【物联网】基础篇 互联网协议学习
大家好，我是皮皮猫吖。
每文一言： 一棵树的树冠越是向往高处的太阳，它的根越是得深入黑暗的地底。
本篇文章：
学习物联网知识，我们需要学习一些关于互联网的知识。本篇文章主要是互联网的学习，为后期学习物联网打下基础。跟随皮皮猫吖的脚步，进入互联网知识的学习。
正文如下：
一、互联网协议：
协议： 网络设备之间进行通讯的语言。
互联网协议： 在互联网上进行的通讯叫做互联网协议。
互联网协议也可以说是TCP/IP协议。
TCP/IP协议被划分为四层：
二、链路层（Ethernet，WiFi…）：
链路层主要的作用：
实现设备之间的物理链接。（可联网的设备依靠某种方式连入网络网）
例子：
WiFi就是链路层协议的一种。
WiFi让我们的手机和互联网连接到了一起。
重要知识：
ESP8266通过WiFi联网有三种工作方式：
1）接入点模式
ESP8266可以构建一个WiFi网络，手机、PC可以通过WiFi名，密码连接到ESP8266创建的网络中，此时手机和PC连接着同一个网络，可以实现通信。此时的网路是一个局域网。
2）无线终端模式：
ESP8266可以像手机一样，可以连接家里面的WiFi，然后就连上网络了，可以访问互联网，此时的ESP8266工作模式是无线终端模式。
3）混合模式：
混合模式是接入点模式和无线终端模式混合进行的。
三、网络层（IP）
1）IP地址
尽管设备可以通过链路层联网，但是光有链路层还无法实现设备之间的数据通讯。因为网络设备没有明确的标识。网络设备无从知晓要向谁传输数据，也无法确定从何处获取数据。
通俗的例子：
网上购物，我们需要提供给商家我们的收货地址，商家在快递单上填写收货地址，快递发送到我们提供的地址上。同时，如果我们想要退货的话，我们需要通过商家拿到退货地址，快递帮我们寄到指定的地址。人与人之间的交流需要依靠地址，那么互联网中设备之间的通讯也是需要地址的。此时的地址就是IP地址。
所以，每一台网络设备都有独立的地址，数据在这些独立的地址之间进行传输。网络设备的地址是什么？就是IP地址。
网络层的作用就是通过IP协议为互联网提供IP地址。
有了IP地址还不够，为了确保网络中的IP地址不重复，需要 DHCP服务器来实现IP地址分配。
每个设备拥有了独立的IP地址之后，设备之间就可以实现通信了。
2）IP协议的版本：IPv4，IPv6
IPv6是IPv4的升级版本，目前IPv4地址已经分配完了，所以开始实行IPv6版本的IP协议。
但是现在大多数的网络系统还是IPv4，这里的话，我主要介绍下IPv4版本的IP地址。（我只会IPv4，IPv6我还没有学习，以后会有）
IPv4版本的IP地址由4个数字组成，如192.168.0.100这个IP地址由两部分组成。前三个数字（192.168.0）是设备连接的本地局域网（路由器构建的局域网）地址。最后一个数字100是该设备在局域网中的地址编号，是路由器默认分配的。
例子：
一个手机，一台电脑和一个NodeMCU开发板。现在将这三台设备同时连接到家中的WiFi路由器。家中的WiFi路由器会通过它内置的DHCP服务器功能为这三台设备各自分配一个独立的IP地址。假设我们的NodeMCU IP地址是192.168.0.2，手机是192.168.0.3，电脑是192.168.0.4。到这里，我们的手机，电脑和NodeMCU就可以使用各自的IP地址彼此收发数据了。
3）如何查看自己电脑的IP地址：
- 按下键盘上面的win+R，出现下图，点击确定
- 输入：ipconfig，出现下图：
4）默认网关：
通俗的例子：
当我们需要出国的时候，我们一定需要拿的是护照，因为我们出国的时候需要经过海关，在海关的时候，需要查证护照，海关是连接国与国之间的关口。
类比到网络中，网关就是连接网络与网络之间的关口。
此时，家中的路由器就是一个网关：负责家里面的网络（自己构建的局域网）与外面网络之间的通讯。
拓展：
