一、网络基本概念
1.1 网络
网络是指将各种不同的事务或个体连接起来，使它们可以相互交流和相互影响的系统。在计算机领域中，网络通常指的是计算机网络，即利用通信设备和技术将多台计算机连接在一起，以实现信息和资源的共享。网络可以是局域网（LAN）、广域网（WAN）或互联网等不同范围和规模的连接。通过网络，人们可以远程交流、共享数据、获取资源、进行在线娱乐等各种活动。
网络设备：交换机、路由器、集线器
传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤
1.2 互联网
互联网是指全球各种网络相互连接而成的巨大网络系统，通过标准的通信协议相连，实现了全球范围内的信息共享和资源交换。互联网的概念最早起源于20世纪60年代美国的军事研究领域，后来逐渐演变成一种全球性的信息交流和传播平台。通过互联网，人们可以在全球范围内进行实时通信、获取各种信息、进行在线交易和互动等各种活动。
简而言之，多个网络连接起来就构成了互联网。
1.3 ip地址
IP地址（Internet Protocol Address）是互联网上用于标识和定位计算机或其他网络设备的数字标识。ip地址即互联网协议地址。在互联网通信中，每台连接到互联网的设备都会被分配一个唯一IP地址，类似于寻找房子时使用的地址。IP地址由一系列数字组成，通常以点分十进制表示，例如：192.168.1.1。
1.3.1 ip地址的作用
IP地址的作用是在互联网上唯一标识每个连接的设备，使得数据包能够准确地被发送到目标设备。通过IP地址，数据包在网络中的传输路线得以确定，确保信息能够准确地被发送到目标地址。IP地址的概念是互联网通信的基础，无论是浏览网页、发送电子邮件、进行视频通话还是其他网络活动，IP地址都扮演着重要的角色。
1.3.2 ip地址分类
IPv4地址由32位二进制表示，一般用点分十进制表示，如：192.168.1.1，分成 4 个字节，每个字节对应 0 - 255 的十进制数。它已经成为互联网的主要使用方式；
IPv6地址则采用128位二进制表示，用冒号分隔的十六进制表示，它用于解决IPv4地址空间不足的问题。如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 。
1.4 MAC地址
MAC地址（Media Access Control Address）是网络设备（如计算机、路由器、网络打印机等）网卡上的物理地址，用于在局域网中唯一标识网络设备。MAC地址通常是一个由12个十六进制数（0-9，A-F）组成的值，如：00:1A:2B:3C:4D:5E。MAC地址是在网络设备制造时固定烧录在网卡上的，独一无二的。
与IP地址不同，MAC地址是硬件层面的地址，用于在局域网内直接通信。当设备在局域网内进行通信时，会根据目标设备的MAC地址来确定数据包的传输目标。每个网络设备都有一个唯一的MAC地址，这样数据包就能够准确地发送到目标设备。
MAC地址通常用于局域网内部通信，而IP地址则用于在广域网（如互联网）中唯一标识设备。在数据包传输过程中，源设备会使用目标设备的IP地址来寻址，并在局域网内通过目标设备的MAC地址来定位。MAC地址在网络通信中起着重要的作用，帮助数据包在局域网中正确地传输到目标设备。
1.4.1 MAC地址与IP地址的关系
MAC地址（Media Access Control address）和IP地址（Internet Protocol address）是网络中两个不同的地址概念。它们之间的关系是：
MAC地址是网络设备（如网卡）的唯一标识符，由设备的制造商预先分配。MAC地址是全球唯一的，用于在局域网中唯一标识一个设备。
IP地址是分配给网络设备的逻辑标识符，用于在Internet上唯一标识一台设备或网络。IP地址允许设备在网络上进行通信和交换数据。
在数据包传输过程中，源设备将数据包封装在帧中，帧中包含目的设备的MAC地址。然后，数据包通过局域网中的交换机根据目的MAC地址传递到相应设备。
一旦数据包到达目标设备，目标设备将解析数据包中的IP地址，确定数据包是否是发给自己的。如果是，则目标设备将处理数据包。
因此，MAC地址和IP地址之间的关系是，MAC地址用于在局域网中唯一标识设备以进行数据帧传输，而IP地址用于在Internet上唯一标识设备以进行数据包路由和通信。
例如，在一个局域网中，计算机 A 要向计算机 B 发送数据，首先根据计算机 B 的 IP 地址，通过路由器等设备找到计算机 B 所在的局域网，然后在局域网内通过计算机 B 的 MAC 地址将数据帧准确发送到计算机 B。
1.5 网络协议
网络协议就是一组网络规则库的集合
HTTP:超文本传输协议
TCP:传输控制协议，是一种面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层通信协议
UDP:用户数据报协议
IP:互联网协议
ARP:地址解析协议，根据IP地址获取MAC地址的协议
RARP:逆地址解析协议
二、网络分层协议
网络分层：OSI七层模型 TCP/IP四层模型
应用层 应用层
表示层 传输层 TCP/UDP协议
会话层 网络层
传输层 数据链路层
网络层
数据链路层
物理层
2.1 TCP/IP网络模型
2.1.1 应用层
我们可以直接接触到的就是应用层，我们的手机或电脑使用的应用软件都是在应用层实现。**负责为用户提供具体的应用功能，通过各种应用协议比如HTTP（超文本传输协议：浏览网页）、FTP（文件传输协议：上传/下载文件）、Telnet（远程终端协议：远程登录命令行）、DNS（域名系统协议：把网址解析成IP地址）、SMTP（简单邮件传输协议：发送邮件）等来实现。**应用层是工作在操作系统中的用户态，传输层及以下则工作在内核态，当两个不同设备的应用需要通信时，应用就把应用数据传给下一层，也就是传输层。
