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前言

在很久之前，计算机刚刚被研究出来，当时的计算机还不能上网，玩游戏等，它只用于科学家，并没有给普通人使用。

后来，科学家们想要让两台计算机之间互相通讯，但是如果想要两台计算机互相通讯，则需要满足一样的协议，只有计算机遵守了这种协议，才能够实现通讯。

然而，让计算机通讯可不是一件简单的事，需要很多的协议，才能实现通讯，例如：

一台计算机发出的消息如何才能发到指定的计算机，目标计算机怎么才能知道这个消息是发送给自己的？如果不解决这个问题，那么可能你想发给朋友的消息发到了公司的计算机里面。
计算机如何识别这个信息是发送给电脑上的那个软件的？如果不解决这个问题，那么可能你微信发出去的消息发到了对方的QQ里面，这显然不是人们想要的结果。
发送的信息如果在传输过程中丢失了怎么办？发送的信息有没有办法重新发送？

…………

科学家们为了解决这些问题，开始了他们的努力。

基本知识：局域网的组成和IP地址

（本人画画不太美观，凑合着看吧）

以上就是局域网的基本组成，圈圈代表计算机，两台计算机，用网线连接到了交换机。

科学家为了让计算机可以通讯，于是发明了IP地址。

IP地址

什么是IP地址呢？你可以理解为他是每台计算机在局域网内的住址。每台计算机在局域网内都有一个独一无二的IP地址，目前最新一代的IP地址是ipv6，也就是第六代IP地址，据说他的数量非常多，可以给地球每一粒沙子分配一个IP地址。但是目前我们仍然在使用ipv4网络。

现在我们给计算机分配一个IP地址：

OK，现在我们的计算机有了一个IP地址，IP地址的组成是:X.X.X.X，X的取值范围是0-254.

这里还要和大家讲一下子网掩码和网段。子网掩码决定了网段。子网掩码有这么几个格式：

255.0.0.0
255.255.0.0
255.255.255.0

例如255.255.255.0，那么该局域网内的所有IP地址都必须是10.1.1.X，当然，前三位是可以任意改变的。但是一旦确认了，就不会变了。例如确定为10.2.2.X，就不能改变了。

网关的IP地址一般是10.1.1.1或10.1.1.254。

此外还需注意，还有一类IP地址叫做公网IP地址，通过这个IP地址，我们可以获取你的地理位置，一般性误差在5公里左右。

MAC地址

MAC地址指的是每一台计算机的唯一地址，可以用来分辨发给那一台计算机，一般性交换机都会有一个MAC地址缓存表，可以绑定MAC地址和IP地址，当交换机接收到消息之后，就可以根据MAC地址给到IP地址，从而发送到计算机上。他也有一种格式，是XX-XX-XX-XX-XX-XX。例如：0E-4R-8F-ER-3C-4F.

这些都属于局域网的基本学习要点，本章主要不是讲解局域网，而是讲解TCP/IP协议簇，所以对这些知识只是基本讲解，如果大家想要继续学习的话，可以在网上找寻一些资料来看看，都不错。

补充：运行一个软件后，他会做什么？

这里是为后文做一些基本的讲解，所以建议大家读一下，如果你会了，你可以直接跳过。

当你在计算机上运行了一个软件之后，例如聊天软件，他会在你的电脑上运行一个进程，例如Edge浏览器，他会在你的电脑上运行msedge.exe的进程。当一个聊天软件开启之后，他还会在你的电脑上开启一个端口，用来接收数据。这个端口是由软件开发者决定的。而且软件开发者可以选择TCP和UDP两种协议，这两种协议在之后也会和大家讲。

OSI七层模型

1974年，ISO国际标准化组织发布了OSI参考模型：

OSI（开放式系统互联,Open System Interconnection）模型分为应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层和物理层。其中每一层都有非常重要的作用。

网络通讯极其复杂，设计到的协议也很多，所以科学家在发明网络通讯协议时，使用了分层的思想，将复杂问题简单化，提高效率。

可惜的是，OSI模型并没有被人们使用，因为后来有科学家又提出想法，把表示层和会话层的功能合并到应用层里面。其中有两个协议非常重要，一个叫IP协议，一个叫TCP协议，于是取名叫TCP/IP五层协议。

TCP/IP五层模型

TCP/IP五层协议，包括了应用层，传输层，网络层，数据链路层和物理层。

请记住以下的重要知识点，我会和大家解释一下：

设备完成那一层的工作，他就工作在那一层。
设备的功能向下兼容，例如引用层的设备，他也会懂得下面四层的知识。
两台计算机的相同层之间的协议都是相同的。

电脑是工作在引用层的，也就是说电脑自己就明白了传输层，网络层，数据链路层和物理层的知识。

什么叫“两台计算机的相同层之间的协议都是相同的”呢？也就是说两台电脑的相同层使用一样的协议。例如TCP协议，他就是在传输层，那么所有使用TCP/IP五层协议模型的计算机，他们的传输层都知道TCP协议。

