互聯網基礎知識------OSI七層網絡模型梗概

時間 2019-11-13

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OSI七層模型

　　七層網絡結構：面試

　　應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層編程

　　通常也做五層應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層（實體層）瀏覽器

　　引伸問題：TCP/IP協議與http協議的區別：

　　　　TPC/IP協議是傳輸層協議，主要解決數據如何在網絡中傳輸，而HTTP是應用層協議，主要解決如何包裝數據。關於TCP/IP和HTTP協議的關係，網絡有一段比較容易理解的介紹：「咱們在傳輸數據時，能夠只使用（傳輸層）TCP/IP協議，可是那樣的話，若是沒有應用層，便沒法識別數據內容，若是想要使傳輸的數據有意義，則必須使用到應用層協議，應用層協議有不少，好比HTTP、FTP、TELNET等，也能夠本身定義應用層協議。WEB使用HTTP協議做應用層協議，以封裝HTTP 文本信息，而後使用TCP/IP作傳輸層協議將它發到網絡上。」安全

　　　　術語TCP/IP表明傳輸控制協議/網際協議，指的是一系列協議。「IP」表明網際協議，TCP和UDP使用該協議從一個網絡傳送數據包到另外一個網絡。把 IP想像成一種高速公路，它容許其它協議在上面行駛並找到到其它電腦的出口。 TCP和UDP是高速公路上的「卡車」，它們攜帶的貨物就是像HTTP，文件傳輸協議FTP這樣的協議等。

　　　TCP和UDP是FTP，HTTP和SMTP之類使用的傳輸層協議。雖然TCP和UDP都是用來傳輸其餘協議的，它們卻有一個顯著的不一樣：TCP提供有保證的數據傳輸，而UDP不提供。這意味着TCP有一個特殊的機制來確保數據安全的不出錯的從一個端點傳到另外一個端點，而UDP不提供任何這樣的保證。

　　 HTTP(超文本傳輸協議)是利用TCP在兩臺電腦(一般是Web服務器和客戶端)之間傳輸信息的協議。客戶端使用Web瀏覽器發起HTTP請求給Web服務器，Web服務器發送被請求的信息給客戶端。

物理層

　　實體層。若是咱們的電腦須要聯網，那麼首先須要網線（光纜、電纜、無線電波）等方式均可以，主要規定網絡傳輸的一些電器特性，做用是傳輸0和1這樣的電信號。由於單純傳輸0和1是沒有意義的，全部引出了數據鏈路層。服務器

　　（1）數據通訊的基礎知識：網絡

（韓玉剛老師16課時）架構

數據鏈路層

　　多少個電信號算一組，每個信號位有什麼意義，即在實體層的基礎上肯定了0和1的分組方式，也就咱們常說的以太網協議。以太網規定一組電信號構成一個數據包，咱們將它叫作幀，每一個幀又分爲如下兩個部分：其中head稱之爲標頭（固定長度18byte）、data（46byte~1500byte）即數據。標頭包含了數據包的說明項（如發送者、接受者、數據類型等），若是數據的長度大於最大長度即1518的話，數據就不得不分爲多個組發送。socket

　　　　　　① 回到一個問題，標頭的中的發送者和接受者是根據什麼標識的呢？數據包必須從一塊網卡傳輸到另一個網卡上面，而每個網卡就會有一個地址，即數據包的發送地址和接收地址，（也稱之爲Mac地址）每個網卡在出廠的時候都會有一個全世界惟一的Mac地址，長度爲48Bit。一般使用12個16進制數來表示。（如：14:5c:89:96:44:c1）注意：（有的軟件能夠更改計算機的Mac地址）前6個16進制數是表明廠商的編號，後6個表明廠商的網卡流水號。tcp

　　　　②廣播：以太網數據包必須知道接收方的Mac地址才能將數據發送，在知道Mac地址的狀況下是怎樣發送的呢？以太網中並非將數據包一對一準確地傳輸到方法，而是採用一種廣播的形式，向本網絡的全部計算機發放，讓每臺收到數據的計算機自行判斷是否是接收方。以下圖中，1好計算機向2號計算機發送數據包，同一個網絡中的3,4,5也接受到這個包，它們讀取包頭找到接收方的Mac地址，而後與自身Mac地址對比，若是都相同就接受該包，不然就丟棄。 url

　　同一子網中用廣播的形式還可行，可是若是不是屬於同一子網，全球有成敗一計算機，若是不一樣子網之間任然以以太網廣播形式發送數據，顯然是不現實的，因此不屬於同一子網絡的話就有了路由的方式發送數據。路由的意思即如何向不一樣的子網絡去分發數據包，遺憾的是Mac地址只與廠商有光，和網絡環境無關，這就致使了網絡層的誕生。

網絡層

　　網絡層引入了一套新的地址，讓咱們可以區分不一樣的計算機是否在同一子網內，這個地址即網址。因而計算機就有了兩個地址，一個就mac地址，一個就是網絡地址，兩種地址之間沒有任何聯繫，mac地址綁定在網卡之上，網絡地址由管理員分配的，網絡地址肯定計算機所在的子網絡，mac地址負責將數據包發送到子網絡中的目標網卡上。邏輯上就能知道是先處理網絡地址而後處理mac地址的。由此又引入了ip協議。

ip協議

　　①ip協議定義的地址叫作ip地址，目前普遍使用ipv4， ipv4中一個ip地址由32個二進制位組成，習慣分爲4段10進制數字，(192.168.0.1)範圍（0.0.0.0~255.255.255.255）互聯網上的每一臺計算都會分配到一個ip地址，一個ip地址分爲兩部分，假設192.168.0表明網絡，後面一個3表明主機。同一子網的網絡部分必然相同，事實上一個給一個ip地址我麼是沒法準確判斷哪一個部分爲網絡部分，（能夠是前面24爲，也能夠是前面的16位），那麼如何準確判斷兩個計算機是否屬於同一子網絡呢？就必須用到子網掩碼，子網掩碼錶示子網絡特徵的參數，形式上相似ip地址（32位二進制數字），其網絡部分所有是二進制1，主機部分所有是二進制0.因而假如一個ip地址的前24爲表示網絡部分，後8爲表示主機部分的話，它的ip地址就爲11111111-11111111-11111111-00000000，用10進製表示爲225.225.225.0

