多圖慎入，從四層模型看網絡是怎麼鏈接的

你們好， 我是公衆號：java小杰要加油，
今天來分享一個關於計算機網絡的知識點—— 網絡究竟是怎麼鏈接的？

• 話很少說，直接開車

瀏覽器生成消息且發送

• 發送一個消息的整體流程以下

生成HTTP請求消息

舉個栗子，當咱們在瀏覽器輸入https://www.jdl.cn/img/servic...網絡地址的時候

• 瀏覽器首先會對URL進行解析

  • https：表示訪問數據源的機制，也就是協議
  • www.jdl.cn: web服務器名稱
  • img ：表示目錄名
  • service.843585b7.png：表示文件名

而後就要生成HTTP消息了，它大概長這樣

這些字段具體內容是什麼能夠參考這篇文章五千來字小做文，是的，咱們是有個HTTP。

DNS域名解析爲IP地址

瀏覽器生成了這個HTTP消息後，它要往哪裏發送呢？固然是服務器啦，因此就要解析這個域名對應的是哪臺服務器，IP地址是什麼，由於IP地址很差記，因此纔有了對應的域名，便於咱們人類記憶。

1. 瀏覽器會檢查緩存有沒有這個域名對應的ip地址
2. 操做系統會檢查緩存（就是咱們日常說的hosts文件）
3. 操做系統會發送給本地區的DNS服務器，讓它幫忙解析下

DNS服務器接受來自客戶端的查詢，包括如下三個內容

• 域名： 服務器，郵件服務器的名稱
• Class： 在最先設計DNS時，DNS在互聯網之外的其餘網絡中的應用也被考慮到了，而Class就是用來識別網絡信息的，不過現在除了互聯網就沒有其餘網絡了，所以Class的值永遠表明互聯網的IN

• 記錄類型： 表示域名對應何種記錄類型

  • A記錄時，域名直接對應IP地址
  • CNAME時，此域名對應其餘域名
  • MX時，表示域名對應的是郵件服務器

  對於不一樣的記錄類型，響應數據也不同

域名的層次結構

• 越靠右層次越高，從右向左一級一級的劃分 : 例如 www.jdl.cn 就是cn->jdl->www
• 具備這種層次結構的域名信息都會註冊到DNS服務器中，而每一個域都是做爲一個總體來處理的

客戶端和DNS服務器交互流程大概以下

• 上級DNS服務器中要註冊其下級域的DNS服務器IP地址，而後上級DNS服務器IP地址要註冊到更上一級的DNS服務器中，這次類推
• 根域的DNS服務器信息保存到互聯網中全部的DNS服務器中，這樣的話，全部的DNS服務器都會找到根域，而後一級一級的往下找，直到找到本身想要的那個域名
• 分配給根域的IP地址僅有13個，就是頂級域名（com,cn等）對應的ip地址

具體交互就是下面這樣

可是一臺服務器存不下這麼多，因此通常都是DNS服務器大接力來尋找這個ip地址，圖以下

客戶端找到最近的DNS服務器，查找www.jdl.cn的信息，但是最近的DNS服務器沒有這個信息，就轉發到了根域服務器下，通過判斷髮現是cn的頂級域名的，因而根域DNS服務器會返回它所管理的cn域中的DNS服務器的ip地址，接下來，最近的這個DNS服務器又回去訪問com域名的服務器，以此類推，最終會找到 www.jdl.cn這個服務器的IP地址

委託協議棧發送消息

知道了IP地址後，就能夠委託操做系統內部的協議棧向這個目標IP地址發送消息了

• 協議棧的內部結構

• 瀏覽器、郵件等通常應用程序收發數據時用TCP
• DNS查詢等收發較短的控制數據用UDP

網絡分層

• OSI七層模型

開放式系統互聯通訊參考模型（英語：Open System Interconnection Reference Model，縮寫爲 OSI），簡稱爲OSI模型（OSI model），一種概念模型，由國際標準化組織提出，一個試圖使各類計算機在世界範圍內互連爲網絡的標準框架。定義於ISO/IEC 7498-1。

• TCP/IP四次模型

  • 應用層： HTTP、DNS、FTP
  • 傳輸層： TCP、UDP
  • 網絡層： IP
  • 網絡接口層

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/網際協議）TCP/IP協議不只僅指的是TCP 和IP兩個協議，而是指一個由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協議構成的協議簇， 只是由於在TCP/IP協議中TCP協議和IP協議最具表明性，因此被稱爲TCP/IP協議

