计算机网络之协议森林

协议模型

OSI七层协议模型

OSI七层协议模型分为应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层

TCP/IP模型 TCP/IP模型分为应用层，传输层，网络层，数据链路层

TCP/IP模型和OSI七层协议模型对应关系

数据如何传输

根据TCP/IP协议栈的定义，数据产生后通过应用层，传输层，网络层，链路层依次对其做处理，封装数据，对其加对应的首部，最终转换为0和1的电信号，通过物理设备进行传输，接受端再进行一层一层的解包，最终拿到请求的数据。

链路层

直接的0和1电信号是没有意义的，所以要对电信号分组，以太网规定一组电信号就是一个数据包，用帧表示，一个数据包的结构主要分为首部，数据，尾部，首部包含目标MAC地址和类型，固定14字节,MAC地址是一台具有网卡的物理机唯一身份标识；数据最短46字节，最长1500字节，所以如果数据过长，则要进行分帧传输。当数据到达子网后，以太网通过广播的形式，发送数据给所有主机，主机通过匹配数据首部的MAC地址,得到数据。 数据链路层的工作就是，对电信号进行分组传输，然后以广播方式发送给目标主机。以太网和WiFi是链路层的两种协议。

网络层

在网络层里，有三个很重要的协议，IP协议，ARP协议，路由协议

IP协议 网络层通过应用层传入的ip来进行主机的寻址，ip地址分为IPV4和IPV6，IPV4前面部分代表网络地址，后面部分代表主机在局域网中地址，如果两个IP地址在同一个子网内，网络地址一定相同。

ARP协议 地址解析协议，根据IP地址获取MAC地址。首先ARP请求目标主机IP地址，到达数据链路层后，子网内主机通过链路层发送的数据包内的IP地址进行匹配，匹配到后就像ARP返回自己MAX地址，以此确定目标机MAC地址，并缓存IP和MAC的映射关系，下次请求节约寻址时间。arp -a查询本机缓存的映射

路由协议 由于ARP协议MAC寻址在同一个子网中，网络层首先通过IP协议判断两个主机是否同一个子网，如在同一个子网，则ARP寻址，广播数据包到子网主机；如不在同一个子网，以太网将数据包发送到网关进行路由，最终到达目标IP子网，再通过ARP寻址。路由器(router)实际上就是一台配备有多个网卡的专用电脑。每一台主机和路由都能了解局域网内的IP地址和MAC地址的对应关系，这是实现IP包封装(encapsulation)到帧的基本条件

IP数据包 网络层包装的数据包叫IP数据包，IPV4数据包协议包含首部，和数据，首部包含目标IP地址和源IP地址，数据包最大长度1500个字符，如果超过就要分包，而如果数据数据过短，又会造成传输效率的过低.

网络层主要工作定义网络地址，区分网段，子网内MAC寻址，对于不同子网数据进行路由

传输层

UDP协议 数据到达主机后，主机里面有那么多应用，那么多进程，那么应该把数据给谁呢？那么UDP协议就诞生了，UDP数据包由两部分构成，首部和数据，首部8个字节包括源端口和目标端口，但是UDP协议是没有确认机制的，发也就发了，不知道对方有没有收到信息；

TCP协议 是一种面向连接，可靠，基于字节流的通信协议。通过建立三次握手，四次挥手的确认机制来保证数据的安全，可靠性。TCP数据包是没有长度限制的，但是一般情况下是不会超过IP数据包的长度。

• 三次握手 请求方发送数据端（以下简称请求方）发送连接请求，接受数据端（以下简称接受方）接受连接后回复ACK报文，说明已经准备好接受数据了，请求方收到ack后向接受方再次发送ACK报文说明好的我知道你准备好了。那么这样就建立起连接了

• 四次挥手 当请求方数据发送完后，确定要关闭连接时，向接受方发送FIN报文，接收方获取到FIN后如果发现还有一部分数据没有传输，则会回应一个ack给请求方表示你的ack我收到了，但是请等待我的消息，这时候请求方进入FIN_wAIT状态，当接受方确定数据发送完后，就会发送FIN报文，请求方收到后就知道接收方已经准备好关闭连接了，再次发送ACK消息，进入TIME_WAIT(如果发送失败则重传)，接收方收到ACK后就断开连接，而请求方等待一段时间后，没有收到回复，那么请求方就关闭连接,
• 分

传输层主要是定义端口，标识应用程序，实现端到端的通信

sliding window：对于发送方来说，滑窗的左侧为已发送并已ACK过的片段序列，滑窗右侧是尚未发送的片段序列。滑窗中的片段(比如片段5，6，7)被发送出去，并等待相应的ACK。如果收到片段5的ACK，滑窗将向右移动。这样，新的片段从右侧进入滑窗内，被发送出去，并进入等待状态。在接收到片段5的ACK之前，滑窗不会移动，即使已经收到了片段6和7的ACK。这样，就保证了滑窗左侧的序列是已经发送的、接收到ACK的、符合顺序的片段序列

应用层

好了，现在数据也被相应的应用程序接受了，是不是就这样完了呢？没有，这样传过来的数据是字节流，是无法识别的。通常需要HTTP,FTP,SMTP等协议转换为能够识别的格式，json,xml等。

应用层工作就是定义数据并按照对应格式进行解析