一些科学家又说，要把数据链路层和物理层归并为网络接口层，但是现在全世界仍然在使用TCP/IP五层架构。

数据的封装和解封装的大致流程

那么，现在问题来了，他们每一层的功能是什么呢？当你在QQ软件里面写好内容一回车，你的电脑做了什么呢？当对方QQ回你消息之后，你的电脑又做了什么呢？

注意，这里是数据封装和解封装的基本流程，事实上复杂得多，这里知识写一个大致流程。

应用层

首先，假设现在我们开发了一款聊天软件TT聊天，他的开放端口号是TCP/1888（TCP协议会讲），然后，我的电脑使用TT软件给小爱发了一条Hello。首先，TT软件他又一个进程名，例如tt.exe，那么，Hello的信息就会给到传输层。

传输层

这里要给大家讲一下TCP协议和UDP协议，以便大家更好的理解。

UDP协议

UDP协议(User Datagram Protocal)，是传输层的一个重要协议，该协议的特点是快速，高效，使用UDP的服务有：DNS，TFTP，SMB等。该协议定义了端口，并要求数据帧在传输过程中必须加上端口号，在到达对方计算机之后，就可以根据端口号找到进程。因为其简单，容易实现的特点，所以在互联网初期，数据在传输层的封装都是用UDP协议。但是UDP协议没有确认机制，也就是说如果数据包发出之后，无法知道对方计算机有没有接收到，所以可靠性较差。因此，人们又开发出了TCP协议。

TCP协议

TCP协议（Transmission Control Protocol），是目前主流的数据段封装协议。TCP在UDP的基础上，增加了重发机制和三次对话机制，一旦对方计算机没有接收到数据，就会重新发送，这样提高了数据传输的可靠性。但是与其同时，这样会加满数据的传输速度，影响性能。目前很多服务都在使用TCP作为他们的数据段封装协议。例如HTTP,HTTPS,FTP.POP3等。TCP协议是目前主流的传输层封装协议。

理解完了UDP和TCP协议之后，我们再来看，由于我们的TT软件是TCP/1888，所以我们在这一层会被加上一段东西。这段东西里面包括：我们使用的协议（TCP），我们使用的端口（1888）。只有这样，当数据发送到对方计算机后，对方计算机的传输层才能把数据发到对方计算机的TT软件里面。这段包含端口和协议的数据叫做TCP/UDP头，由数据和TCP/UDP头组成的数据叫数据段。

这样，数据段被传输层扔到了下一层：网络层。

网络层

在传输层，数据已经有了目标：就是对方计算机的TT软件，可是，他还不知道对方计算机是哪台计算机。于是，我们必须告诉这个数据对方计算机的IP地址。这个重大的任务就交给了网络层，网络层要给数据段加上一段东西，让他明白他要前往哪一台计算机。

在这一层里面，有一个非常重要的协议叫做IP协议，当传输层知道了IP相关内容后，才能够有能力告诉数据段他的目标IP。加上去的这段IP，叫做IP包头。IP包头里面含有自己的IP地址和对方的IP地址，这样，数据段就知道了目标IP是什么。加上了IP包头的数据段，叫做IP包，也叫做报文。

就这样，数据完成了网络层的游行，网络层会把他扔给数据链路层，当然，在这里，我要再给大家讲一下网络层的另外几个重要协议：ICMP和ARP协议，这里暂时不讲解，之后我会出一篇计算机网络协议的内容，把ICMP,ARP,IP等重要协议以及TCP/IP各层的详细内容讲解一下。

数据链路层

数据链路层的主要任务是将IP包里面添加目标MAC地址，让这个数据能够知道目标的MAC地址，在这一层中的主要协议就是MAC子层协议。当数据包有了目标MAC地址之后，其实就已经可以发送出去了。数据链路层加上的数据表MAC子层，其中包括自己的MAC地址和目标的MAC地址，这时候，这个包的名字叫做数据帧。与此同时，数据链路层还会加上一个叫做FCS的数据，一边核对前面数据的完整性。

物理层

物理层接收到数据帧之后，就会通过网线把这个数据帧发到对方计算机的物理层上，对方计算机接收到了这个数据帧之后，就会一步步解包。从而把Hello发送到tt.exe进程中，这样，小爱就能接收到我的数据了。

结束

本文讲解了OSI七层模型，TCP/IP五层模型和每一层的基本功能，之后还会出一篇计算机通讯协议的讲解，敬请期待。同时推荐大家阅读《计算机网络》补一点基础知识。

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