网络基础（osi、协议）

*互联网协议

　　人和人沟通需要一套共同的标准，英语就是普遍的一种，计算机如果需要进行联网互通，也需要一种统一的标准，如果所有的计算机都遵守这种标准，就会实现网络的互联。

1、一系列统一的标准，这些标准称之为互联网协议，互联网的本质就是一系列的协议，总称为‘互联网协议’（Internet Protocol Suite).

2、互联网协议的功能：定义计算机如何接入internet，以及接入internet的计算机通信的标准。

*OSI七层协议

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

传输层：四层交换机、四层路由器

网络层：路由器、三层交换机

数据链路层：网卡、以太网交换机、网桥

物理层：中继器、集线器、双绞线

现在从tcp/ip五层协议的角度讲每层的由来和功能，每层的主要协议，来了解整个互联网通信的原理。

每层协议都自上而下依赖下一层，从最底层物理层开始，每层都运行特定的协议，越往上月靠近用户，越往下越靠近硬件。

1、物理层

光缆、电缆、双绞线、无线电波等。

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.

2、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。

功能：定义了电信号的分组方式

以太网协议
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

head包含：（固定18个字节）
*发送者/源地址，6个字节
*接收者/目标地址，6个字节
*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=最长1518字节，超过最大限制就分片发送
mac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。
物理层mac地址，为了标识教室内的位置
ip地址为了定位在那个教室
IP+MAC定位到唯一的位置

广播：

有了mac地址，统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，所以说计算机通信基本靠吼。

3、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，但是世界范围内的互联网是很多个局域网组成的，如果都是通过以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这是灾难性的。

上图为internet组成，想要跨局域网通信，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地址分成两部分

• 网络部分：标识子网
• 主机部分：标识主机

注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

子网掩码

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。

知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。

比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0，请问它们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算，

172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

结果都是172.16.10.0，因此它们在同一个子网络。

总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

ip数据包

ip数据包也分为head和data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

head：长度为20到60字节

data：最长为65,515字节。

而以太网数据包的”数据”部分，最长只有1500字节。因此，如果IP数据包超过了1500字节，它就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。

以太网头

ip 头

ip数据

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

一：首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网

场景	数据包地址
同一子网	目标主机mac，目标主机ip
不同子网	网关mac，目标主机ip

二：分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络，那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

	源mac	目标mac	源ip	目标ip	数据部分
发送端主机	发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	172.16.10.10/24	172.16.10.11/24	数据

三：这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输，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、传输层

tcp/udp协议，基于端口
端口范围：0——65535
0——1024 系统用的端口
IP+MAC+端口 定位到唯一的应用程序位置
协议：head—+data 注意：head是固定长度的
tcp：三次握手建立连接 四次挥手断开连接

www.主机名 baidu.二级域名 com顶级域名

5、应用层

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

功能：规定应用程序的数据格式。

发送数据是一个封装的过程，接受数据则是街封装

6、socket

ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程

能够唯一标示网络中的进程后，它们就可以利用socket进行通信了，什么是socket呢？我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

*网络通信实现

1、每台主机想实现网络通信需要具备的四要素:

　　本机的IP地址

　　子网掩码

　　网关的IP地址

　　DNS的IP地址

2、获取这四要素的两种方式：

　　静态获取：即手动配置

　　动态获取：通过dhcp获取

*网络通信流程

1、本机获取：ip地址，子网掩码，网关IP，DNS的ip地址

2、打开浏览器在地址栏输入域名

3、dns解析，迭代+递归查询

4、http协议

5、tcp协议

6、ip协议

7、以太网协议

8、服务器端响应

总结：

网络=物理连接介质+互联网协议
互联网协议就是一些列的标准
互联网协议就相当于计算机界面的英语
数据链路层：电信号的分组，ethernet
网络层：ip，标识一个子网
传输层：tcp/udp ，基于端口工作的协议，标识一台机器上的唯一一个应用程序

dhcp
dns：递归+迭代查询
用户上网流程

注意：

192.168.1.1/24
这个24就是子网掩码,它的二进制是24个1如11111111.11111111.11111111.00000000
换成十进制就是255.255.255.0
61.138.0.93/30
这个30也是子网掩码,IP地址是A类地址.它的二进制是30个1如
11111111.11111111.11111111.11111100
换成十进制就是255.255.255.252

复习：
1、网络=互联网协议+底层物理链接介质
2、osi七层协议：应 表 会 传 网 数 物
五层：应：应用程序所运行的层http,ftp,snmp
传：tcp/udp，基于端口工作，端口的功能是在一台机器上唯一标识一个程序
网：ip，用来标识一台机器到底在哪一个子网内
数：ethernet，数据包/帧，广播的工作方式
物：发送电信号
arp：通过ip地址转换为mac地址
结论：唯一标识互联网中唯一一个程序，ip+port
补充：socket层，位于应用层于传输层之间，把tcp/udp封装起来，为开发人提供简单的接口，所以，程序员只需要遵循socket的标准，写出的升序自然就遵循tcp/udp协议
3、dns
www.baidu.com------->ip
递归查询：问路，别人帮自己去问
迭代查询：问路别人说我不知道怎么走，但是我告诉你谁知道怎么走，然后你自己去问

4、dhcp：动态获取ip信息

5、用户上网过程：把别人机器上的东西下载过来自己看
url：协议+域名+路径