上图，此时的网络只是路由器构建的一个局域网。并且，此时的设备是无法对互联网进行访问的。我们需要把路由器接入到中国移动服务器（这只是一种方式）。中国移动服务器连接的是互联网，这样我们的设备才可以和互联网进行通讯。
注意：
路由器接入中国移动服务器，中间是需要经过很多服务器的，这里只是一个简图，设备联网远比这个复杂的多。（大家以后慢慢会懂）
5）子网掩码
与网络设备相同，网络本身也有自己的地址。
如果我们将网络与网络叠加就可以编织成一张无限大的网，而组成这张大网的每一个小网都可以被称作子网络。通常我们家中的网络是不需要多个子网络的。但是对于大型企业或工业项目，由于联网设备数量很大，一个子网无法满足需求。这时我们就可以将多个网络连接在一起形成一张巨型网络。那么当这些子网组成“大网”后，为了便于网络管理，我们为每一个组成大网的子网络都分配一个独立的地址，这个地址就是子网地址。
图中，三台设备的IP地址有一个共同点。它们IP地址的前三位都是相同的，即192.168.0。这就是子网地址。剩余的一位数字是不相同的，最后一位数字就是当前设备在该网络中的独立序号。
是不是前三位就是子网地址呢？而最后一位是设备号呢？不是的。
问题：
如何知道哪一个是子网地址，哪一个是设备号呢？
求子网地址和设备号需要用到子网掩码。
上述实例中，我们的IP地址的前三位是子网地址，这是因为我们对网络设备进行设置的时候，预先设置好子网掩码是255.255.255.0。这个子网掩码也是4个数字组成的。
问题： 如何根据IP地址和子网掩码得到子网地址和设备序号呢？
解决办法：
IP地址和子网掩码进行逐位进行或操作，得到的就是子网地址
根据子网地址和IP地址，就可以得到设备序号。
这样就可以清楚的分辨IP地址，子网地址，子网掩码了。
6）MAC地址和ARP
网络设备之间要是实现通讯，设备之间不光要知道彼此的IP地址，还要知道设备的MAC地址。
网络中的每一个设备都有一个独立的MAC地址。这个MAC地址是固化在网络设备硬件中的。我们可以通过系统设置或工具软件改变MAC地址，但这也仅仅是临时的修改，而不是真正将设备硬件的MAC地址进行永久性的更改。如果想永久性的修改MAC地址，那就要借助硬件产商所提供的工具软件了。
例子：
如果ESP8266想要发送数据给网络中的手机。首先需要知道手机的IP地址，还需要知道手机的MAC地址。
问题：
ESP8266、手机、PC都是第一次连入WiFi，从未互相通讯，不知道彼此的MAC地址？
解决办法：
ESP8266会向网络中的所有设备广播一条“寻人启事”。这条广播信息的内容大概是这样的。“各位网络中的兄弟姐妹，我是住在IP地址192.168.0.2的设备。我的MAC码是AB-CD。我现在要发送数据给住在IP地址192.168.0.3的设备。请192.168.0.3地址的设备告知你的MAC码。” （注意：现实中的MAC码肯定不是AB-CD这 4个字母构成的。这里为了便于您的理解而将MAC地址进行了简化。）
如果手机听到了这条广播就会回复一条信息给ESP8266，大概的信息是这样的：“你好！我是住在192.168.0.3的设备。我的MAC码是EF-GH。”发送这条信息的同时，手机也会把ESP8266所拥有的IP地址以及MAC码记录下来，以备后用。
到这里，ESP8266和手机就彼此知道了对方的IP地址和MAC码了。接下来他们就可以愉快的网络通讯了。这种让两台完全不认识彼此的设备获取到对方IP和MAC地址的协议就是ARP了。
四、传输层（TCP，UDP）
TCP协议：
特点：
- 稳定，传输速度相对较慢
- 保证所有的数据都能被接收端接收
- 数据的传输顺序不会被打乱
- 传输数据如有损坏则重发受损数据
TCP协议应用领域：
电子邮件、文件传输
UDP协议
特点：
- 快，相对于TCP快一点
- 不保证所有数据都能被接收端接收
- 数据一旦受损，UDP协议将抛弃受损数据
- 有数据损坏不会重发受损数据
UDP协议应用领域
在线语音/视频、网游
五、应用层（HTTP，FTP…）
应用层有很多的协议，最常见的是HTTP协议。它常被用来传输网页数据。
HTTP协议：
