什么是通信地址

一、网络的起源

互联网的本质在于一系列的网络协议。想象一下，每个人都有一台孤立的计算机，如同一个个孤岛，如何能让这些孤岛相互连接，形成一片大陆呢？这就引出了网络的诞生。初期的网络构想是为了让计算机之间能够相互通信，就像人们打电话一样。当两个人使用不同的语言时，他们需要一种共同的语言来进行交流，于是英语作为世界性的通用语言，成为了计算机之间沟通的桥梁。英语成为了人类通信的统一标准，而计算机间的沟通则通过一系列统一的标准，即互联网协议（Internet Protocol）来实现。

二、网络协议的介绍

互联网协议可以按照功能不同分为OSI七层或TCP/IP五层模型。这些协议定义了计算机如何接入互联网，以及接入互联网的计算机间的通信标准。

从物理层开始，这是网络的最底层，主要负责基于电器特性发送高低电压（电信号）。高电压代表数字1，低电压代表数字0。这些电信号就像是网络的基石，为计算机之间的通信提供了基础。

接下来是数据链路层，它解决了单纯的电信号0和1的任何意义的问题。数据链路层定义了电信号的分组方式。在早期，各个公司都有自己的分组方式，但后来形成了统一的标准，即以太网协议（Ethernet）。Ethernet规定一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”。这个数据包由头部和数据两部分组成。其中，头部包含了发送者/源地址、接收者/目标地址以及数据类型等信息。

在网络层，当我们谈论互联网由一个个彼此隔离的局域网组成时，就需要找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是。这就需要依赖网络层的协议，如IP协议。如果是同一广播域的就采用广播的方式发送，如果不是则通过路由的方式将数据包分发到不同的广播域/子网。

互联网协议是互联网世界的基石，每一层协议都有其特定的功能和作用，从物理层到应用层，每一层的协议都支撑着互联网的正常运行。这些协议的存在使得计算机能够相互通信，从而构建了我们现在的互联网世界。在计算机网络中，引入了一套新的地址系统用以区分不同的广播域或子网，这套地址系统我们称之为网络地址，其背后的协议便是广为人知的IP协议。

IP协议，作为互联网协议的核心组成部分，定义了网络地址，我们通常称之为IP地址。目前广泛使用的是IPv4，也就是所谓的ipv4版本，它以32位二进制数形式表示网络地址，其范围从0.0.0.0到255.255.255.255。在实际应用中，一个IP地址通常以十进制数的形式呈现，如172.16.10.1。

IP地址实际上分为两部分：网络部分和主机部分。网络部分主要用于标识子网，而主机部分则用于标识网络中的特定设备。值得注意的是，仅凭IP地址的某一段，我们无法确定一个设备究竟属于哪个子网。例如，IP地址172.16.10.1和172.16.10.2并不能直接告诉我们它们是否处于同一子网。

为了解决这个问题，我们引入了子网掩码的概念。子网掩码是一个32位的二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。例如，如果IP地址是172.16.10.1，且我们知道其网络部分是前24位，那么对应的子网掩码就是255.255.255.0。通过子网掩码，我们可以判断任意两个IP地址是否处于同一子网。判断方法是将IP地址与子网掩码进行AND运算，然后比较结果。

以IP地址172.16.10.1和172.16.10.2为例，通过子网掩码255.255.255.0进行AND运算后，我们得到相同的结果，说明它们确实处于同一子网。

简单来说，IP协议的主要作用就是为每台计算机分配一个独特的IP地址，并帮助我们确定哪些地址属于同一子网。

我们还需要了解IP数据包的结构。IP数据包由头部和数据部分组成。头部的长度通常在20到60字节之间，而数据的部分最长可以达到65,515字节。当IP数据包需要通过网络中的以太网进行传输时，以太网数据包的"数据"部分最长只有1500字节。如果IP数据包超过了这个长度，它就需要被分割成多个以太网数据包，然后分别进行传输。这样的设计确保了数据的完整性和有效性，使得我们的网络通信能够顺利进行。ARP协议及其在网络通信中的角色

在计算机通信的广阔世界中，有一个基本的沟通方式广播。当所有的上层数据包都需要封装上以太网头，并通过以太网协议发送时，ARP协议便在其中扮演着关键的角色。

说到以太网协议，我们了解到通信是基于MAC地址的广播方式实现的。计算机在发送数据包时，获取自身的MAC地址是轻而易举的，如何获取目标主机的MAC地址呢？这就需要依靠ARP协议了。

