层建立主机进程间的逻辑通信通道，核心协议包括：

TCP协议：提供面向连接的可靠传输

三次握手建立连接
数据分段与序列编号
流量控制与重传机制

UDP协议：支持无连接的快速传输

适用于实时音视频流
不保证数据完整性

端口号（0-65535）在此层标识具体应用进程，如80端口对应HTTP服务。TCP/UDP头部包含源端口、目的端口及校验信息。

网络层：全局寻址与路由

IP协议是本层核心，实现两大核心功能：

地址规划

IPv4采用32位地址（如192.168.1.1）
IPv6扩展为128位地址（如2001:0db8::1）
子网划分提升地址利用率

路由选择

路由器根据路由表转发数据包
OSPF、BGP等路由协议维护网络拓扑
NAT技术实现公私地址转换

数据包在此层添加IP头部，包含源/目的IP地址、TTL生存时间等字段。分片机制确保大数据包适配不同网络的最大传输单元（MTU）。

数据链路层：局域网络传输

管理同一物理网络内的设备通信：

MAC地址（如00:1A:2B:3C:4D:5E）标识网卡设备
以太网协议规定帧结构（前导码+MAC头+数据+FCS）
交换机通过MAC地址表实现帧转发
ARP协议解析IP地址到MAC地址的映射

错误检测通过帧校验序列（FCS）实现，使用CRC算法验证数据完整性。VLAN技术可在物理网络中创建逻辑子网。

物理层：信号传输基础

实现比特流的物理传输：

定义电气特性（电压标准）
规定接口规范（RJ45、光纤接口）
调制技术（QAM、OFDM）
传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波）

该层设备包括集线器、中继器等，负责将数字信号转换为电磁波、光信号或无线电波。传输速率、误码率、信噪比是主要技术指标。

封装与分用

在TCP/IP网络模型中，封装（Encapsulation）和分用（Demultiplexing）是实现跨层通信的关键流程，二者共同构成数据收发的基础逻辑。

封装过程（发送端）

数据从应用层向物理层逐层加工：

应用层
原始数据（如HTTP请求）添加应用协议头（HTTP头），包含请求方法、URL路径等信息。

传输层
接收应用数据单元（ADU），添加TCP/UDP头部：

源端口 & 目的端口（标识应用程序）
序列号 & 确认号（TCP可靠性保障）
校验和（数据完整性验证）
形成报文段（Segment）或数据报（Datagram）

网络层
附加IP头部生成数据包（Packet），包含：

源IP & 目的IP（全球寻址）
协议类型（TCP=6/UDP=17）
TTL（生存周期计数器）

数据链路层
封装为帧（Frame），添加：

源MAC & 目的MAC（局域网寻址）
VLAN标签（虚拟网络划分）
FCS校验码（CRC循环冗余校验）

物理层
将二进制比特流转换为物理信号（电脉冲/光信号/电磁波），添加前导码实现时钟同步。

分用过程（接收端）

数据从物理层向应用层逆向解析：

物理层
将模拟信号还原为数字比特流，移除前导码。

数据链路层

校验FCS确认帧完整性
比对MAC地址决定是否接收
剥离帧头得到IP数据包

网络层

检查IP头部校验和
根据目的IP判断是否本机接收
分片数据包重组（若存在）

传输层

通过端口号定位目标应用程序
TCP协议执行顺序重组和丢包重传
移除TCP/UDP头部传递应用数据

应用层
特定协议解析（如HTTP响应解析），将有效载荷交付用户程序。

技术价值

协议隔离性：各层仅需理解相邻层接口，无需感知其他层实现细节
模块化扩展：新协议可在特定层级独立部署（如HTTP/3在应用层升级）
错误隔离：物理层误码不会影响传输层连接管理
多路复用：单个IP地址可通过不同端口并发处理多种服务

网络原理初识

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编程日记 2025/6/29 3:59:33

企业开发平台大变革：AI 代理 + 平台工程重构数字化转型路径

在企业数字化转型的浪潮中，开发平台正经历着前所未有的技术革命。从 AST（抽象语法树）到 AI 驱动的智能开发，从微服务架构到信创适配，这场变革不仅重塑了软件开发的底层逻辑，更催生了全新的生产力范式。本文…...

编程日记 2025/6/29 3:17:12

ZooKeeper工作机制与应用场景

目录 1.1、概述1.2、选举机制1.2.1、选举触发条件1.2.2、选举规则1.2.3、选举过程详解 1.3、数据同步机制1.3.1、正常同步1.3.2、宕机同步 1.4、客户端常用命令1.5、应用场景1.5.1、配置管理1.5.2、命令服务1.5.3、分布式锁服务1.5.4、集群管理1.5.5、分布式ID1.5.6、分布式协调…...

编程日记 2025/6/29 2:37:06

VR制作软件用途（VR制作软件概述）

虚拟现实（VR）制作软件作为现代科技的瑰宝，正以独特的魅力重塑各行各业。通过构建三维虚拟环境，这些软件提供了前所未有的沉浸式体验，还推动了技术革新与产业升级。本文将探讨VR制作软件的主要用途，并重点…...