客戶端服務器傳遞數據流程

• 一個數據包從客戶端到服務端中間通過每一層都須要加工處理
• 客戶端這邊須要不斷的給數據包添加頭部
• 服務端這邊須要不斷的拆分這個數據包

三次握手

當兩臺計算機要傳遞數據的時候，必定要先鏈接，得通過TCP三次握手吧（僅僅指指走TCP協議須要鏈接的），咱們日常都說TCP鏈接要通過三次握手，咱們就來看一下到底什麼是TCP三次握手，如圖所示

• 客戶端要發送的時候，主動從closed狀態打開，服務器啓動後就一直處於監聽LISTEN狀態
• 客戶端發送 SYN = 1,seq = x 給服務端，客戶端處於SYN_SEND狀態。
• 服務端收到後給客戶端發送 SYN = 1,ACK =1, seq = y,ack = x+1。此時服務端處於SYN_RCVD狀態
• 客戶端收到後發送ACK =1, seq = x+1,ack = y+1給服務器，此時客戶端狀態是ESTAB-LISHED
• 服務端收到後狀態變爲ESTAB-LISHED

• 三次握手經過後，就表明客戶端和服務端能夠傳遞數據包進行交互啦
• 咱們說到SYN，ACK,seq,ack這些又是什麼呢？這些實際上是TCP數據包裏的屬性，咱們接着往下看(在傳輸層中有解釋)

應用層

HTTP數據包拆分

• 通常HTTP請求消息不會太長，一個網絡包就能裝的下
• 發送緩衝區中的數據若是超過MSS的長度，就會被以MSS長度進行拆分放進單獨的網絡包中

• MTU（Maximum Transmission Unit）: 一個網絡包的最大長度，以太網中通常是1500字節
• MSS（Maximum Segment Size）: 除去頭部以後，一個網絡包所容納的TCP數據的最大長度

傳輸層

• 而後上面應用層的這個網絡包再加上TCP頭部

TCP報文格式

• 源端口號（16位）： 發送網絡包的端口號
• 目的端口號（16位）： 網絡包的接受方的端口號
• 序號（發送數據的順序編號）（32位）： 發送方告知接收方已經收到了全部數據的第幾個字節
• 確認序號（接收數據的順序編號）（32位）： 接收方告知發送方接收方已經收到了全部數據的第幾個字節
• 頭部長度（4位）： 表示數據的起始部分，數據偏移量
• 保留（6位）： 該字段爲保留，如今未使用

• 控制位（6位）： 該字段中的每一個比特位分別表示如下通訊控制的含義

  • URG： 表示緊急指針字段有效
  • ACK： 表示接收數據序號字段有效，通常表示數據已被接收方收到
  • PSH: 表示經過flush操做發送的數據
  • RST: 強制斷開鏈接，用於異常中斷的狀況
  • SYN: 發送方和接收方相互確認序號，表示鏈接操做
  • FIN: 表示斷開操做
• 窗口大小（16位）： 接收方告知發送方窗口大小（即無需等待確承認一塊兒發送的數據）
• 校驗和（16位）： 用來檢查是否出現錯誤
• 緊急指針（16位）： 表示應急處理的數據位置
• 可選字段（可變長度）： 除了上面的固定頭部字段外，還能夠添加可選字段，但除了鏈接操做外，不多使用可選字段

還記得三次握手提到過的各類序號嗎，就是這個報文裏的屬性

網絡層

• 而後上面這個網絡包再加上IP頭部

IP報文格式

• 版本號（4比特）： IP協議版本號，目前是版本4
• 頭部長度（4比特）： IP頭部的長度，可選字段可致使頭部長度的變化，所以這裏須要指定頭部的長度
• 服務類型（TOS）(8比特)： 表示包傳輸優先級。最初的協議規格里對這個參數的定義很模糊，最近DIFFServ規則從新定義了這個字段的用法
• 總長度（16比特）： 表示IP消息的總長度
• ID號（16比特）： 用於識別包的編號，通常爲的序列號。若是一個包被IP分片，則全部分片都擁有相同的ID
• 標誌（Flag）(3比特)： 該字段有3個比特，其中2個比特有效，分別表明是否容許分片，以及當前分片是否爲分片包
• 分片偏移量（13比特）： 表示當前包的內容爲整個IP消息的第幾個字節開始的內容
• 生存時間（TTL）（8比特）： 表示包的生存時間，這是爲了不網絡出現迴環時一個包永遠在網絡中打轉。每通過一個路由器，這個值就會減一，減到0的是hi這個包就會被丟棄