ARP协议的功能，简而言之，就是以广播的方式发送数据包，从而获取目标主机的MAC地址。每台主机的IP地址都是已知的，例如，当主机172.16.10.10/24尝试访问172.16.10.11/24时，ARP协议就开始工作了。

通过IP地址和子网掩码，我们可以区分出计算机所处的子网。接着，如果两台主机处于同一网络，那么这个数据包就会以广播的方式在该子网内传输。所有的主机都会接收这个数据包，当发现目标IP地址与自身相匹配时，就会响应并返回自己的MAC地址。

在传输层，网络层的IP用来区分子网，以太网层的MAC则帮助我们找到特定的主机。那么，如何在特定主机上标识不同的应用程序呢？答案是端口。端口是应用程序与网卡之间的关联编号，范围从0到65535，其中0-1023为系统占用端口。

TCP协议是一种可靠的传输协议，其数据包没有长度限制。为了确保网络效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以避免单个TCP数据包被分割。

而UDP协议则是一种不可靠的传输协议，其“报头”部分只有8个字节，总长度不超过65535字节，可以轻松地放入一个IP数据包中。

在应用层，用户使用的都是应用程序。互联网是开放的，每个人都有权开发自己的应用程序，因此数据多种多样。为了组织这些数据，必须规定好数据的格式。例如，TCP协议可以为各种程序传递数据，如电子邮件、网页、FTP等，这就需要不同的应用程序协议来规定电子邮件、网页、FTP数据的格式。

我们知道，要唯一标识一个进程，我们需要使用IP地址、协议和端口号。在本地进程中，我们可以使用PID来唯一标识一个进程，但在网络中，PID的冲突几率很大，因此我们需要依靠IP地址、协议和端口号的组合来唯一标识网络中的一个进程。这些进程可以通过socket进行通信。

Socket是应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层的复杂操作抽象为几个简单的接口供应用层调用，以实现进程在网络中的通信。

每台主机实现网络通信的基本四要素包括：本机的IP地址、子网掩码、网关的IP地址和DNS的IP地址。这些要素可以通过静态获取（手动配置）或动态获取（通过DHCP获取）两种方式获得。

ARP协议在网络通信中扮演着获取目标主机MAC地址的关键角色，而网络通信的实现则依赖于IP地址、子网掩码、网关IP地址和DNS IP地址这四大要素。在网络的深处，隐藏着一种神奇的通信过程。想象一下，当一台新计算机加入网络，它需要获取一个身份标识，也就是IP地址。这时，它便开始了自己的之旅。

发出方的IP地址被设为0.0.0.0，而接收方的IP地址设为全球广播地址255.255.255.255。这就像是一封寻址信件，收件人写的是"全宇宙"。这个过程并不简单。它需要通过特定的通信协议DHCP协议来完成。在这个过程中，"UDP标头"起到了关键作用，它负责设置发出方和接收方的端口。发出方是68端口，接收方是DHCP服务器默认的67端口。这个数据包构造完成后，就被发送出去。由于是以太网广播发送，同一子网络的每台计算机都会收到这个数据包。这时，每台计算机都会开始分析这个数据包的IP地址来确定是否是为自己所发。一旦确定发出方的IP地址是起始状态（即任何计算机都有可能作为发出方），接收方是全球广播地址，DHCP服务器就能识别出这个数据包是发给自己的。而其他计算机则可以选择忽略这个数据包。

DHCP服务器接收到这个数据包后，会读取其中的信息并分配一个IP地址，然后通过"DHCP响应"数据包将这个信息发送回去。这个响应包包含了多种信息：以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址、IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和广播地址（接收方）、UDP标头的端口是默认的通信端口等。新加入的计算机收到这个响应包后，就会获得自己的IP地址以及其他网络参数。

接下来，我们来了解一下主机访问网站的过程。当我们打开浏览器，在地址栏输入一个URL后，浏览器会开始一系列的通信步骤。域名需要通过DNS服务器成对应的IP地址。这个过程就像是一个电话黄页，你需要通过名字找到对应的电话号码。然后，与目的主机进行TCP连接，这个过程被称为“三次握手”。一旦连接建立，就可以开始发送和接收数据了。最后一步是与目的主机断开TCP连接，这被称为“四次挥手”。在这个过程中，HTTP、TCP、DNS、IP等协议都在默默发挥着它们的作用，确保信息的准确传输。

