网络知识学习1---（基础知识：ISO/OSI七层模型和TCP/IP四层模型）

以下的内容和之后的几篇博客只是比较初级的介绍，想要深入学习的话建议自己钻研《TCP/IP详解卷1：协议》

1.ISO/OSI七层模型
    下四层是为数据传输服务的，物理层是真正的传输数据的，数据链路层、网络层、传输层主要是写入对应数据的传输信息的
        物理层：比特
            设备之间的比特流的传输、物理接口、电气特性
        数据链路层：帧
            保存的最主要的信息是网卡的 mac 地址，mac 地址负责局域网通信的，发件人和收件人的mac 地址
                mac地址的作用：尽管你是要在互联网中传输数据（貌似需要IP地址就可以了），但是在互联网中传输数据其实是通过在一个又一个的局域网进行依次传递，所以需要mac 地址
            进行错误检测和修正
        网络层：报文
            保存的最主要的信息是 IP 地址，IP 地址是负责外网通信的，发件人和收件人的IP 地址
            选择通路（路由器）
        传输层：TPDU--传输协议数据单元
            确定端口号（IP是寻找互联网中的哪个电脑，端口是寻找电脑中的哪个应用服务）
            确定传输协议是可靠的还是不可靠的（UDP、TCP）
            传输前的错误检测
            流量控制

为用户提供服务的上三层
        会话层：SPDU--会话协议数据单元
            确定网络数据是否要通过远程会话
                比如你写了一个word文档，在保存之后（表示层完成格式转化……）就会到达会话层，显然判断word文档保存在本地即可，不需要进行网络传递，所以直接交给硬盘进行存储即可
                但是你写了一个邮件，点击发送（表示层完成格式转化……）就会到达会话层，显然判断邮件需要通过网络进行传输，所以就会交给传输层进行处理
        表示层：SPDU--表示协议数据单元
            把你的数据进行数字化表示（把英文/中文/图片/mp3……通过一定的规则翻译成01 格式）
            加密
            压缩
        应用层：APDU--应用协议数据单元
            给用户提供服务的接口

2.TCP/IP四层网络模型
上面所讲到的ISO/OSI七层模型目前只是一个模型，在实际的网络传输中其实并不是这样使用的，实际的网络传输中使用的其实是TCP/IP四层模型
网络接口层、网际互连层、传输层、应用层

    TCP/IP模型和ISO/OSI模型的对应（所以各层的功能参考ISO/OSI模型中各层的功能）
        网络接口层：对应物理层、数据链路层
            负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并没有定义该层的协议，而由参与互连的各个网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层进行链接
            地址解析协议（ARP）工作在此层，即OSI参考模型的数据链路层：ARP就是将IP地址翻译成mac 地址，因为在整个互联网内传输需要IP 地址，但是在同一个网段之内（局域网）传输数据就不是使用IP 地址，而是需要使用mac 地址。
            例如，在同一个局域网内传输数据，电脑点击发送数据，而发送的目标是我同局域网内的另一台计算机，点击之后数据就会发送到网线上，网线就会把你的请求发送到交换机上，交换机只能识别mac 地址，不认识IP地址
            注意，局域网内部使用交换机，而在局域网之间的连接是通过路由器（路由器是用来进行跨网络通信的，在同一个网络内通信只需要交换机即可）
            所以还是需要再学习交换机、路由器等网络设备及其作用、原理
        网际互连层：对应网络层
            主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。
            该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）、互联网控制报文协议（ICMP）
        传输层：对应传输层
            为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。
            该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）。QQ传输使用的就是UDP协议
            还需要深入学习，比如TCP/IP三次握手（为什么要三次握手，搜索“什么是两军问题”，其实三次握手也不能达到绝对可靠，但是相对来说三次已经相当可靠了，如果再握手更多次就太费时间了，太少的话就不能保证足够可靠）
        应用层：对应会话层、表示层、应用层
            为用户提供所需要的各种服务
            例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等
    OSI模型是在协议开发之前设计的，具有通用性。TCP/IP是先有协议集然后建立模型，不适用于非TCP/IP网络

数据封装的过程

另外参考这个链接进行更详细的学习TCP/IP的体系结构：http://blog.csdn.net/taoyingzhushui/article/details/8120296

　　TCP/IP模型是由美国国防部在ARPANET网络中创建的网络体系结构，所以有时又称为DoD（Department of Defense）模型，是至今为止发展最成功的通信模型，它用于构筑目前最大的、开放的互联网络系统Internet。TCP/IP模型分为不同的层次，每一层负责不同的通信功能。但TCP/IP简化了层次模型（只有4层），由下而上分别为网络接口层、网络层、运输层、应用层，如图2.14所示。

