Network筆記整理 - 網絡協議與網絡分層

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《聖經》中有一個通天塔的故事,上帝爲了阻止人類聯合起來，就讓人類說不一樣的語言。人類無法兒溝通，達不成「協議」，通天塔的計劃就失敗了。

千年以後,一羣工程師爲了解決這一問題,制定了各類協議與標準,讓各類設備能夠經過協議通訊,進而經過互聯網實現了讓世界互聯.

就像咱們如今寫的代碼,用着通用的程序語言,世界也就隨之打通了.咱們的計算機語言也算是一種協議.

想要讓世界互聯,讓計算機們都聯合起來,就必需要用到網絡協議讓他們相互協做,來完成共同的目標.

協議三要素

(1) 語義。每一段內容須要表明某種意義 (2) 語法。每一段內容符合必定規則的格式, (3) 時序。每一段任務的執行順序.

網絡分層

網絡分層就是將網絡節點所要完成的數據的發送或轉發、打包或拆包，控制信息的加載或拆出等工做，分別由不一樣的硬件和軟件模塊去完成。

簡單的來講一個完整的HTTP請求,途中須要通過數次傳送,期間須要不通的都軟件與硬件模塊去完成相應的工做. 咱們對相應的階段的不通特性作出來相應的分類.每種網絡分層,都有相應的協議標準作數據傳送.

就像是一家公司,不通層級的人會用着不通的溝通方式來打交道.網絡也大概如此.

咱們經常使用的網絡協議有哪些? 咱們的網絡在通信過程當中,要經過哪些設備,哪些協議才能作到一次完整的通信?

網絡層次可劃分爲五層因特網協議棧和七層因特網協議棧

五層模型

因特網協議棧共有五層：應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層和物理層。不一樣於OSI七層模型這也是實際使用中使用的分層方式。 （1）應用層 支持網絡應用，應用協議僅僅是網絡應用的一個組成部分，運行在不一樣主機上的進程則使用應用層協議進行通訊。 （2）傳輸層 負責爲信源和信宿提供應用程序進程間的數據傳輸服務，這一層上主要定義了兩個傳輸協議，傳輸控制協議即TCP和用戶數據報協議UDP。 （3）網絡層 負責將數據報獨立地從信源發送到信宿，主要解決路由選擇、擁塞控制和網絡互聯等問題。 （4）數據鏈路層 負責將IP數據報封裝成合適在物理網絡上傳輸的幀格式並傳輸，或將從物理網絡接收到的幀解封，取出IP數據報交給網絡層。 （5）物理層 負責將比特流在結點間傳輸，即負責物理傳輸。該層的協議既與鏈路有關也與傳輸介質有關

五層模型對應的協議

物理層：以太網 · 調制解調器 · 電力線通訊(PLC) · SONET/SDH · G.709 · 光導纖維 · 同軸電纜 · 雙絞線等

數據鏈路層：Wi-Fi(IEEE 802.11) · WiMAX(IEEE 802.16) ·ATM · DTM · 令牌環 · 以太網 ·FDDI · 幀中繼 · GPRS · EVDO ·HSPA · HDLC · PPP · L2TP ·PPTP · ISDN·STP 等

網絡層協議：IP (IPv4 · IPv6) · ICMP· ICMPv6·IGMP ·IS-IS · IPsec · ARP · RARP等

傳輸層協議：TCP · UDP · TLS · DCCP · SCTP · RSVP · OSPF 等

應用層協議：DHCP ·DNS · FTP · Gopher · HTTP· IMAP4 · IRC · NNTP · XMPP ·POP3 · SIP · SMTP ·SNMP · SSH ·TELNET · RPC · RTCP · RTP ·RTSP· SDP · SOAP · GTP · STUN · NTP· SSDP · BGP · RIP 等

七層模型

第一層 － 物理層

功能：傳輸信息的介質規格、將數據以實體呈現並傳輸的規格、接頭規格 

一、該層包括物理連網媒介，如電纜連線、鏈接器、網卡等。 

二、物理層的協議產生並檢測電壓以便發送和接收攜帶數據的信號。 

三、儘管物理層不提供糾錯服務，但它可以設定數據傳輸速率並監測數 

例：在你的桌面P C 上插入網絡接口卡，你就創建了計算機連網的基礎。換言之，你提供了一個物理層。

第二層 － 數據鏈路層

功能：同步、查錯、制定MAC方法 

一、它的主要功能是將從網絡層接收到的數據分割成特定的可被物理層傳輸的幀。 

二、幀(Frame)是用來移動數據的結構包，它不只包括原始（未加工）數據，或稱「有效荷載」，還包括髮送方和接收方的網絡地址以及糾錯和控制信息。其中的地址肯定了幀將發送到何處，而糾錯和控制信息則確保幀無差錯到達。 

