目录
[一. 计算机网络背景](#一. 计算机网络背景)
[二. 协议](#二. 协议)
[1. 网络协议](#1. 网络协议)
[2. OSI 七层模型](#2. OSI 七层模型)
[3. TCP/IP 五层模型](#3. TCP/IP 五层模型)
[三. 网络传输基本流程](#三. 网络传输基本流程)
[1. TCP/IP 协议](#1. TCP/IP 协议)
[2. MAC 地址](#2. MAC 地址)
[3. 数据封装和分用](#3. 数据封装和分用)
[4. 认识 IP 地址](#4. 认识 IP 地址)
[三. 认识端口号](#三. 认识端口号)
[1. 端口号划分](#1. 端口号划分)
[2. 端口号与进程 ID的关系](#2. 端口号与进程 ID的关系)
[4. 理解 socket](#4. 理解 socket)
[四. 传输层的典型代表](#四. 传输层的典型代表)
[1. TCP 协议](#1. TCP 协议)
[2. UDP 协议](#2. UDP 协议)
[五. 网络字节序](#五. 网络字节序)
一. 计算机网络背景
在早期，计算机体积庞大价格昂贵，一台计算机仅能供少数人在固定的地点进行使用，无法进行不同设备之间的数据互通，是一座巨大的信息孤岛。在 1950 年代，美国军方和科研机构开始尝试进行**"点对点连接"** ，将多台终端电话线连接到一台中心计算机 ，实现**"多终端共享单机资源"** ，本质是**"集中式连接"** 。到了 20 世纪初，由文顿・瑟夫（Vint Cerf）和罗伯特・卡恩（Robert Kahn）设计的 TCP/IP 协议 ，形成了互联网雏形，TCP 主要对数据进行"打包"，IP 负责寻址和路由 ，由此实现了网络互通。1990 年，万维网出现，将互联网从军事领域的专业工具，变成了大众服务，提出了三大技术，URL 统一资源定位符用于定位资源，HTTP 用于传递文字图片链接等资源，HTML 可以构建可视化网络界面。再后来，就是万物互联时代，4G/5G 出现让互联网从连接人，到连接物体设备等等。
在最开始进行软件开发的时候，每一台主机实现一个业务功能，开发效率低等待时间长。如下图， 业务 B 需要等待业务 A 开发完毕后才能开始进行，主机间的数据无法互相传递，这就导致开发效率极致低下。
后来，随着发展，我们开始使用终端服务器的方法，将一台主机作为终端服务器，主机 ABC 之间可以相互切换，共享数据由终端服务器进行管理，提升了开发效率
再后来，开发主机越来越多，切换频率越来越高，我们便在其中加上一层中间层，将寻找主机切换主机的任务分离解耦出去，于是就有了路由器和交换机。这些计算机就组成了最初的局域网。
随着局域网不断增加，如何将这些一个一个的局域网连接在一起呢？按照上面的方法，我们只需要更多更大的路由器交换机即可。一个一个的局域网相连接便有了广域网。
二. 协议
协议本质是一种约定，在计算机中，协议就是对于信息传输的语法语义时序等一系列的统一规则，只有彼此之间达成了共识，我们才能完成通信。就好比两个语言不互通的人无法进行交流，语言不互通无法知道对方想要表达的内容。
1. 网络协议
由上述可得出，计算机之间要通信，就需要有人站出来制定一个规则，大家必须遵守这个规则进行通信，于是便有了网络协议。
我们用打电话的例子进行类比
我们网络通信就像是打电话，在上层通信的两人需要使用共同的语言才能进行交流，下方的设备之间也要遵循共同的设备协议才能进行通信传输，网络的层状结构 将每一层进行了解耦划分，每一层遵循每一层的协议，提高了可维护性。
网络是一个层状结构 ，是操作系统的一部分，通过层状结构，对每一个重要部分进行解耦，各个部分各司其职，涉及到软硬件互相通信。
2. OSI 七层模型