TCP/IP 模型

　　在TCP/IP模型中，网络接口层是TCP/IP模型的最底层，负责接收从网络层交付的IP数据包，并将IP数据包通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给网络层。
　　网络层负责独立地将分组从源主机送往目的主机，为分组提供最佳路径选择和交换功能，并使这一过程与它们所经过的路径和网络无关。
　　运输层的作用是在源节点和目的节点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信。
　　应用层为用户提供网络应用，并为这些应用提供网络支撑服务，把用户的数据发送到低层，为应用程序提供网络接口。

　　TCP/IP模型每一层都提供了一组协议，各层协议的集合构成了TCP/IP模型的协议簇。
1．网络接口层协议
　　TCP/IP的网络接口层中包括各种物理网络协议，例如Ethernet、令牌环、帧中继、ISDN和分组交换网X.25等。当各种物理网络被用做传输IP数据包的通道时，这种传输过程就可以认为是属于这一层的内容。

2．网络层协议
　　网络层包括多个重要协议，主要协议有4个，即IP、ARP、RARP和ICMP。

　　网际协议（Internet Protocol，IP）是其中的核心协议，IP协议规定网络层数据分组的格式。

　　Internet控制消息协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）提供网络控制和消息传递功能。

　　地址解释协议（Address Resolution Protocol，ARP）用来将逻辑地址解析成物理地址。

　　反向地址解释协议（Reverse Address Resolution Protocol，RARP）通过RARP广播，将物理地址解析成逻辑地址。

3．运输层协议
　　运输层协议主要包含TCP和UDP两个协议。

　　传输控制协议（Transport Control Protocol，TCP）是面向连接的协议，用三次握手和滑动窗口机制来保证传输的可靠性和进行流量控制。

　　用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）是面向无连接的不可靠运输层协议。

4．应用层协议
　　应用层包括了众多的应用与应用支撑协议。　　

　　常见的应用层协议有：文件传输协议（FTP）、超文本传输协议（HTTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、远程登录（Telnet）。

　　常见的应用支撑协议包括域名服务（DNS）和简单网络管理协议（SNMP）等。

TCP/IP网络模型处理数据的过程描述如下：
　　1）生成数据。当用户发送一个电子邮件信息时，它的字母或数字字符被转换成可以通过互联网传输的数据。
　　2）为端到端的传输将数据打包。通过对数据打包来实现互联网的传输。通过使用端传输功能确保在两端的信息主机系统之间进行可靠的通信。
　　3）在首部上附加目的网络地址。数据被放置在一个分组或者数据报中，其中包含了带有源和目的逻辑地址的网络首部，这些地址有助于网络设备在动态选定的路径上发送这些分组。
　　4）附加目的数据链路层MAC地址到数据链路首部。每一个网络设备必须将分组放置在帧中，该帧的首部包括在路径中下一台直接相连设备的物理地址。
　　5）传输比特。帧必须转换成“1”和“0”的信息模式，才能在介质上进行传输。时钟功能（Clocking Function）使得设备可以区分这些在介质上传输的比特，物理互联网络上的介质可能随着使用的不同路径而有所不同。例如，电子邮件信息可以起源于一个局域网LAN，通过校园骨干网，然后到达广域网WAN链路，直到到达另一个远端局域网LAN上的目的主机为止。

2.2.5 原理体系结构
　　在分析网络结构原理和进行网络程序设计时，使用OSI七层结构过于复杂。

　　OSI的会话层主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信，负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除，这个功能可以合并到运输层来表述，因为运输层提供的端到端的透明数据运输服务。

　　OSI的表示层为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示及变换，这个功能可以合并到应用层来表述，因为应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。

　　这样，网络体系结构就可以简化为五层结构，通常叫做原理体系结构模型或混合模型，如图2.15所示。各层的功能与OSI参考模型类似，可以简单描述如下。
物理层：透明传输比特流。
数据链路层：无差错地传输以帧为单位的数据。
网络层：选择路由，网络寻址（包或分组）。
运输层：为进程间提供可靠的端到端的服务。
应用层：为用户的应用进程提供服务。

