day01.2-计算机网络协议

注：本文摘自林海峰老师的博客，作为个人学习笔记，日后方便阅读，原文详见链接www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html

一.  ISO协议

       互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层：

每层运行常见物理设备：

   1. 物理层

        物理层由来：将孤立的计算机之间通过接入internet的方式联接在一起，完成组网。

物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，如，高电压对应数字“1”，低电压对应数字“0”。

   2. 数据链路层       

数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号的分组方式和所表意义。

数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式。

以太网协议ethernet：

*    一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’

*    每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

head包含：(固定18个字节)

  *    发送者／源地址，6个字节(即发送机MAC地址值)；

*    接收者／目标地址，6个字节(即接收机MAC地址值)；

  *    数据类型，6个字节。

data包含：(最短46字节，最长1500字节)

*    数据包的具体内容。

head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送。

MAC地址： 每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）。

这样，处于同一子网内的计算机之间就可以通过基于mac广播的方式实现通信了。

   3. 网络层         

网络层由来：世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，如果所有的计算机之间通信都采用以太网的广播方式，那么一台 机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，会是一种灾难。所以，必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪   些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包）。

网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址。

IP协议

  *    规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示；

*    范围0.0.0.0-255.255.255.255；

*     一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1。

IP数据包：IP数据包也分为head(20~60字节)和data(<=65515字节)部分，无须为IP包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分。

ARP协议

arp协议由来：计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要利用arp协议。

arp协议功能：以广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址。

(1).  首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网；

(2).  分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24是否处于同一子网络。如果是，转至步骤(3)；如果不是，则转至步骤(4)；

(3).   这个包会以广播的方式在发送端所处的子网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标ip为自己的，就单播响应，返回自己的mac；

至此，发起方利用返回mac值与目标机建立通信。

(4).   路由器收到广播数据包，发现是请求自己的mac地址，然后路由回复一个ARP单播应答，返回自己的mac；

(5).   发起方收到应答后，将网关mac地址对应于目标机ip地址，封装消息；

(6).   路由收到数据包，检查目的IP地址，发现不是给自己的，决定要进行路由。然后查询路由表，如果已有目标机mac与ip地址的映射，则直接转发过去即可；若发现没有目标机的地址映射，路由器发送arp请求查询目标机的mac地址（原理同2、3）。由此完成发起方与目标机之间的通信链路。

   4. 传输层

传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，接下来如何标识这台主机上的众多应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

传输层功能：建立端口到端口的通信，端口范围为0-65535，其中0-1023为系统占用端口。

TCP协议

可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的数据部长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

TCP报文：

TCP三次握手与四次挥手：

UDP协议

不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好可以放入一个IP数据包的数据部分中。

   5. 应用层

应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开放的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定数据的组织形式。

应用层功能：规定应用程序的数据格式。

例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。