网络发展史
一、前奏与奠基阶段
1. 思想萌芽与理论奠基
包交换理论：20世纪60年代，保罗·巴兰和唐纳德·戴维斯分别独立提出"包交换"概念，将信息分割成小块（数据包）通过网络传输，奠定了互联网通信的核心理论基础，替代了传统、低效的电路交换。
2. ARPANET的诞生
1969年： 美国国防部高级研究计划局资助的ARPANET上线，最初连接了加州大学洛杉矶分校、斯坦福研究院等四个节点。它首次成功实现了包交换网络的实践，被认为是互联网的"雏形"。其核心协议是NCP。
二、TCP/IP协议与互联网的诞生
1. 核心协议统一
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1970年代：文顿·瑟夫和罗伯特·卡恩设计了一套新的通信协议------TCP/IP协议族。它定义了数据如何打包、寻址、传输、路由和接收，确保了不同类型网络间的互联互通。
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1983年1月1日：ARPANET正式将网络协议从NCP切换为TCP/IP。这一天被广泛视为互联网的正式诞生之日。
2. 基础网络扩展
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NSFNET： 1980年代中期，美国国家科学基金会建立了连接超级计算中心的NSFNET，其骨干网速度远超ARPANET，并向学术界开放，成为互联网发展的新主干。
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网络分离与退役： 1990年，ARPANET正式退役，其军事部分分离为MILNET，民用科研部分并入NSFNET。
三、万维网与大众化时代
1. 万维网革命
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1989年：欧洲核子研究中心的蒂姆·伯纳斯-李提出了万维网的构想。他于1990年发明了：
- HTML： 超文本标记语言。
- HTTP： 超文本传输协议。
- URL： 统一资源定位符。
- 第一个网页浏览器/编辑器。
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万维网通过超链接将全球文档连接起来，极大地简化了信息访问和分享，是互联网走向大众的关键催化剂。
2. 浏览器大战与商业浪潮
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1993年： 马克·安德森团队发布图形化浏览器Mosaic，引爆网络热潮。
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1990年代中后期： 网景公司的Netscape Navigator 与微软的Internet Explorer展开"浏览器大战"，加速了技术普及和商业化。
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商业化解除限制： 1995年，NSFNET退役，互联网主干运营彻底商业化，为电子商务、社交媒体等新兴业态铺平道路。
四、Web 2.0与移动互联网时代
1. 用户生成内容与社交网络
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2000年代初： 互联网从"只读"模式转向可读写、可交互的Web 2.0模式。用户从内容的消费者变为创造者和分享者。
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代表性应用： 博客、维基百科、YouTube、Facebook、Twitter等社交媒体平台崛起，重塑了社会交流和媒体生态。
2. 移动互联革命
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2007年： 苹果iPhone的发布重新定义了智能手机，结合3G/4G高速移动网络，使得移动应用成为主流。
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特点： 随时随地在线，基于位置的服务，应用商店经济，推动了共享经济、移动支付、短视频等领域的爆炸式增长。
五、云计算、物联网与未来展望
1. 云计算与大数据
计算资源（服务器、存储、数据库）像水电一样通过互联网按需提供，催生了SaaS、PaaS等模式，成为数字经济的基础设施。海量数据积累推动了人工智能和机器学习的发展。
2. 物联网与万物互联
物理设备（从家电到汽车、工业机器）嵌入传感器和软件，通过网络连接和交换数据，实现智能识别与管理。
3. 当前与未来趋势
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5G/6G网络： 提供超高速度、超低延迟和海量连接，赋能自动驾驶、远程医疗、沉浸式XR体验。
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人工智能大模型： 如ChatGPT，正在深刻改变信息生成、获取和交互方式，成为新的网络入口和生产力工具。
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元宇宙与空间计算： 构建沉浸式的虚拟或虚实融合的网络空间。
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量子网络与卫星互联网： 探索下一代通信安全与全球无死角覆盖。
局域⽹LAN
- 局域⽹ ，即 Local Area Network，简称LAN。
- Local 即标识了局域⽹ 是本地，局部组建的⼀种私有⽹络。
- 局域⽹内的主机之间能⽅便的进⾏⽹络通信，⼜称为内⽹；局域⽹和局域⽹之间在没有连接的情况下，是⽆法通信的。
- 局域⽹组建⽹络的⽅式有很多种：
（1）基于网络直连
（2）基于集线器组建
（3）基于交换机组建
（4）基于交换机和路由器组建
广域网WAL
一、核心定义
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广域网 是一种跨越广阔地理区域（城市、国家、洲际）的计算机网络。它的核心目的是将分散在不同地点的局域网或其它网络连接起来，使用户能够远程访问资源、共享数据和进行通信。
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简单比喻：
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局域网： 像一栋大楼内部的电话分机系统，沟通快速、免费。
