网络通信基础

一、什么是网络通信

网络通信，简单来说就是两台或多台设备之间通过网络介质交换数据。设备可以是电脑、手机、服务器、路由器、物联网设备等。

通信的本质：发送方把信息转换成二进制比特流，经过网络传输，到达接收方，再还原成原始信息。
想要通信成功，必须满足两个前提：

1. 双方使用相同的网络协议（共同“语言”）；
2. 存在物理/逻辑通路（网线、光纤、Wi-Fi等传输介质）。

二、通信的几个基础概念

1. 主机

接入网络、能够收发数据的终端设备，我们称为主机，例如电脑、手机、服务器。每一台主机在网络中都有标识。

2. IP 地址

IP地址是主机在网络层的身份编号，用来在互联网中定位一台主机，作用类似家庭住址。

• IPv4：192.168.1.100，点分十进制；
• IPv6：解决IPv4地址枯竭问题，地址更长。

注意：IP地址定位到主机，但一台主机上会同时运行很多程序（浏览器、微信等），IP只能找到机器，不能找到具体应用。

3. 端口号（Port）

端口号用来定位一台主机上具体的进程/应用程序，范围：0 ~ 65535。

• 知名端口：0 ~ 1023，系统预留，例如80端口HTTP，443端口HTTPS，22端口SSH；
• 动态端口：1024 ~ 65535，客户端程序临时使用。

IP + 端口号 = 套接字（Socket），可以唯一标识网络上一个应用服务。

4. MAC地址

MAC地址（物理地址）是网卡出厂固化的硬件地址，用于同一个局域网内部识别设备。

• 格式：00:11:22:aa:bb:cc；
• 工作范围：仅在当前局域网内生效，跨网段通信时，MAC地址会不断变化。

5. 客户端与服务端

网络通信最常见模型：C/S（客户端/服务端）模型

• 服务端：一直监听某个端口，被动等待连接，提供服务（Web服务器、数据库）；
• 客户端：主动发起请求，向服务端索取数据（浏览器、APP）。

还有B/S模型（浏览器/服务端），属于C/S的子集，客户端就是浏览器。

三、数据封装与解封装（通信核心流程）

数据在发送主机从上往下穿过TCP/IP四层模型，每一层都会增加当前层的头部信息，这个过程叫封装；
到达目标主机后，从下往上，逐层剥离头部，提取上层数据，称为解封装。

以浏览器访问网页为例：

1. 应用层：浏览器生成HTTP请求报文（原始数据）
2. 传输层：添加TCP头部（源端口、目标端口、序号等），组成TCP段
3. 网际层：添加IP头部（源IP、目标IP），组成IP数据包
4. 网络接口层：添加以太网头部（源MAC、目标MAC），组成数据帧
5. 转换成比特流，通过网线/Wi-Fi发送出去

接收端反向操作：
网络接口层 → 剥掉以太网头 → 网际层剥IP头 → 传输层剥TCP头 → 最后把HTTP报文交给浏览器。

一句话记忆：发送：从上到下，层层加头；接收：从下到上，层层去头。

四、两种传输方式：单播、广播

1. 单播：一对一通信，数据从一台主机发给另一台指定主机。日常上网、访问网站都是单播。
2. 广播：一对所有，数据发给局域网内全部主机。ARP查找MAC地址就是广播。广播包不能穿过路由器。

补充：组播（多播），一对一组，多用于直播、视频流。

五、网络设备基础作用

• 网卡：主机接入网络的硬件，负责二进制信号收发，拥有MAC地址；
• 交换机：工作在数据链路层，局域网内部转发数据帧，依靠MAC地址转发；
• 路由器：工作在网络层，连接多个不同网络，依靠IP地址做路由，隔离广播域；
• 防火墙：基于策略过滤数据包，保障网络安全。

区分重点：交换机看MAC，路由器看IP。

六、数据传输完整简化示例

浏览器访问 www.runoops.com

1. 先通过DNS协议，把域名解析成服务器IP；
2. 客户端发起TCP连接（三次握手）；
3. 浏览器封装HTTP请求，逐层打包，发给服务器；
4. 服务器收到数据包，逐层解封装，读取HTTP请求；
5. 服务器构造HTTP响应，封装后回传给客户端；
6. 客户端收到响应，解封装，渲染网页；
7. 通信结束，断开TCP连接（四次挥手）。

七、小结

网络通信本质是主机间的数据交换。
IP定位主机，端口定位程序，MAC用于局域网设备识别。
数据传输遵循封装和解封装；交换机基于MAC转发，路由器基于IP路由。
客户端-服务端是最主流的通信模型。

思考题：MAC地址和IP地址有什么区别？什么时候用MAC，什么时候用IP？