编程日记 2025/6/29 2:37:43

【PostgreSQL数据分析实战：从数据清洗到可视化全流程】电商数据分析案例-9.1 业务场景与数据准备

👉 点击关注不迷路 👉 点击关注不迷路 👉 点击关注不迷路文章大纲 9.1 业务场景与数据准备9.1.1 业务场景描述核心业务目标业务挑战 9.1.2 数据来源与获取数据源构成数据获取方案 9.1.3 数据结构与字段说明核心数据表设计1. 订单事实表&…...

编程日记 2025/8/13 18:17:12

PyTorch 入门与核心概念详解：从基础到实战问题解决

PyTorch 入门与核心概念详解：从基础到实战问题解决前言用PyTorch 编写 Transformer 模型时遇到了多个错误，包括维度不匹配、NaN 损失、注意力权重未记录以及 OpenMP 库初始化等问题。本文基于以上，对 PyTorch 的基本解释，并对…...

编程日记 2025/6/29 4:32:38

【办公类-99-05】20250508 D刊物JPG合并PDF便于打印

背景需求委员让我打印2024年2025年4月的D刊杂志，A4彩打，单面。有很多JPG，一个个JPG图片打开，实在太麻烦了。我需要把多个jpg图片合并成成为一个PDF，按顺序排列打印。 deepseek写Python代码代码展示 D刊jpg图片合…...

编程日记 2025/8/11 13:26:19

【C++】手搓一个STL风格的string容器

C string类的解析式高效实现 GitHub地址有梦想的电信狗 1. 引言：字符串处理的复杂性在C标准库中，string类作为最常用的容器之一，其内部实现复杂度远超表面认知。本文将通过一个简易仿照STL的string类的完整实现，揭示其设…...

编程日记 2025/6/29 4:30:35

无实体对话式社交机器人拟人化印象形成机制：基于多模态交互与文化适配的拓展研究

《如何感知AI对话者：无实体对话式社交机器人拟人化对其印象形成效果影响机制的实验研究》解析一、研究背景与核心问题（一）技术背景与研究动机随着生成式AI技术发展，以ChatGPT、文心一言为代表的无实体对话式社交机器人兴起，用户对其高度拟人化特征有显著需求，如扮演…...

编程日记 2025/6/29 5:01:09

存储器：DDR和独立显卡的GDDR有什么区别？

本文来简要对比DDR（Double Data Rate SDRAM）和GDDR（Graphics Double Data Rate SDRAM）的区别，重点说明它们在设计、性能和应用上的差异： 1. 设计目标与架构 DDR：通用型DRAM，设计为…...

编程日记 2025/6/29 3:19:14

viewDesign里的table内嵌套select动态添加表格行绑定内容丢失

问题描述 viewDesign里的table内嵌套select，表格的行数是手动点击按钮添加的，添加第一行选择select的内容能正常展示，添加第二行第一行的select的内容消失代码 <FormItem label"内饰颜色"><Tableclass"mt_10&q…...

编程日记 2025/6/29 2:19:00

vue v-html无法解析＜

vue v-html无法解析字符串的小于号方法一：可以替换成转义符 (实际还是会报错) let str 12345<445667 str.replaceAll(<, <)方法二：可以替换成中文小于号 let str 12345<445667 str.replaceAll(<, ＜)...

编程日记 2025/6/29 4:22:19

COLT_CMDB_linux_userInfo_20250508.sh修复历史脚本输出指标信息中userName与输出信息不一致问题

#!/bin/bash #IT_BEGIN #IT_TYPE3 #IT SYSTEM_LINUX_AGENTUSERDISCOVER|discovery.user[disc] #原型指标 #IT_RULE SYSTEM_LINUX_AGENTUSERGROUPID|groupId[{#USERNAME}] #IT_RULE SYSTEM_LINUX_AGENTUSERHOME|userHome[{#USERNAME}] #IT_RULE SYSTEM_LINUX_AGENTUSERNAME|user…...

编程日记 2025/8/9 17:21:01

A. Row GCD(gcd的基本性质）

Problem - 1458A - Codeforces 思路： 首先得知道gcd的两个基本性质： (1) gcd(a,b)gcd(a,|b-a|) (2) gcd(a,b,c)gcd(a,gcd(b,c)) 结合题目所给的a1bj，a2bj...... anbj 根据第一条性质得到： gcd(a1bj，a2bj)gcd(…...

编程日记 2025/6/29 2:19:03

k8s术语之Horizontal Pod Autoscaling

应用的资源使用率通常都有高峰和低谷的时候，如何削峰填谷，提高整体的整体资源利用率，让service中的Pod个数自动调整呢？Horizontal Pod Autoscaling:使pod水平自动缩放。这个Object也是最能体现kubernetes之于传统运维价值的地方&a…...

编程日记 2025/6/29 2:19:18

IP地址

概念

格式

特殊地址

端口号

概念

格式

协议

概念

知名协议的默认端口

五元组

协议分层

OSI七层模型

TCP/IP网络模型

应用层：服务交互接口

传输层：端到端连接管理

网络层：全局寻址与路由

数据链路层：局域网络传输

物理层：信号传输基础

封装与分用

封装过程（发送端）

分用过程（接收端）

技术价值

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