一、网络协议与协议分层

“协议” 是一种约定

1.1 为什么要分层

1. 软件设计方面的优势—低耦合
2. 分层依据：功能比较集中，耦合度较高的模块—高内聚
3. 每一层都要解决特定的问题

每一层都有自己匹配的协议，每一层协议都解决自己的问题

1.2 OSI七层模型

OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型，是一个逻辑上的定义和规范;把网络从逻辑上分为了7层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机;

但是, 它既复杂又不实用; 所以我们按照TCP/IP四层模型来讲解

1.3 TCP/IP五层(或四层)模型

物理层: 负责光/电信号的传递方式. 比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等. 集线器(Hub)工作在物理层.

数据链路层: 负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层.

网络层: 负责地址管理和路由选择. 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层.

传输层: 负责两台主机之间的数据传输. 如传输控制协议 (TCP), 能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机.

应用层: 负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等. 我们的网络编程主要就是针对应用层

二、网络传输流程

2.1 了解局域网

一、协议报头

1. 协议每一层都有，每一个协议的最终表现就是协议都要有报头（快递盒上的快递单）
2. 协议通常是通过协议报头来表达的
3. 每一份数据最终在被发送或者在不同的协议层中，都要有报头

二、局域网

• 两台局域网的主机能够直接通信
• 通信原理：每一台主机都有网卡，每一张网卡都有自己的MAC地址 ，全球唯一。

2.2 同一网段内的两台主机进行文件传输

封装：有效载荷+各层报头（用谁的协议加谁的报头）
解包：将报头和有效载荷分离的过程
分用：将有效载荷交给指定协议解包的过程

报文=报头+有效载荷

以上我们可以认为：同层协议在直接通信，也可以理解成向下交付。

2.3 跨网段的主机的文件传输

同层协议看到的报文都是一样的
最后一层与IP层通过路由器，经过解包与重新封包之后，再去解包分用

在上图中，路由器横跨两个网络，则有两个网络接口：路由器和以太网属于同一个局域网；路由器也和令牌环网属于同一个局域网，这样两个不同的局域网下的主机就能通过路由器实现数据包转发

IP层及IP协议存在的意义之一：屏蔽底层网络的差异，如上图中的网卡层。

三、数据包封装和分用

• 不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报 (datagram),在链路层叫做帧(frame).
• 应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部,称为封装
• 首部信息中包含了一些类似于首部有多长, 载荷(payload)有多长, 上层协议是什么等信息.
• 数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部, 根据首部中的 “上层协议字段” 将数据交给对应的上层协议处理
  

四、网络中的地址管理

4.1 IP地址

1. IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址,通常使用于广域网中，局域网中也能使用;
2. 对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;对于IPv6来说， IP地址是一个16字节, 128位的整数，暂时不需要关注IPv6
3. 我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;

IP地址可以理解为某个路途的起点和终点（源IP和目的IP）；在网络传输中提供方向

4.2 MAC地址

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;在网卡出厂时就确定了，不能更改！
MAC地址可以理解为某个路途中，中间相邻的节点（源MAC地址和目的MAC地址）；在网络传输中提供可行性