2.3 数据单元

　　在网络环境中，层间传送的信息基本单位称为数据单元。

　　有了数据单元的概念，我们就可以很方便地描述两个开放系统之间的通信过程。

　　例如，以开放系统A的应用进程APA与开放系统B的应用进程APB之间的通信过程为例，应用进程APA通过本地系统管理模块LSM将数据送交给第七层。第七层对该数据加上若干比特的控制信息作为第六层的数据单元。

　　第六层收到此数据单元后，又加上本层的控制信息构成第五层的数据单元。

　　以下依次类推。直到第二层，将控制信息分成两个部分，分别加到本层数据单元的首部和尾部。

　　在第一层则不再加任何控制信息，因为该层仅完成比特流的传送任务。

　　接着，当比特流通过传输介质送到开放系统B时，由第一层逐层往上送至第七层。

　　每一层根据控制信息做必要的操作后，再将此控制信息去掉，将剩余的数据单元提交给上一层。最后，把APA发送的数据交给应用进程APB。

　　在OSI环境中，对等实体按协议进行通信，相邻层实体按服务进行通信。这些通信都是以数据单元作为信息传递单位来进行的。在OSI模型中，规定了下述三种类型的数据单元。

1）服务数据单元SDU（Service Data Unit）。OSI模型把相邻层实体间传送信息的数据单元称为服务数据单元，并将（N+1）层与（N）层之间传送信息的服务单元记为（N）SDU。（N）服务数据单元实际上是确保（N）服务传输需要的逻辑单元。

2）协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）。OSI模型把对等实体间传送信息的数据单元称为协议数据单元，并将（N）层的协议数据单元记为（N）PDU。（N）PDU由两部分组成，即（N）用户数据［记为（N）UD］和（N）协议控制信息［记为（N）PCI］。如果某层的协议数据单元只用于控制，则该协议数据单元中的用户数据可省略，此时只有该层的PCI。

3）接口数据单元IDU（Interface Data Unit）。OSI模型把相邻层实体通过层间服务访问点依次交互信息的数据单元称为接口数据单元，并将（N）层的接口数据单元记为（N）IDU。（N）IDU也由两部分组成。其中，一部分是（N+1）实体与（N）实体交互的数据，称为接口数据［记为（N）ID］；另一部分是为了协调（N+1）实体与（N）实体的交互操作而附加的控制信息（如服务原语中的某些参数），这些拉制信息称为接口控制信息［记为（N）ICI］。由于接口控制信息只在交互信息通过服务访问点时才起作用，所以，当接口数据单元通过服务访问点后就可以将其取掉。

数据单元关系示意图

　　当（N）较长而（N）协议所要求的（N）较短时，就要对（N）SDU进行分段处理，分别加上各自的协议控制信息，构成多个（N）PDU。而在接收方则要进行相应的合段操作。　　图2.16描述了三种数据单元的简单关系。（N+1）PDU是借助（N）SDU通过（N）服务访问点（SAP）传送到（N）层的，此时（N）SDU就相当于（N）层的用户数据，对它加上（N）PCI后便构成了（N）PDU。这样，（N+1）PDU似乎等同于（N）SDU，实际上，（N+1）PDU与（N）SDU不一样长的情况也是存在的。有时发送方实体需要将数个（N+1）PDU拼接成一个（N）SDU，而在接收方对等实体把一个（N）SDU分割成数个（N+1）PDU的操作。

　　事实上，也可能出现一个（N）SDU等于数个（N）IDU的情况。此时，（N+l）实体与（N）实体之间就需要通过数次交互（N）IDU才能实现传送（N）SDU。

2.4 服务与用户

　　将计算机网络表示成层次模型，在垂直式的层次表示方法中，第N层是第N-1层的用户，又是第N+1层的服务提供者。而第N+1层的用户虽然只能直接使用第N层所提供的服务，实际上它还通过第N层间接地使用了第N层以下各层的服务。

　　在每对相邻层之间有一个接口，接口定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。因此，一台计算机的第N层与另一台计算机的第N层进行通信，实际上并不是一台计算机的第N层直接将数据传送给另一台计算机的第N层（除最低层外），而是每一层将数据和控制信息通过层间接口传送给与它相邻的第N-l层，这样直至最低层为止。在最低层再通过物理介质实现与另一计算机最底层的物理通信。物理通信与高层之间进行的虚拟通信是不同的，是实通信。

　　对于层间通信，通信双方都必须遵守事先约定的规则，这些规则称为网络协议。网络协议不仅要明确规定所交换的数据的格式，而且还要对事件发生的次序（即同步）做出详细的过程说明。

　　图2.17给出了一个5层原理模型，说明了层、协议和接口的关系。

协议与接口示意图