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時間 2019-12-01

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【OSI七層模型、TCP/IP五層模型---------協議概述（圖）】git

協議：每一層都是爲了完成一種功能。爲了實現這些功能，就須要你們都遵照共同的規則。正則表達式

越下面的層，越靠近硬件；越上面的層，越靠近用戶。windows

應用層協議有：服務器

SMTP：簡單郵件傳輸協議 Telnet：遠程登陸協議網絡

SNMP：簡單網絡管理協議 FTP：文件傳輸協議socket

LPD：行式打印機守護進程 TFTP：簡單文件傳輸協議spa

NFS：網絡文件系統協議 HTTP: 超文本傳輸協議 .net

五層之間的通訊過程：對象

物理層——物理層就是把電腦鏈接起來的物理手段(以用光纜、電纜、雙絞線、無線電波等方式)，它主要規定了網絡的一些電氣特性，做用是負責傳送0和1的電信號。blog

數據連接層——單純的0和1沒有任何意義，必須規定解讀方式，數據連接層肯定了0和1的分組方式。

互聯網層——以太網在互聯網層中占主導地位，以太網規定，一組電信號構成一個數據包，叫作」幀」（Frame）。每一幀分紅兩個部分：標頭（Head）和數據（Data）。「標頭」包含數據包的一些說明項，好比發送者、接受者、數據類型等等；」數據」則是數據包的具體內容。以太網規定，連入網絡的全部設備，都必須具備」網卡」接口。數據包必須是從一塊網卡，傳送到另外一塊網卡。網卡的地址，就是數據包的發送地址和接收地址，這叫作MAC地址（且獨一無二）。有了MAC地址，就能夠定位網卡和數據包的路徑了。以太網採用了一種很」原始」的方式，它不是把數據包準確送到接收方，而是向本網絡內全部計算機發送，讓每臺計算機本身判斷，是否爲接收方。

上圖中，1號計算機向2號計算機發送一個數據包，同一個子網絡的3號、4號、5號計算機都會收到這個包。它們讀取這個包的」標頭」，找到接收方的MAC地址，而後與自身的MAC地址相比較，若是二者相同，就接受這個包，作進一步處理，不然就丟棄這個包。這種發送方式就叫作」廣播」（broadcasting）。有了數據包的定義、網卡的MAC地址、廣播的發送方式，」連接層」就能夠在多臺計算機之間傳送數據了。

可是，這樣缺點頗多，以太網以「廣播」的方式，導致全部成員人手一「包」，不只效率低，並且侷限在發送者所在的子網絡格里。所以，必須找到一種方法，可以區分哪些MAC地址是否屬於同一個子網絡。若是是同一個子網絡，就採用廣播方式發送，不然就採用」路由」方式發送。（」路由」的意思，就是指如何向不一樣的子網絡分發數據包。）遺憾的是，MAC地址自己沒法作到這一點。（它只與廠商有關，與所處網絡無關。）這時候誕生了「網絡層」，它的做用是經過網絡地址，使得咱們可以區分不一樣的計算機是否屬於同一個子網絡。（網絡地址簡稱地址）自此每臺計算機出現了兩種地址，一種是MAC地址【將數據包送到該子網絡中的目標網卡（後執行）】，一種是網絡地址【肯定計算機所在的子網絡（先執行）】。兩種地址之間沒有任何聯繫，MAC地址是綁定在網卡上的，網絡地址則是管理員分配的，它們只是隨機組合在一塊兒。

IP協議：規定網絡地址的協議，叫作IP協議。它所定義的地址，就被稱爲IP地址。目前，普遍採用的是IP協議第四版，簡稱IPv4。這個版本規定，網絡地址由32個二進制位組成。