OSI 七层模型（Open Systems Interconnection Reference Model，开放系统互连参考模型）是由国际标准化组织（ISO）在 1984 年提出的网络通信分层规范 ，它将复杂的网络通信过程划分为 7 个独立的功能层级，每一层专注于解决特定的通信问题，通过标准化的接口实现层间协作。在 OSI 模型中，数据从发送方到接收方的传输遵循 "封装→传输→解封装" 的流程，每一层会对数据添加本层的 "头部信息"（类似快递包裹的标签）。
OSI 七层模型是理论上的理想模型 ，而实际互联网中广泛使用的是TCP/IP 四层模型（或简化为五层模型）。
3. TCP/IP 五层模型
TCP/IP协议是互联网核心通信协议套件，采用分层结构，每层结构负责协议特定功能，层与层之间通过接口协作，形成通信流程。下面我们就从下到上的了解每层结构
物理层： 负责光/电信号的传输，通过光电信号的**"频率"和"强弱"来表示数据0和1**，从而达到数据传输的效果。物理层的能力决定了数据传输的最大速率最大距离抗干扰性强弱。
数据链路层： 与物理硬件直接对接的一层，主要进行设备间的数据帧的传送和识别，他会将上层传下来的数据进行打包，做成数据帧。它会负责将帧进行封装发往相邻路由器，认识 MAC 地址，进行冲突控制，差错修复等问题。交换机工作在此处
网络层：负责地址管理和路由选择，决策数据的传输方向 ，路由器工作在此处。
传输层：负责两台主机之间的数据传输，保证数据的可靠性。
应用层：负责应用程序间沟通，**为用户进程提供服务，**针对不同的应用将数据传输到此处后进行不同的处理。
我们用快递运输的例子来简单理解一下这几层，我们从上到下的理解
在应用层 ，我们确定了要寄什么物品；传输层 保证我们将物品安全的送到快递站；网络层 相当于快递站为我们的快递确定好运输线路怎么运输；数据链路层 决定了我们的快递最后一公里怎么运输，将地址确定到我们的小区；物理层负责将快递运输出去。
三. 网络传输基本流程
在计算机的内部都是存在协议的，我们的各种硬件都会遵循着不同的协议，我们进行本地通信时，这些协议都是我们硬件内部的东西，通信成本小，问题也少。
当我们主机之间距离变远了，网络通信就会带来新问题。
在传输的过程中，彼此的传输信号会被干扰导致数据损坏的问题，传输数据时谁来接收这份数据，怎么传输这份数据等等。
1. TCP/IP 协议
TCP/IP 协议本质是一种解决方案，解决数据怎么发，发到哪，如何确保送达等问题。
IP 相当于地址的地址导航 ，给每一份联网的设备分配唯一一份 IP 地址，并负责在复杂网络中选择数据传输的路径。TCP 协议 相当于运输保障系统，负责与收数据的对象交互确认，将数据拆分重组。
2. MAC 地址
mac 地址用来识别数据链路层中的节点；长度为 48 位，6 个字节，一般用 16 进制数字加冒号形式来表示（08:00:27:03:fb:19）
mac 地址是网络设备出厂时固化在网卡中的唯一物理标识 ，相当于网络中的身份证号码 ，用于在数据链路层识别和通信。它的核心作用就是确保在"近距离"网络中，确保数据精准传递到目标设备而不会发送给其他设备。
在以太网中，任何时刻只允许一台机器向网络中发送数据（锁使用），当同时有多台设备发送时就会产生数据干扰，我们称之为数据碰撞，所有发送主机都要进行碰撞检测和碰撞避免。发送数据时，每份主机都会受到这样一份数据，主机通过 mac 地址进行判定，该数据是否是发送给自己的，若不是发送给自己的，主机就不进行接收。
3. 数据封装和分用
明白了局域网通信原理，我们来看一个网段内两台主机发送信息的过程
数据由上层用户进行传输，进行一层一层的封装，通过硬件设备传到主机2当中，接着从下至上进行数据的解包，最后用户 B 成功的拿到了数据。