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广域网： 像公共电话系统，连接全球各地的大楼，需要更复杂的路由和计费。
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二、关键特征
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覆盖范围广： 从几十公里到全球。
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使用公共电信设施： 通常不自己铺设全部物理线路，而是租用运营商（如电信、移动、联通）的骨干线路。
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速度相对较低，延迟较高： 由于距离远、经过的中间设备多，其速度通常低于局域网，延迟也更高。
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技术复杂，成本高： 涉及复杂的路由选择、拥塞控制、异构网络互联等技术，建设和维护成本高昂。
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所有权与运营分离： 通常由服务提供商拥有和运营，用户（企业或个人）向其购买或租用服务。
三、主要技术与演进
广域网技术随着电信技术发展而不断演进：
1. 电路交换时代
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PSTN / 电话拨号： 通过调制解调器拨号上网，速度极慢（56Kbps），独占一条语音线路。
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ISDN： 数字化的拨号技术，提供比传统调制解调器更稳定和稍快的连接。
2. 专线连接时代
T载波/E载波系列： 如 T1、E1、T3 等，是点对点的专用数字线路，提供稳定、高质量、有带宽保障的连接，常用于连接企业总部和分支。价格昂贵。
3. 包交换时代（主流）
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X.25： 早期的包交换网络，可靠性高但速度慢，现已淘汰。
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帧中继： 在X.25基础上简化了差错控制，提高了速度，曾是连接企业局域网的主流技术。
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ATM： 采用固定长度信元进行交换，支持语音、视频、数据等多种业务，技术复杂且成本高，多用于运营商骨干网。
4. 基于IP的现代广域网
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MPLS： 当前企业级广域网的黄金标准。它在IP层和数据链路层之间加入一个"标签交换"层，结合了IP的灵活性和传统虚电路的稳定与可管理性，能提供服务质量保障，支持VPN、流量工程等高级应用。
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基于互联网的VPN
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IPSec VPN： 通过加密隧道在公共互联网上建立安全连接，成本低，但质量和安全性依赖于公网。
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SSL VPN： 主要用于远程用户安全访问内部网络资源（如Web应用），无需安装专用客户端。
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5. 新一代技术与趋势
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软件定义广域网： 当前最主流的演进方向。SD-WAN将网络控制能力通过软件方式"云化"，用智能化的软件和策略来管理广域网连接（可能混合使用MPLS、互联网宽带、4G/5G等），实现动态选路、应用性能优化、集中管理，大幅降低成本并提升灵活性和效率。
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以太网广域网：随着以太网技术的高速发展，运营商开始提供 城域以太网 或 运营商以太网 服务，将以太网从局域网扩展到广域网范围，提供简单、高速、低成本的企业连接方案。
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无线广域网：利用 4G LTE、5G 蜂窝网络作为广域网接入手段，为移动办公、物联网和临时站点提供灵活、快速的连接。
四、典型应用场景
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企业总部与分支机构互联：银行、零售连锁、跨国公司的核心应用。
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数据中心互联：实现异地数据中心间的数据备份、负载均衡和灾难恢复。
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远程访问：员工在家中或出差时安全访问公司内部网络。
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云服务接入：企业通过广域网连接访问公有云服务（如AWS、Azure、阿里云）。
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互联网骨干网：连接各大洲、国家、城市的顶级ISP网络，其本身就是全球最大的广域网。
五、与局域网、互联网的关系
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vs. 局域网： 是互补关系。LAN解决"最后一公里"的内部高速互联，WAN解决"远距离"的跨地域互联。企业通常用路由器作为LAN和WAN的边界设备。
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vs. 互联网： 互联网是全球最大的、公共的、互联的广域网集合。可以说，互联网是由无数个WAN和LAN通过标准化协议（TCP/IP）连接而成的"网中网"。企业私有的广域网（如MPLS VPN）则是构建在运营商基础设施上的专用、封闭的网络。
IP地址
一、核心定义
IP地址 是一串用于在网络中唯一标识和定位设备的数字标签。它允许数据包在复杂的网络中被准确地从一个设备路由到另一个设备。