简而言之，网络通信就像是一场复杂的舞蹈，每个角色（计算机、服务器、路由器等）都需要遵循一定的规则（即协议）来进行交流。这些规则确保了信息的准确无误地从一个地方传递到另一个地方，就像是我们日常生活中的交流一样，只有通过清晰明确的沟通方式，才能确保信息的有效传递。深入了解网络传输过程：从域名到TCP连接建立

在浩瀚的网络世界中，每一次的网页浏览、文件传输或在线交流，背后都隐藏着复杂的网络传输过程。这一过程从域名开始，直至TCP连接的建立，确保了数据的可靠传输。接下来，让我们深入这一过程的每一个细节。

一、域名

当你的浏览器输入一个时，它首先会向本机的DNS模块发出请求，希望获取这个对应的IP地址。这个请求经过层层封装，从DNS模块到传输层的UDP协议单元，再到网络层的IP协议单元，最终通过数据链路层发送出去。在这个过程中，ARP（地址协议）起到了关键作用，它将IP地址转化为MAC地址，帮助我们找到目标主机。经过一系列的请求和回应，你得到了域名对应的IP地址。

二、TCP连接的建立三次握手

得到IP地址后，接下来是建立TCP连接的过程，这被称为“三次握手”。

1. 你的主机通过TCP向目的主机发送一个连接请求报文。

2. 这个报文的SYN（同步）标志位被设为1，表示这是一个连接请求。这个报文经过IP（DNS）、MAC（ARP）的层层传递，到达目的主机。

3. 目的主机收到请求后，通过IP层回应一个请求应答报文，其中SYN和ACK（确认）标志位都被设为1。这个应答再经过相同的路径返回你的主机。

4. 你的主机收到应答后，发送一个确认报文，表示已经准备好进行数据传输。

三次握手的过程就是这样一个来回确认的过程，确保双方都已经准备好进行数据传输。

三、数据传输

连接建立后，就可以开始数据传输了。HTTP的请求是通过TCP进行传输的，这保证了数据的可靠传输和有序性。在这个过程中，端口起到了关键的作用。它是TCP/IP协议中的一部分，用于标识正在运行的服务。比如，80端口用于网页服务，21端口用于FTP服务。这些端口被占用后，其他服务就无法使用相同的端口进行数据传输。

从域名到TCP连接建立，每一个步骤都至关重要，它们共同保证了我们在网络世界中的每一次交流都能顺利进行。每一次的数据传输，都是这些步骤的完美结合，使得我们可以在庞大的网络中，找到我们的目标，进行可靠的数据交换。在数据传输的旅程中，每一个报文都承载着我们的期待与信任，一旦出现差错或超时，便需要重新传递，确保信息的完整与准确。

当两台主机决定进行数据传输时，首先需要建立连接。这一过程并非简单的握手，而是以HTTP的GET方法请求为例的复杂流程。浏览器向域名发出请求报文，这个报文经过一系列的传输步骤，穿越TCP/IP层次，通过DNS找到目标主机的IP地址，再经过MAC地址和ARP协议，通过网关到达目的主机。当目的主机收到数据帧后，会回应封装好的HTML数据，这一数据再次经历相同的传输流程，最终到达我们的主机，被浏览器以网页形式展示出来。

数据传输完成后，我们需要断开TCP连接。这个过程中有一个有趣的现象，就是需要四次挥手。为什么需要四次呢？让我们深入了解。

在断开连接的过程中，浏览器首先向目的主机发出TCP连接结束请求报文，进入FIN WAIT状态。这个报文中的FIN标志位被设为1，表示结束请求。这个报文穿越网络，到达目的主机。目的主机收到后，会回应一个结束应答报文，ACK标志位为1。但目的主机可能还有数据需要传输，因此并不立即断开连接。当目的主机发送完所有数据后，会再次发出TCP连接结束请求报文，这次同样FIN标志位为1。我的主机收到后，回应结束应答报文，然后进入TIME WAIT状态。这是为了确保如果目的主机没有收到之前的应答，还可以进行重发。当目的主机关闭连接，我的主机在确认没有需要重发的报文后，也关闭连接。这就是四次挥手的由来。

主机访问网站的过程就像一场精心编排的舞蹈，每一步都必须精确无误。从通过域名找到IP，到建立TCP连接，再到HTTP访问，传输网页内容，最后断开TCP连接，每一个步骤都充满了技术的精妙。

希望大家能对网络通信的全过程有更深入的理解。从浏览器的请求到网页的展示，再到连接的断开，这其中包含了无数的技术细节和精巧的设计。这就是我们的网络世界，一个充满奇迹和可能性的世界。本文到此结束，希望对你的网络之旅有所帮助。