　　②ip數據包：根據ip協議發送的數據就叫ip數據包，ip的數據包也分爲標頭和數據兩個部分，部分以下左圖所示：其中一定包含了ip的地址信息，實際上ip數據包是直接放入以太網數據包的數據部分的，因此不用修改以太網的規格，這就是互聯網分層結構的一個好處，上層的變更不會涉及下層的結構。因而以太網的數據包能夠看作以下右圖所示：標頭（20-60個byte）主要包含版本號，長度，ip地址等信息。data（最大65515byte）因而當data的大小超過了以太網數據最大值的時候，就會將ip分割爲多個以太數據包發送出去。一般發送數據狀況下，對方的ip地址是已知的，可是mac地址不得而知，因而就有了ARP協議的存在。

　　③ ARP協議：假設存在2臺計算機，當兩個計算機不屬於同一子網絡的時候，無法知道對方的mac地址，只能將數據包傳送到兩個子網絡鏈接的網關到處理，當兩個主機在同一個子網絡的時候就可使用ARP協議獲得對方的mac地址，ARP協議是怎門作的呢？ARP協議發出一個數據包（也包含在以太網的數據包中）此包中包含了查詢主機的ip地址和對方的mac地址。（此mac地址是用臨時的6組16進制的數字表示一個廣播地址）因而所在子網的每臺主機都會收到該數據包，收到以後就會取出該包裏面的ip地址，而後和本身的ip地址作一個比較，若是是相同的話就作回覆，並上報本身的mac地址。若是不相同就丟棄該包。有了ARP協議以後，就能夠獲得同一個子網絡內的主機mac地址。而後把數據發送至任意主機。引出一個問題：咱們在上網的時候同時打開了多個程序，（如瀏覽器和qq聊天），當咱們接受一個數據包的時候，數據包是如何知道它是屬於哪一個程序的呢？因而就引入了一個參數：端口。

　　④端口：每個數據包發送到主機的特定端口上，因此不一樣的程序會取到本身的數據，端口好都是0~65535之間的整數。正好16個二進制位。其中0-1023端口是系統佔用的，（本地啓動一個80端口可能會提示權限不夠）

傳輸層

　　傳輸層的功能就是創建端口到端口之間的通訊，相比之下，網絡層是主機與主機之間的通訊，只要肯定主機和端口就能夠實現程序之間的交流。因此unix系統中，把主機加端口叫作套接字（socket）有了它以後就進行網絡編程了。網絡編程的兩個協議：

　　①UDP協議：格式就是在數據前面加上端口號。UDP數據包也由標頭和數據包組成，以下左圖：標頭部分定義發出的端口和接收端口，data部分爲具體的內容。而後將整個UDP的數據包又放到ip數據包的數據部分，前面說過ip數據包又是放到以太網數據包中的，因此整個以太網數據包又成了下面右圖樣子：UDP標頭部分只有個字節。總長度不超過65535字節，正好能夠放進一個ip數據包。優勢：簡單易實現。缺點是可靠性差。因而引入了TCP協議。

　　②TCP協議：能夠理解爲有確認機制的UDP協議。每發出數據包都進行確認，若有遺失就重發。TCP有三次握手。能夠保證數據不會丟失，缺點是過程實現複雜，消耗資源大，TCP數據包沒有長度限制，一般限制不超哥ip數據長度。確保單個的tcp包不被分割。　TCP數據包是面向鏈接（如打電話先撥號創建鏈接）UDP是無鏈接的。即發送數據以前不須要創建鏈接。

　　三次握手：

應用層（全部能產生網絡流量的程序）

　　因爲互聯網是開放的網絡架構，數據的來源五花八門，因此須要事先約定一些格式，否則根本沒有辦法解讀。應用層的做用就是規定應用程序的數據格式。

　　回到下圖：圖中1號計算機須要與4號計算機通訊，因爲1和4不在同一個子網內，因而先須要將數據包發送給子網1 的網關（geteway）也能夠理解爲路由器，網關1經過路由協議發現4計算機處於2關內，因此網關1會將數據發送給網關2而後由網關2再將數據發送給4號計算機。1號計算機要將數據發送給網關1的話，必須知道網關1的mac地址，因此數據包的目標地址分兩種狀況：

　　1：當通訊的計算機屬於同一個子網絡，只須要知道對方的mac地址和ip地址便可。

　　2：當通訊雙放不在同一個網絡。須要知道網關的mac地址和對方計算機的ip地址。

　　（1）動態ip地址：計算機開機以後自動分配到一個ip地址，不會被別人設定，使用的協議叫DHCP協議（屬於應用層的協議，創建在UDP協議之上因此其整個協議的數據包結果以下：）此協議規定：在每個子網中，有一臺叫作DHCP服務器的計算機專門負責此網絡內的ip地址。因此有新的計算機加入到子網中，必須向DHCP服務器發送一個DHCP請求數據包，去申請一個ip地址和相關的網絡參數。