三、一般，發送方的數據鏈路層將等待來自接收方對數據已正確接收的應答信號。 

四、數據鏈路層控制信息流量，以容許網絡接口卡正確處理數據。 

五、數據鏈路層的功能獨立於網絡和它的節點所採用的物理層類型。 

Note：有一些鏈接設備，如網橋或交換機，因爲它們要對幀解碼並使用幀信息將數據發送到正確的接收方，因此它們是工做在數據鏈路層的。

第三層 － 網絡層

功能：定址、選擇傳送路徑 

一、網絡層經過綜合考慮發送優先權、網絡擁塞程度、服務質量以及可選路由的花費來決定從一個網絡中節點A 到另外一個網絡中節點B 的最佳路徑。 

二、在網絡中，「路由」是基於編址方案、使用模式以及可達性來指引數據的發送。 

三、網絡層協議還能補償數據發送、傳輸以及接收的設備能力的不平衡性。爲完成這一任務，網絡層對數據包進行分段和重組。 

四、分段和重組 是指當數據從一個能處理較大數據單元的網絡段傳送到僅能處理較小數據單元的網絡段時，網絡層減少數據單元的大小的過程。重組是重構被分段的數據單元。  Note 一、網絡層的分段是指數據幀大小的減少，而網絡分段是指一個網絡分割成更小的邏輯片斷或物理片斷。 

Note 二、路由器：因爲網絡層處理路由，而路由器由於鏈接網絡各段，並智能指導數據傳送，因此屬於網絡層。 Note 三、 TCP/IP協議中IP屬於網絡層；IPX/SPX協議中IPX也屬於網絡層

第四層 － 傳輸層

功能：編定序號、控制數據流量、查錯與錯誤處理，確保數據可靠、順序、無錯地從A點到傳輸到B 點 

一、由於若是沒有傳輸層，數據將不能被接受方驗證或解釋，因此，傳輸層常被認爲是O S I 模型中最重要的一層。 

二、傳輸協議同時進行流量控制或是基於接收方可接收數據的快慢程度規定適當的發送速率。 

三、傳輸層按照網絡能處理的最大尺寸將較長的數據包進行強制分割並編號。例如：以太網沒法接收大於1 5 0 0 字節的數據包。發送方節點的傳輸層將數據分割成較小的數據片，同時對每一數據片安排一序列號，以便數據到達接收方節點的傳輸層時，能以正確的順序重組。該過程即被稱爲排序。 

四、在網絡中，傳輸層發送一個A C K （應答）信號以通知發送方數據已被正確接收。若是數據有錯或者數據在一給定時間段未被應答，傳輸層將請求發送方從新發送數據。 NOTE：工做在傳輸層的一種服務是TCP/IP協議套中的T C P（Transfer Control Protocol 傳輸控制協議），另外一項傳輸層服務是IPX/SPX協議集的S P X（ Serial package Exchange 序列包交換）

第五層 － 會話層

功能：負責在網絡中的兩節點之間創建和維持通訊。 

一、會話層的功能包括：創建通訊連接，保持會話過程通訊連接的暢通，同步兩個節點之間的對話，決定通訊是否被中斷以及通訊中斷時決定從何處從新發送 例：使用全雙工模式或半雙工模式，如何發起傳輸，如何結束傳輸，如何設定傳輸參數 

二、會話層經過決定節點通訊的優先級和通訊時間的長短來設置通訊期限。

第六層 － 表示層

功能：內碼轉換、壓縮與解壓縮、加密與解密,充當應用程序和網絡之間的「翻譯官」角色。

一、在表示層，數據將按照網絡能理解的方案進行格式化；這種格式化也因所使用網絡的類型不一樣而不一樣。例如，IBM主機使用EBCDIC編碼，而大部分PC機使用的是ASCII碼。在這種狀況下，便須要會話層來完成這種轉換 

二、表示層協議還對圖片和文件格式信息進行解碼和編碼。 

三、表示層管理數據的解密與加密，如系統口令的處理。若是在Internet 上查詢你銀行帳戶，使用的便是一種安全鏈接。

第七層 － 應用層

功能：指網絡操做系統和具體的應用程序，對應WWW服務器、FTP服務器等應用軟件 

一、術語「應用層」並非指運行在網絡上的某個特別應用程序，而是提供了一組方便程序開發者在本身的應用程序中使用網絡功能的服務。 

二、應用層提供的服務包括文件傳輸（FTP）、文件管理以及電子郵件的信息處理（SMTP）等。

比喻

像發快遞的過程（http，應用層)，

你向順豐下單(第一次請求),

順豐接單(應答),

你向手機小夥聯繫(迴應應答)，

你將消息放進盒子裏(開始封裝請求，會話層)，

快遞員封裝一層盒子貼上快遞單帶回網店(傳輸層），

到快遞點檢查是否區域快件（網絡層），

各個快遞轉運中心（物理層），

快件到達收件市轉運中心（物理層），

轉運輸車（鏈路層），

到達區域分發（網絡層），

網點派送（傳輸層），

快遞員方面簽收（會話層），

拆開檢查（表示層），

收到快遞（應用層）。