• 協議號（8比特）： 協議號表示協議的類型（如下均爲16進制）

  • TCP: 06
  • UDP: 17
  • ICMP: 01
• 頭部校驗和（16比特）： 用於檢查錯誤，如今已經不在使用
• 發送方IP地址（32比特）： 網絡包發送方的IP地址
• 接收方IP地址（32比特）： 網絡包接收方的IP地址
• 可選字段（可變長度）： 除了上面的固定頭部字段外，還能夠添加可選字段，但除了鏈接操做外，不多使用可選字段

• 而後這個網絡包再加上MAC頭部

MAC數據包

• 接收方MAC地址(48比特)： 網絡包接收方的MAC地址，在局域網中使用這一地址來傳輸網絡包
• 發送方MAC地址(48比特)： 網絡包發送方的MAC地址，接收方經過它來判斷是誰發送了這個網絡包

• 以太類型（16比特）： 使用的協議類型。下面是一些常見的類型，通常在TCP/IP通訊中只是用0800和0806這兩種。

  • 0000-05DC： IEEE 802.3
  • 0800 : IP協議
  • 0806 : ARP協議
  • 86DD : IPV6

MAC地址 VS IP地址

• IP頭部前面還會加上MAC頭部
• 爲何須要MAC數據包呢？由於在以太網的世界中，TCP/IP這個思路是行不通的。
• 以太網在判斷網絡包目的地時和TCP/IP的方式不一樣，所以必須採用想匹配的方式才能在以太網中將包發往目的地，而MAC地址就是幹這個的
• 發送方MAC地址：MAC地址是寫在網卡生產時寫入ROM裏的，只須要將這個值讀取出來寫入MA頭部就行了

發送方的MAC地址還比較容易獲取到，可是接收方的MAC地址就不太容易獲取到了

ARP廣播

• ARP :Addresss Resolution Protocal 地址解析協議
• 根據IP地址查詢接收方MAC地址的時候會用到ARP廣播
• 在同一個子網中，利用廣播對全部設備提問 XXX這個ip地址是誰的，其餘設備發現本身的ip地址是這個xxx的話，那麼他就會把它的MAC地址告訴提問者，這樣就會檢測到接收方的MAC地址了，若是發現本身的ip地址不是這個XXX，那麼則會丟棄這個消息並不去理會。

• 若是每次都去廣播的話，那麼網絡中就會增長不少ARP包，因此爲了提升效率，咱們有ARP緩存在內存中。查詢以前先去查詢ARP緩存。

• 當目的地的IP地址對應的MAC地址變了的話，那麼這個MAC緩存就會出問題，因此爲了不這種問題發生，這個緩存幾分鐘後會被刪除，很是簡單粗暴。

  • 靜態ARP： 手工維護，不會自動失效
  • 動態ARP： 會過段時間自動失效（文中說的就是它）

• IP 模塊負責添加以下兩個頭部：

  • MAC頭部： 以太網用的頭部，包含MAC地址
  • IP頭部： IP用的頭部，包含IP地址

整體數據包

這個時候的數據包變成了這個樣子

• MTU（Maximum Transmission Unit）: 一個網絡包的最大長度，以太網中通常是1500字節
• MSS（Maximum Segment Size）: 除去頭部以後，一個網絡包所容納的TCP數據的最大長度
• 而後這數據包，沿着網卡出去，到集線器，路由器一頓傳輸（中間涉及到電信號轉換等等），到達服務端那邊，再一層一層的扒皮（前往中說過，一層一層的拆分數據包）

斷開鏈接

四次揮手

兩臺計算機最後鏈接結束後要斷開鏈接，進行四次揮手

其實 三次握手， 四次揮手還有好多好多知識點要說，像什麼爲何握手須要三次，而揮手須要四次啦這些問題，之後我會單獨和你們聊這個,記得收看呀