类比：就像邮寄信件需要的收件人地址（标识唯一住户）和邮政编码（标识大致区域）的结合体。
二、核心作用
标识主机：在网络中唯一地识别一台设备（计算机、手机、服务器、智能设备等）。
提供位置信息：包含网络标识和主机标识，便于路由器进行路径选择和数据包转发。
三、版本演进：IPv4 与 IPv6
这是理解IP地址现状的关键。
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址格式 | 32位二进制数，通常用点分十进制表示（如 192.168.1.1） | 128位二进制数，通常用冒分十六进制表示（如 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334） |
| 地址空间 | 约42.9亿个（2^32），已严重枯竭。 | 约3.4×1038个（2128），几乎无限，能为地球上每粒沙子分配一个地址。 |
| 报头格式 | 较复杂，包含多个字段。 | 简化，固定长度，提高路由器处理效率。 |
| 关键特性 | 依赖NAT（网络地址转换）和私有地址来缓解不足。 | 原生支持端到端通信、更好的安全性（IPsec集成）、自动配置、移动性等。 |
| 现状 | 当前互联网仍以IPv4为主，但地址已分配完毕。 | 是未来发展的必然方向，正在全球范围内加速部署。 |
四、IPv4地址详解（当前最常用）
1. 地址结构
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一个IPv4地址（如 192.168.1.100）包含两部分：
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网络部分：标识设备所属的网络（相当于街道名）。
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主机部分：标识该网络中的特定设备（相当于门牌号）。
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如何区分这两部分？靠子网掩码。
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例如：192.168.1.100/24 或 子网掩码 255.255.255.0，表示前24位是网络位，后8位是主机位。
2. 地址分类（传统分类，现已由CIDR取代）
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A类：大型网络，首位为0，范围 1.0.0.0 - 126.255.255.255
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B类：中型网络，前两位为10，范围 128.0.0.0 - 191.255.255.255
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C类：小型网络，前三位为110，范围 192.0.0.0 - 223.255.255.255
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D类：组播地址，前四位为1110，范围 224.0.0.0 - 239.255.255.255
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E类：保留地址，前四位为1111，范围 240.0.0.0 - 255.255.255.255
3. 特殊地址
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私有地址：只能在局域网内使用，不能出现在公网。用于解决IPv4地址短缺。
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10.0.0.0 - 10.255.255.255
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172.16.0.0 - 172.31.255.255
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192.168.0.0 - 192.168.255.255
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回环地址：127.0.0.1，指向本机，用于网络软件测试和本地进程间通信。
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广播地址：主机位全为1的地址，用于向同一网络内所有设备发送数据包（如 192.168.1.255）。
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网络地址：主机位全为0的地址，代表这个网络本身（如 192.168.1.0）。
4. 关键技术：NAT
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由于公网IPv4地址枯竭，网络地址转换成为救命稻草。
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原理：家庭或企业局域网使用一个私有IP地址段（如 192.168.1.x）。路由器拥有一个公网IP。当内部设备访问外网时，路由器将数据包的私有源IP替换为自己的公网IP，并记录映射关系。返回数据时，再根据映射关系转回给正确的内部设备。
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效果：一个公网IP可以被数十甚至上百台内网设备共享使用。
五、IPv6地址详解（未来方向）
1. 结构与表示
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长度：128位，分为8组，每组4个十六进制数，用冒号分隔。
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简化规则：
- 前导零可省略（如 0db8 可写为 db8）。
- 连续的全零组可用 双冒号 :: 表示一次（如 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab 可简写为 2001:db8::1428:57ab）。
2. 地址类型
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单播地址：标识一个接口。类似于IPv4的单播地址。