習慣上，咱們用分紅四段的十進制數表示IP地址，從0.0.0.0一直到255.255.255.255。互聯網上的每一臺計算機，都會分配到一個IP地址。這個地址分紅兩個部分，前一部分表明網絡，後一部分表明主機。好比，IP地址172.16.254.1，這是一個32位（十進制與二進制的轉換）的地址，假定它的網絡部分是前24位（172.16.254），那麼主機部分就是後8位（最後的那個1）。處於同一個子網絡的電腦，它們IP地址的網絡部分一定是相同的，也就是說172.16.254.2應該與172.16.254.1處在同一個子網絡。

可是，問題在於單單從IP地址，咱們沒法判斷網絡部分。仍是以172.16.254.1爲例，它的網絡部分，究竟是前24位，仍是前16位，甚至前28位，從IP地址上是看不出來的。那麼，怎樣才能從IP地址，判斷兩臺計算機是否屬於同一個子網絡呢？

這就要用到另外一個參數」子網掩碼」【子網絡特徵的一個參數】（subnet mask）。它在形式上等同於IP地址，也是一個32位二進制數字，它的網絡部分所有爲1，主機部分所有爲0。好比，IP地址172.16.254.1，若是已知網絡部分是前24位，主機部分是後8位，那麼子網絡掩碼就是11111111.11111111.11111111.00000000，寫成十進制就是255.255.255.0。

知道」子網掩碼」，咱們就能判斷，任意兩個IP地址是否處在同一個子網絡。方法是將兩個IP地址與子網掩碼分別進行AND運算（兩個數位都爲1，運算結果爲1，不然爲0），而後比較結果是否相同，若是是的話，就代表它們在同一個子網絡中，不然就不是。好比，已知IP地址172.16.254.1和172.16.254.233的子網掩碼都是255.255.255.0，請問它們是否在同一個子網絡？二者與子網掩碼分別進行AND運算，結果都是172.16.254.0，所以它們在同一個子網絡。

總結一下，IP協議的做用主要有兩個，一個是爲每一臺計算機分配IP地址，另外一個是肯定哪些地址在同一個子網絡。

IP數據包（分爲標頭和數據）：根據IP協議發送的數據，就叫作IP數據包（其中一定包括IP地址信息）。咱們把IP數據包直接放進以太網數據包的」數據」部分，所以徹底不用修改以太網的規格。這就是互聯網分層結構的好處：上層的變更徹底不涉及下層的結構。

「標頭」部分：主要包括版本、長度、IP地址等信息

」數據」部分：則是IP數據包的具體內容

ARP協議：由於IP數據包是放在以太網數據包裏發送的，因此咱們必須同時知道兩個地址，一個是對方的MAC地址，另外一個是對方的IP地址。一般狀況下，對方的IP地址是已知的，可是咱們不知道它的MAC地址。因此，咱們須要一種機制，可以從IP地址獲得MAC地址。這裏又能夠分紅兩種狀況：

若是兩臺主機不在同一個子網絡，沒有辦法獲得對方的MAC地址，只能把數據包傳送到兩個子網絡鏈接處的」網關」（gateway），讓網關去處理。
若是兩臺主機在同一個子網絡，那麼咱們能夠用ARP協議，獲得對方的MAC地址。ARP協議也是發出一個數據包（包含在以太網數據包中），其中包含它所要查詢主機的IP地址，在對方的MAC地址這一欄，填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示這是一個」廣播」地址。它所在子網絡的每一臺主機，都會收到這個數據包，從中取出IP地址，與自身的IP地址進行比較。若是二者相同，都作出回覆，向對方報告本身的MAC地址，不然就丟棄這個包。

總之，有了ARP協議以後，咱們就能夠獲得同一個子網絡內的主機MAC地址，能夠把數據包發送到任意一臺主機之上了。

傳輸層——有了MAC地址和IP地址，咱們已經能夠在互聯網上任意兩臺主機上創建通訊。此時，咱們還須要一個參數，表示這個數據包到底供哪一個程序（進程）使用。（好比，你一邊瀏覽網頁，一邊與朋友在線聊天。當一個數據包從互聯網上發來的時候，你怎麼知道，它是表示網頁的內容，仍是表示在線聊天的內容？）這個參數就叫作」端口」（port），它實際上是每個使用網卡的程序的編號。每一個數據包都發到主機的特定端口，因此不一樣的程序就能取到本身所須要的數據。

