Linux 网络基础入门（上）
网络是计算机协作的基石。在深入 Linux 系统编程之前，理解网络的基本概念、协议机制以及分层模型至关重要。
网络基础概念
网络的发展演进
独立模式
早期计算机相互独立，数据交换依赖物理介质（如磁盘）。A 完成计算后需将存储设备交给 B，B 处理后再转交 C。这种方式效率低下，难以满足大规模协作需求。
网络互联
为解决数据共享问题，多台计算机被连接至服务器。A 上传数据至服务器，B 直接拉取即可，无需人工传递。这标志着网络互联的诞生。
局域网 (LAN) 与广域网 (WAN)
随着计算机数量增加，交换机和路由器被引入以优化连接。局域网覆盖较小范围，而广域网则连接远隔千里的网络。两者是相对概念，广域网可视为更大规模的局域网。
网络发明的核心意义在于提升协作效率。只要人类需要协同工作，网络的存在就是必然的。
初识协议
通信双方必须遵循共同的规则才能交换信息。例如，过去有人约定电话响一声代表平安，两声代表要生活费，三声代表急事。通过这种约定，既传达了意图又节约了成本。这就是协议的雏形：为了节约资源而产生的约定。
计算机间通过光信号或电信号传输 0 和 1。频率和强弱代表不同信息，但仅靠底层信号无法传递复杂数据，必须约定数据格式。
思考： 两台主机约定好协议就能通信吗？ 不一定。如果一方用频率表示 0/1，另一方用强弱表示，即便遵守同一套通信规则，语言不通也无法交互。完善的协议需要更细致的规定，且所有参与方（不同厂商的硬件、操作系统）都必须遵守统一标准。
制定标准的组织通常具有行业权威性，例如：
- IEEE：制定电子电气工程领域标准，如 IEEE 802 系列。
- ISO：提出 OSI 七层模型。
- ITU：负责电信领域的国际标准。
- IETF：开发推广互联网协议（TCP/IP 族），发布 RFC 文档。
协议分层
软件设计常采用分层架构以实现解耦。网络协议同样如此。以打电话为例，用户层只需关注通话，底层通讯设备层则遵守各自的通信协议。正是由于都遵守了标准协议，PC 微信与手机微信才能互通。
实际网络通信协议更为复杂，通常分为更多层级。
OSI 七层模型
OSI（开放系统互连参考模型）是一个逻辑定义和规范，将网络分为七层。其优点是将服务、接口和协议明确区分，理论完整。但在工程实践中，会话层和表示层较难落地，因此实际多采用 TCP/IP 模型。
TCP/IP 五层（或四层）模型
TCP/IP 是一组协议的代名词，采用五层结构。每层调用下一层的服务来完成自身需求。
- 物理层：负责光/电信号传递。如网线、光纤、Wi-Fi 电磁波等。集线器 (Hub) 工作在此层。
- 数据链路层：负责设备间数据帧的传送和识别。如网卡驱动、帧同步、冲突检测。交换机 (Switch) 工作在此层。
- 网络层：负责地址管理和路由选择。如 IP 协议，路由器 (Router) 工作在此层。
- 传输层：负责两台主机间的数据传输。如 TCP 协议，确保可靠传输。
- 应用层：负责应用程序间沟通。如 SMTP、FTP、Telnet。网络编程主要针对此层。
注：物理层涉及硬件较多，软件层面常将其合并，故有时也称为 TCP/IP 四层模型。
对于一台主机，操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容；路由器实现了网络层及以下；交换机实现了数据链路层及以下。
再识协议
为什么需要 TCP/IP 协议？单机内部也存在协议（如内存协议、SATA 协议），但本地通信成本低。网络通信最大的特点是主机距离变远，通信特征变化带来了新问题，因此需要新的协议来解决。
什么是 TCP/IP 协议？
它本质上是一种解决方案，能分层的前提是问题本身可以分层。
协议的本质
操作系统源码多用 C/C++ 编写。我们可以从代码角度朴素地理解协议。