每层协议在拿到上一层打包的数据后，都会对该层数据进行报头添加 ；将数据传输到设备后，会将报文进行解析，一步一步的进行拆解最后上层解包拿到数据。相当于每一层都解析对应的报头 ，这也对应了我们上面说的层状结构的解耦。
简单说，传递的数据信息就是有效载荷 ，经过每一层加工进行报头添加，有效载荷和报头就组成了报文。
4. 认识 IP 地址
IP 协议分两种，一个是 IPv4 另一个是 IPv6，在市面上较为常用的是 IPv4 协议。IPv6 由于与 IPv4 不兼容，迁移成本高的原因其流通速度和普及速度相对较慢。所以我们后续所讲的 IP 地址默认为 IPv4
IPv4 是一个 4 字节，32位整数的地址。我们通常用"点分十进制"的字符串来表示该地址（192.168.0.1），每一个数字范围是 0 - 255
IP 地址是一种长远目标 ，Mac 地址是下一阶段目标。IP 地址负责规划好起点和终点，Mac 地址负责从每一个阶段的起点和终点。
三. 认识端口号
端口号（port）是传输层协议的内容，端口号是一个2字节16位的整数，端口号用来标识进程，告诉操作系统当前数据要交给谁进行处理，IP 地址 + 端口号 能够标识网络上某一台主机的某一个进程，一个端口号只能被一个进程所占用
1. 端口号划分
0 - 1023 知名端口号，一般是固定端口号。1024 - 65535 操作系统动态分配的端口号，用与客户端程序端口号。
2. 端口号与进程 ID的关系
**一个端口号只能绑定一个进程，但是一个进程可以绑定多个端口号。**当一个进程上有多个端口号时，后端服务器可以同时监听多个端口。
4. 理解 socket
有了上面的知识我们得知，IP 地址能标识互联网中唯一一台主机，port 端口号能标识主机中唯一一个进程，那么 IP + port 的形式就能标识互联网中唯一一个进程 ，那么网络通信的本质就是进程间通信，我们将 IP + port 的组合叫做套接字 socket
socket 的英文翻译就是插口插座的意思，类似网络通信，用插线连接起两边的插口。
四. 传输层的典型代表
1. TCP 协议
TCP 协议是传输层协议，是由系统调用的。它是有连接的，需要三次握手四次挥手，安全性高；它是可靠传输；面向字节流的，传输是可以分片重组的。
2. UDP 协议
UDP 协议也是传输层协议，由系统调用。它是无连接的，直接发送数据，速度快效率高；它不是可靠传输；面向数据报传输，将一份一份完整的数据报进行传输
五. 网络字节序
网络字节序时 TCP/IP 协议中规定的统一数据字节排序方式，用于解决不同计算机架构在多字节数据传输时的字节顺序冲突问题。**在 TCP/IP 中统一采用大端字节序，即低地址高字节的方式。**为了保证输出主机和接收主机字节序一致，我们使用系统接口进行大小端转换。
| 函数名 | 功能 | 适用场景 |
|---|---|---|
htons() |
主机字节序 → 网络字节序（16 位整数） | 端口号（16 位）转换 |
ntohs() |
网络字节序 → 主机字节序（16 位整数） | 从网络接收端口号后转换 |
htonl() |
主机字节序 → 网络字节序（32 位整数） | IP 地址（32 位）转换 |
ntohl() |
网络字节序 → 主机字节序（32 位整数） | 从网络接收 IP 地址后转换 |
总结：
至此，我们已系统梳理了网络编程中的四大核心支柱 ------ 端口号与进程 ID 的关联逻辑、TCP 与 UDP 的传输特性差异、网络字节序的统一标准， 以及常用 Socket 接口的使用规范。这些概念并非孤立存在，而是相互衔接、共同支撑起网络通信的完整流程：从进程通过 Socket 绑定端口获取通信 "身份"，到遵循网络字节序解决跨架构数据解析难题，再根据业务需求选择 TCP 的可靠传输或 UDP的实时高效，最终通过标准化的接口实现数据的发送与接收。