端口：是0到65535之間的一個整數，正好16個二進制位。0到1023的端口被系統佔用，用戶只能選用大於1023的端口。不論是瀏覽網頁仍是在線聊天，應用程序會隨機選用一個端口，而後與服務器的相應端口聯繫。

「傳輸層」的功能，就是創建」端口到端口」的通訊。相比之下，」網絡層」的功能是創建」主機到主機」的通訊。只要肯定主機和端口，咱們就能實現程序之間的交流。所以，Unix系統就把主機+端口，叫作」套接字」（socket）。有了它，就能夠進行網絡應用程序開發了。

UDP協議：如今，咱們必須在數據包中加入端口信息，這就須要新的協議。最簡單的實現叫作UDP協議，它的格式幾乎就是在數據前面，加上端口號。UDP協議的優勢是比較簡單，容易實現，可是缺點是可靠性較差，一旦數據包發出，沒法知道對方是否收到。

（不可靠）UDP數據包：由【」標頭」（主要定義了發出端口和接收端口）】和【」數據」（具體的內容）】兩部分組成。把整個UDP數據包放入IP數據包的」數據」部分。UDP數據包很是簡單，」標頭」部分一共只有8個字節，總長度不超過65,535字節，正好放進一個IP數據包。

（可靠）TCP協議：爲改進UDP，TCP協議就誕生了。這個協議很是複雜，但能夠近似認爲，它就是有確認機制的UDP協議，每發出一個數據包都要求確認。若是有一個數據包遺失，就收不到確認，發出方就知道有必要重發這個數據包了。所以，TCP協議可以確保數據不會遺失。它的缺點是過程複雜、實現困難、消耗較多的資源。

TCP數據包和UDP數據包同樣，都是內嵌在IP數據包的」數據」部分。TCP數據包沒有長度限制，理論上能夠無限長，可是爲了保證網絡的效率，一般TCP數據包的長度不會超過IP數據包的長度，以確保單個TCP數據包沒必要再分割。

應用層——做用是規定應用程序的數據格式（解讀各個程序信息，因此會事先規定）。（舉例來講，TCP協議能夠爲各類各樣的程序傳遞數據，好比Email、WWW、FTP等等。那麼，必須有不一樣協議規定電子郵件、網頁、FTP數據的格式，這些應用程序協議就構成了」應用層」。）

這是最高的一層，直接面對用戶。它的數據就放在TCP數據包的」數據」部分。所以，如今的以太網的數據包就變成下面這樣。

發送這個包，須要知道兩個地址：對方的MAC地址和IP地址

有了這兩個地址，數據包才能準確送到接收者手中。可是，前面說過，MAC地址有侷限性，若是兩臺電腦不在同一個子網絡，就沒法知道對方的MAC地址，必須經過網關（gateway）轉發。

上圖中，1號電腦要向4號電腦發送一個數據包。它先判斷4號電腦是否在同一個子網絡，結果發現不是（後文介紹判斷方法），因而就把這個數據包發到網關A。網關A經過路由協議，發現4號電腦位於子網絡B，又把數據包發給網關B，網關B再轉發到4號電腦。

1號電腦把數據包發到網關A，必須知道網關A的MAC地址。因此，數據包的目標地址，實際上分紅兩種狀況：

發送數據包以前，電腦必須判斷對方是否在同一個子網絡，而後選擇相應的MAC地址。

這時候咱們就須要擁有上網功能，須要記住的就是一點：不論是」靜態IP地址」仍是」動態IP地址」，電腦上網的首要步驟，是肯定四個參數。

*本機的IP地址

*子網掩碼

*網關的IP地址