⽹络编程-TCPIP各层介绍（5层模型讲解）
1、TCP/IP五层协议讲解
物理层--数据链路层--⽹络层--传输层--应⽤层
我们将应⽤层，表⽰层，会话层并作应⽤层，从tcp／ip五层协议的⾓度来阐述每层的由来与功能，搞清楚了每层的主要协议
就理解了整个互联⽹通信的原理。
⾸先，⽤户感知到的只是最上⾯⼀层应⽤层，⾃上⽽下每层都依赖于下⼀层，所以我们从最下⼀层开始切⼊，⽐较好理解
每层都运⾏特定的协议，越往上越靠近⽤户，越往下越靠近硬件
2、物理层
物理层由来：上⾯提到，孤⽴的计算机之间要想⼀起玩，就必须接⼊internet，⾔外之意就是计算机之间必须完成组⽹
物理层功能：主要是基于电器特性发送⾼低电压(电信号)，⾼电压对应数字1，低电压对应数字0
3、数据链路层（以太⽹协议：）
数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位⼀组，每组什么意思
数据链路层的功能：定义了电信号的分组⽅式
以太⽹协议：
早期的时候各个公司都有⾃⼰的分组⽅式，后来形成了统⼀的标准，即以太⽹协议ethernet
ethernet规定
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
mac地址：（⽹卡的地址）
head中包含的源和⽬标地址由来：ethernet规定接⼊internet的设备都必须具备⽹卡，发送端和接收端的地址便是指⽹卡的地址，即mac地址
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）
⼴播：
有了mac地址，同⼀⽹络内的两台主机就可以通信了（⼀台主机通过arp协议获取另外⼀台主机的mac地址）
ethernet采⽤最原始的⽅式，⼴播的⽅式进⾏通信，即计算机通信基本靠吼
4、⽹络层（ip协议）
⽹络层由来：有了ethernet、mac地址、⼴播的发送⽅式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是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，那么如果所有的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，这会是⼀种灾难
必须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），mac地址是⽆法区分的，它只跟⼚商有关
⽹络层功能：引⼊⼀套⽤来区分不同的⼴播域／⼦⽹，这套地址即⽹络地址
4.1、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
⼦⽹掩码：将ip地址分为⽹络地址和主机地址
所谓”⼦⽹掩码”，就是表⽰⼦⽹络特征的⼀个参数。它在形式上等同于IP地址，也是⼀个32位⼆进制数字，它的⽹络部分全部为1，主机部分全部为0。⽐如，IP 地址172.16.10.1，如果已知⽹络部分是前
24位，主机部分是后8位，那么⼦⽹络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成⼗进制就是255.255.255.0。
⼦⽹掩码是⽤来标识⼀个IP地址的哪些位是代表⽹络位，以及哪些位是代表主机位。⼦⽹掩码不能单独存在，它必须结合IP地址⼀起使⽤。⼦⽹掩码只有⼀个作⽤，就是将某个IP地址划分成⽹络地址和主机地址两部分。
区分⽹络位和主机位是为了划分⼦⽹，把⼀个⼤⽹络分成多个⼩⽹络
优点：避免⼴播风暴和地址浪费
tcpip路由协议
4.2、ARP协议
arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即⼴播的⽅式，所有上层的包到最后都要封装上以太⽹头，然后通过以太⽹协议发送，在谈及以太⽹协议时候，我门了解到
通信是基于mac的⼴播⽅式实现，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，就需要通过arp协议
arp协议功能：⼴播的⽅式发送数据包，获取⽬标主机的mac地址
协议⼯作⽅式：每台主机ip都是已知的
例如：主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24
三：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，就响应，返回⾃⼰的mac
4.3、ICMP协议
前⾯讲到了，IP协议并不是⼀个可靠的协议，它不保证数据被送达，那么，⾃然的，保证数据送达的⼯作应该由其他的模块来完成。其中⼀个重要的模块就是ICMP(⽹络控制报⽂)协议。
当传送IP数据包发⽣错误－－⽐如主机不可达，路由不可达等等，ICMP协议将会把错误信息封包，然后传送回给主机。给主机⼀个处理错误的机会.
我们⼀般主要⽤ICMP协议检测⽹络是否通畅，基于ICMP协议的⼯具主要有ping 和traceroute
ping：
ping这个单词源⾃声纳定位，⽽这个程序的作⽤也确实如此，它利⽤ICMP协议包来侦测另⼀个主机是否可达。
原理是⽤类型码为0的ICMP发请求，受到请求的主机则⽤类型码为8的ICMP回应。
ping程序来计算间隔时间，并计算有多少个包被送达。⽤户就可以判断⽹络⼤致的情况。我们可以看到， ping给出来了传送的时间和TTL的数据。
⽤来查看从当前主机到某地址⼀共经过多少跳路由 ------window ⽤命令：tracert----------linux命令：tracerout
5、传输层（建⽴端⼝到端⼝的通信tcp/udp）
传输层的由来：⽹络层的ip帮我们区分⼦⽹，以太⽹层的mac帮我们到主机，然后⼤家使⽤的都是应⽤程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影⾳，迅雷等多个应⽤程序，
那么我们通过ip和mac到了⼀台特定的主机，如何标识这台主机上的应⽤程序呢？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
补充：端⼝范围0-65535，0-1023为系统占⽤端⼝
传输层有两种协议，TCP和UDP，见下图
5.1、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数据包的长度，以确保单个TCP数据包
不必再分割。
5.2、tcp的3次握⼿和4次挥⼿
TCP的3次握⼿
每当建⽴⼀个TCP/IP连接的时候都要经历3次握⼿，这是为了保证建⽴⼀个可靠的连接。
客户端向服务器发请求，服务器接收请求，服务器接收请求之后发送⼀个连接标志，客户端接收连接标志之后也向服务器发送⼀个连接标志，⾄此连接完成。⽤打电话类⽐的话就是：
⼩明拨打⼩红的电话
⼩红按下通话键并说了声，喂（⼀次握⼿）
⼩明听到⼩红的回应，也说了声，喂（⼆次握⼿）
⼩红接收到⼩明的回应（三次握⼿）
TCP4次挥⼿
为什么有4次挥⼿呢，4次挥⼿的作⽤就是断开连接，之所以要断开连接是因为TCP/IP协议是要占⽤端⼝的，⽽计算机的端⼝是有限的，所以⼀次传输完成之后是要断开连接的，断开连接的⽅式就是4次挥⼿。
连接是由客户端发起的，所以断开连接也要有客户端发起，因为服务器是被动的。上图的最后⼀部分就是4次挥⼿，还是⽤⼩明和⼩红打电话来类⽐，
⼩明：我这没事⼉了，你还有事⼉吗？（1次挥⼿）
⼩红：我也没事⼉了，你确定没事⼉了吗？（2次挥⼿）
⼩红：我要挂电话了。（3次挥⼿）
⼩明：好吧，你挂吧。（4次挥⼿）
6、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，正好放进⼀个IP数据包。
不要建⽴链接，不需要对⽅确认，不可靠，但效率⾼

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