計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信原理——端口介紹
2022.10.10世界上有各種各樣的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，各種各樣的編碼方式，那么我們要實(shí)現(xiàn)全球的通信，是不是要建立一個(gè)普適的網(wǎng)絡(luò)模型，來(lái)滿足各種各樣不同的計(jì)算機(jī)之間的通信需求?這時(shí)，TCP/IP協(xié)議定義的網(wǎng)絡(luò)模型和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO定義的OSI(Open System Interconnection開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián))模型就應(yīng)運(yùn)而生了。TCP/IP協(xié)議要早于OSI模型，并且現(xiàn)實(shí)生活中主要用到的是TCP/IP協(xié)議，OSI模型幾乎沒(méi)有實(shí)現(xiàn)過(guò)，不過(guò)OSI模型仍有其理論價(jià)值。
1. OSI模型
OSI模型定義了7個(gè)層，每個(gè)層提供不同的服務(wù)并且將功能封裝起來(lái)供上一層使用。
這張圖表示了每個(gè)層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元名稱以及每一層用到的協(xié)議。
這張圖表示在最高層是原始數(shù)據(jù)，每往下一層就需要封裝一次，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元會(huì)越來(lái)越大。
2. TCP/IP
TCP/IP協(xié)議是四層模型，它與OSI模型的對(duì)比如下
TCP/IP四層模型由上到下我們也通常稱為：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層。
在簡(jiǎn)單了解了網(wǎng)絡(luò)模型的層次，我們看看計(jì)算機(jī)之間是怎么來(lái)通信的吧!
3. 尋址
地址其實(shí)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中占有非常重要的作用，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有它唯一的地址——IP地址。比如百度服務(wù)器(一臺(tái)性能很好的計(jì)算機(jī))的IP地址220.181.112.244，它的別名，也就是域名為www.baidu.com。
其實(shí)我們熟知的IP地址只是地址的一種，它工作在網(wǎng)絡(luò)層，在傳輸?shù)倪^(guò)程中是不可變的。
地址分為四種：物理地址、邏輯地址、端口地址和專有地址。
A. 物理地址
物理地址工作在最底層，即數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的幀(一種數(shù)據(jù)單位，由比特構(gòu)成)中，它每一次傳輸都會(huì)改變，比如從幀A一臺(tái)計(jì)算機(jī)a到一個(gè)路由器b使用了一組地址，該幀A在路由器b到路由器c中就會(huì)換另一組地址，它是可變的。
B. 邏輯地址
即世界上所有的計(jì)算機(jī)都有一個(gè)32位的地址(IPv4)，它唯一的表示每一臺(tái)計(jì)算機(jī)，后來(lái)IPv4地址不夠用了，就出現(xiàn)了IPv6地址，128位長(zhǎng)。只需記住一點(diǎn)，無(wú)論IPv4還是IPv6地址都是邏輯地址，它們是唯一的表示一臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址。它工作在網(wǎng)絡(luò)層，在傳輸?shù)倪^(guò)程中是不會(huì)變的。
C. 端口地址
我們通過(guò)邏輯地址實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)之間的通信，但是這樣并沒(méi)有什么意義，比如你在打英雄聯(lián)盟，這時(shí)你需要把數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌婕业挠?jì)算機(jī)上還是傳輸?shù)狡渌婕业挠⑿勐?lián)盟上呢?你打出了100點(diǎn)傷害，這樣一個(gè)數(shù)字，傳到計(jì)算機(jī)上毫無(wú)意義，但是傳輸?shù)接⑿勐?lián)盟中，英雄聯(lián)盟就知道你造成了100點(diǎn)傷害，并在游戲里計(jì)算。
這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明計(jì)算機(jī)之間的通信實(shí)質(zhì)上是不同計(jì)算機(jī)之間進(jìn)程的通信。而端口號(hào)就是唯一的表示這些進(jìn)程的編號(hào)。(進(jìn)程：運(yùn)行著的程序)端口號(hào)有16位，0到65535，一共有2^16個(gè)端口號(hào)。通過(guò)端口號(hào)可以找到計(jì)算機(jī)運(yùn)行的應(yīng)用程序。如Web服務(wù)器對(duì)應(yīng)的端口號(hào)是80，我們通過(guò)80端口實(shí)現(xiàn)了上網(wǎng)的功能。端口地址工作在傳輸層，在傳輸?shù)倪^(guò)程中是不會(huì)變的，端口地址就是端口號(hào)。
D. 專用地址
最典型的例子就是郵箱地址，每個(gè)郵箱被郵箱地址唯一指定，它會(huì)被轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的端口地址和邏輯地址進(jìn)行傳輸。專用地址工作在應(yīng)用層，在傳輸?shù)倪^(guò)程中是不會(huì)變的。
我們可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)地址分為4類(lèi)剛好對(duì)應(yīng) TCP/IP4層模型，由上到下分別為：
專用地址——應(yīng)用層
端口地址——傳輸層
邏輯地址——網(wǎng)絡(luò)層
物理地址——數(shù)據(jù)鏈路層和物理層
4. 端口
所以我們常說(shuō)的端口指的是我們?cè)L問(wèn)主機(jī)上的某一進(jìn)程的標(biāo)識(shí)號(hào)，通過(guò)端口實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)之間進(jìn)程的通信。例如，我們?cè)L問(wèn)百度主頁(yè)，實(shí)際上是我們計(jì)算機(jī)上的瀏覽器這一進(jìn)程訪問(wèn)百度服務(wù)器(一臺(tái)計(jì)算機(jī))上的Web服務(wù)器(一款軟件，也就是一個(gè)大型程序)進(jìn)程。
Web服務(wù)器對(duì)應(yīng)的端口號(hào)是80。就是說(shuō)我們?cè)L問(wèn)一個(gè)Web頁(yè)面的正確輸入應(yīng)該是IP：80。比如百度服務(wù)器(一臺(tái)計(jì)算機(jī))的IP地址220.181.112.244，也可以通過(guò)域名www.baidu.com訪問(wèn)(域名就是IP地址的)，要訪問(wèn)百度頁(yè)面(百度服務(wù)器上的Web程序)正確的輸入應(yīng)該是220.181.112.244:80或www.baidu.com:80。而我們通過(guò)在瀏覽器上輸入www.baidu.com就能訪問(wèn)百度頁(yè)面的原因是瀏覽器默認(rèn)訪問(wèn)80端口。