HTTP协议由请求和响应构成。
HTTP请求：
当你在浏览器输入：www.****.com这一网址并按下回车，这时候浏览器会把这个操作转换成一个HTTP请求。
这个HTTP请求主要分为两大部分：一部分是请求头，一部分是请求体。 此次只关注请求头的内容，请求体的内容不过多赘述，如果想要学习请求体的请自行查阅资料。
这是请求行和请求头的内容：
请看请求行的内容：
这个请求是：能否获得服务器信息：
GET / HTTP/1.1
GET： 读取请求（读取服务器中的某些信息）
/： 请求的内容是网站的首页信息
HTTP/1.1： 协议的版本是1.1
请看请求头的内容：
HOST：www.****.com： 请求的是www.****.com网站的主机
这个请求是：能否向服务器发送信息
POST / HTTP/1.1
HOST：www.baidu.com
解释： 向www.baidu.com发送信息，使用的HTTP协议是1.1版本
HTTP1.0定义了三种请求方法：
GET，POST，HEAD
HTTP1.1新增了物种请求方法：
OPTIONS，PUT，DELETE，TRACE，CONNECT
分别是：
操作系统版本
网页支持的编程语言
浏览器支持的语言：中文
浏览器支持的压缩信息编码格式
当服务器发送信息之后，是否和电脑继续保持连接，此处是继续保持连接
HTTP响应：
状态行：
HTTP/1.1 200 OK
HTTP/1.1： 响应的HTTP协议版本为1.1
HTTP几种常见服务器响应状态码：
100~199： 成功接收请求，要求客户端继续提交下一次请求才能完成整个处理过程。
200~299： 成功接收请求并已完成整个处理过程。常用200
300~399： 完成请求，客户需进一步细化请求。
400~499： 客户端的请求有错误，常用404和403(403的含义是权限不够，服务器拒绝访问。)
500~599： 服务器端出现错误，常用500
这里的200表示的是：服务器找到了HTTP请求的网页
响应头：
第一行：服务器的响应时间，时间的格式是：GMT标准的时间，不是背景时间
通过这一行响应头的信息。我们的浏览器就会知道，在这一个响应的响应体部分都是HTML网页代码。浏览器会做好准备，将网页代码编译成我们可以读懂的格式呈现在浏览器中。
通俗的例子：
假设某一个响应头中“Content-Type” 类型是”image/png”。这就意味着该响应体中的信息是一个png格式的图片，那么浏览器也就会按照png的解码方式将图片呈现在我们的面前。
六、DNS（域名系统）
当我们使用浏览器访问某一个网站时，实际上我们是通过浏览器向网站服务器发送HTTP请求。然而网站服务器的IP地址很难记忆，为了解决IP地址不好记这一问题，DNS派上了用场。
通俗化解释：
我们可以把DNS看作是一个巨型电话本。电话本中的联系人一栏就是网站的域名，而电话本中的电话号码一栏则是这些网站的IP地址。有了DNS我们就可以使用简单易记的域名来访问网站了。
例子：
我们用****网站来举例吧，每当我们在浏览器中输入域名www.****.com并按下回车后，这时浏览器首先会向DNS服务器发送请求，请求的内容大致如下：“亲爱的DNS服务器，菜鸡皮皮猫吖主人想访问一个域名是www.****.com的网站。麻烦您把这个域名的网站服务器IP地址告诉我好吗？” DNS服务器在接收到这一请求后，会做出以下应答：“亲爱的浏览器，您要的网站服务器ip地址是47.95.164.112。” 浏览器在接收到这一IP地址后，就开始向这个IP地址所对应的网站服务器正式发出HTTP GET请求了。
如图：
参考：
http://www.taichi-maker.com/homepage/esp8266-nodemcu-iot/internet-basics/
完结，撒花…
这次的算是技术文档了，是参考下面的网站里面的大佬总结的，其中也有自己的理解。皮皮猫技术有限，无法自己写出如此高质量的技术文章。仍要继续加油，持续更新物联网知识中…
作者：皮皮猫吖