2.1.2 传输层
应用层的数据包会传给传输层，传输层是为应用层提供网络支持的
在传输层会有两个传输协议，分别是TCP和UDP
TCP是传输控制协议，大部分应用使用的正是TCP传输层协议，HTTP应用层协议。TCP相比UDP多了很多特性，比如流量控制、超时重传、拥塞控制等，都是为了保证数据包能够可靠的传输给对方
UDP是用户数据报协议，只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。当然，UDP也可以实现可靠传输，把TCP的特性在应用层上实现就可以，不过要实现一个商用可靠UDP传输协议，也不是一个件简单的事
为什么TCP要主动"拆包"，但是UDP可以不主动"拆包"？
TCP拆包的核心原因有两个：保证可靠性和流量控制
①为了保证"可靠重传"的效率（滑动窗口机制）
TCP是面向可靠连接的。如果发送一个1MB的大文件，中间丢了一个字节，TCP就需要重传这个1MB吗？这样效率极低
所以TCP会把大块数据拆成多个小小的数据段（通常按MSS，即最大报文段长度，约为1460字节）。这样，如果中间丢了一个小段丢了，TCP只需要重传这一小段，而不是整个大文件。拆的越小，重传的成本越低
②为了不把网络"堵死"（流量控制和拥塞控制）
TCP有"滑动窗口"机制，它像一扇门，门的大小决定了发送方一次能发多少数据。
如果应用层一下子扔给TCP一个巨大的数据包，TCP会把这个大包拆成无数个小段，然后一个一个的挤过去。发送方会根据接收方的反馈（ACK确认包）和网络的拥堵情况，动态调整每次发送多少个小段。拆包是为了让数据能像小河一样平稳输送，而不是像山洪爆发一样冲垮网络
为什么UDP可以"不主动拆包"？UDP是面向不可靠传输的，它不关心对方有没有收到，也没有流量控制机制。所以它的原则是："应用层给我多大，我就发多大，我只负责加个端口号扔出去，剩下的交给IP层"
①保持消息边界
UDP是面向报文的。应用层发了一个10000字节的包，UDP拿到后，不会切开，它会直接封装成一个UDP报文（只是加个头部），然后扔给网络层（IP层）
如果这个包大于MTU（1500字节），IP层会强行把它切成多个IP分片发送。但是到了接收端，IP层会先把这些碎片拼起来，再交给UDP。所以，UDP的接收端永远能收到一个完整的、未经拆分的大包（前提是拼装成功，且没丢片，否则直接丢弃整个包）
②牺牲可靠性换取速度
UDP不拆包，就没有"编号"和"确认机制"。接收端收到一堆IP碎片，如果丢了一片，整个UDP包就废了（UDP不知道如何请求重传碎片）。好处是省去了拆包、编号、排序的开销，延迟极低，所以适合视频直播、语音通话（丢一点没事，速度要快）
| 对比维度 | TCP分段（Segmentation） | UDP分片（Fragmentation） |
|---|---|---|
| 发生在哪一层 | 传输层（TCP协议自己干的） | 网络层（IP协议干的，UDP不管） |
| 发起者 | 发送端的操作系统TCP协议栈 | 发送端的操作系统IP协议栈 |
| 分片大小依据 | MSS（最大报文段长度，通常=MTU-40字节，即1460字节） | MTU（最大传输单元，通常1500字节） |
| 是否带编号（SEQ） | 有！ 每个分段都有序列号，方便重传 | 没有！ IP分片没有序列号，只有偏移量 |
| 丢包后果 | 只重传丢失的那一个分段 | 整个大包全丢，无法重传 |
| 重组地点 | 接收端的传输层（TCP），等所有分段到齐后组装成流 | 接收端的网络层（IP）按照标志符、偏移量、以及MF标志进行组装，组装完成后才交给UDP |
| 对应用层的影响 | 应用层不知道拆过包，TCP会拼好再给应用 | 应用层以为UDP直接给了个大包，其实是IP层"偷偷"拼好的 |
应用需要传输的数据可能会非常大，如果直接传输就不好控制，因此当传输层的数据包大小超过MSS（TCP最大报文长度），就需要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用发送整个数据包。在TCP协议中，我们把每个分块称为TCP段
**当设备作为接收方时，传输层则要负责把数据包传给应用，但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据，因此需要用一个编号将应用区分开，这个编号就是端口。**80端口web服务器用的，22端口通常是远程服务器用的
2.1.3 网络层
传输层可能大家刚刚接触的时候，会认为它负责将数据从一个数据传输到另一个设备，事实上它并不负责。实际场景中的网络环节是错综复杂的，中间有各种各样的线路和分叉路口，如果一个设备的数据要传输给另一个设备，就要在各种各样的路径和节点进行选择，而传输层的设计理念是简单、高效、专注，如果传输层还负责这个有的违背设计原则
我们不希望传输层协议处理太多事情，只需要服务好应用即可，让其作为应用间数据传输的媒介，帮助实现应用到应用的通信，而实际的传输功能就交给下一层，也就是网络层，传输层最后交给网络层的是一个已经封装好"端口号（应用身份）"和"序号（控制信息）"的报文段/数据报，同时附带一个明确的"目标IP地址"指令
网络层最常使用的是IP协议，IP协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上IP包头组装成IP报文，如果IP报文大小超过MTU就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的IP报文
IP地址分成两种意义：网络号（标识IP地址属于哪个子网）和主机号（负责标识同一子网下不同主机）