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组播地址：标识一组接口。数据发给该地址，组内所有成员都能收到。功能比IPv4的广播更强大、更高效。
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任播地址：标识一组接口，但数据只发给其中距离最近的一个（由路由协议判断）。用于负载均衡和容灾（如CDN、DNS根服务器）。
3. 核心优势
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海量地址：彻底解决地址耗尽问题，支持物联网、5G等海量设备接入。
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端到端通信：无需NAT，恢复了互联网最初的设计，简化了网络结构，方便P2P应用。
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自动配置：设备可以自动生成全球唯一的IP地址（无状态地址自动配置）。
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内置安全：IPsec协议在IPv6中是强制支持的，为网络层通信提供了原生安全保障。
六、IP地址的获取与管理
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手动配置：管理员手动为设备设置IP、掩码、网关等。适用于服务器、网络设备。
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动态分配：
- DHCP：最常用的自动配置协议。设备接入网络后，向DHCP服务器请求并自动获得IP配置信息（IP、掩码、网关、DNS等）。
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管理机构：
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ICANN：全球互联网名称与数字地址分配机构，负责顶级IP地址资源的分配。
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区域互联网注册机构：如APNIC、ARIN、RIPE NCC等，负责向各地区的ISP和企业分配IP地址块。
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ISP：互联网服务提供商，向最终用户分配公网或私网IP地址。
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端口号
一、核心定义
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端口号 是一个16位的整数（范围从 0 到 65535），它用于在一台设备（一个IP地址）上区分不同的网络应用程序或服务进程。
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核心作用 ：实现多路复用和多路分解。当数据包到达目标设备（IP地址）后，操作系统根据端口号来决定将数据交给哪个正在监听（或等待）的应用程序。
二、关键比喻
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总机与分机：IP地址是公司的总机号码，端口号是各个部门的分机号（如销售部按101，技术支持按102）。
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港口与码头：IP地址是城市的海港，端口号是港口内不同的货运码头（集装箱码头、油轮码头、客运码头）。
三、端口号的分类（按范围和管理划分）
1. 公认端口
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范围：0 - 1023
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说明：也称为"系统端口"或"知名端口"。这些端口紧密绑定于一些最基础、最通用的网络服务，由IANA统一分配和管理。
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示例：
- 20/21：FTP（文件传输协议）
- 22：SSH（安全外壳协议）
- 23：Telnet（远程登录）
- 25：SMTP（简单邮件传输协议，发邮件）
- 53：DNS（域名系统）
- 80：HTTP（超文本传输协议，网页）
- 443：HTTPS（安全的HTTP）
- 3306：MySQL数据库
- 3389：Windows远程桌面
2. 注册端口
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范围：1024 - 49151
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说明：也称为"用户端口"。这些端口松散地绑定于一些用户安装的应用程序或非核心服务。IANA也会记录这些端口的常用分配，但应用程序也可以自行使用（可能发生冲突）。
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示例：
- 1433：Microsoft SQL Server
- 1521：Oracle数据库
- 3306（虽然常用，但实际在注册端口范围）
- 8080、8888：常用于HTTP代理或备用Web服务
- 27017：MongoDB数据库
3. 动态/私有端口
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范围：49152 - 65535
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说明：也称为"临时端口"或"客户端端口"。通常不由服务器监听，而是由客户端程序临时使用。
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工作机制：
- 当你的浏览器（客户端）访问一个网站时，它会随机选择一个本机的动态端口（如 52000）。
- 浏览器向目标服务器的 80 端口发起连接，并在数据包中注明自己的地址为 [你的IP]:52000。
- 服务器回复时，就将数据发回 [你的IP]:52000。
- 操作系统根据端口 52000 就知道这个数据包应该交给那个特定的浏览器进程。
- 连接关闭后，这个端口会被释放，可供其他程序将来使用