绝对要收藏,不可忽略的精华(OSI五层协议)
OSI五层协议
1.物理层
通过上述的联系方式去与交换机或者是某些其他的网络机器连接。
负责发送电信号bit(会把数据链路层发过来的数据转换成电信号)
2.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 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
head data 固定18字节 最短46字节,最多1500字节 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
- 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
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
要注意这个是在同一个局域网内的方式
3.网络层
网络层的由来:
- 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。
但是会有一个问题:
-
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
通讯处理方式:
- 所以我们在传输数据的时候,路由器或者是交换机会先进行校验。
如果我校验到了我们是同一个局域网内的用户,那么就采用广播的方式去发送数据。
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
网络层协议内容(建议先把这部分看完,再去看上面的。):
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地址示意:
00000000.00000000.00000000.00000000=0.0.0.0
#前面的是32位的2进制(每八位分为一段)
#后面的是四段十进制数,每一段对应的是8位2进制数
11111111.11111111.11111111.11111111=255.255.255.255
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。
子网掩码运算(AND):
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。
示例:
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 |
---|---|---|
最长为20到60字节 | 最长为65,515字节 |
ARP协议:
ARP协议的由来:
因为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,
我们了解到通信是基于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,是一个很重要的问题,那就需要通过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
ARP协议的工作方式:
因为我们可以轻松的到每个电脑的ip,就比如我们所输入的一个百度地址(https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html#_label6(此链接是详细讲解OSI五层协议的可以去看看。))那么其实我们就是得到了一个ip地址,就是相当于我们由了自己的IP地址,和目标的IP地址
下面我们就来看看怎么去获得目标的mac地址:
三步走
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
我们先发送FF:FF:FF:FF:FF:FF,的目的是什么?
那就是告诉交换机或者是其他网络硬件,你先帮我看看这个ip地址是不是在我所处的局域网内,如果在你就帮我每台电脑都发送一遍,看看他们的ip地址是不是我的目标ip地址,如果是就让它把它的mac地址发送给我。我就会得到mac地址了。数据也就传到他那里了。
拓展性知识:
现在的交换机内部都会有一个,MAC表的一个东西,叫做ARP学习机制,就是相当于一个列表去存储那些我们的MAC地址。以方便我们以后去传输数据的方便。
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,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,等多个应用程序,那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机,如何标识这台主机上的应用程序,答案就是端口,端口即应用程序与网卡关联的编号。
传输层的功能:
建立端口到端口的通信。
补充:端口范围0-65535,其中0-1023为系统占用端口
TCP协议:(一般以后会使用的更多)
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。
以太网头 | ip 头 | tcp头 | 数据 |
---|---|---|---|
理论上可以无限长 |
UDP协议:(很少去使用。)
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。
以太网头 | ip 头 | udp头 | 数据 |
---|---|---|---|
8个字节 | 总长度不超过65535个字节 |
TCP报文
TCP三次握手和四次挥手
如何去理解三次握手四次挥手:
《三次握手和四次挥手》
举个栗子:把客户端比作男孩,服务器比作女孩。用他们的交往来说明“三次握手”过程:
(1)男孩喜欢女孩,于是写了一封信告诉女孩:我爱你,请和我交往吧!;写完信之后,男孩焦急地等待,因为不知道信能否顺利传达给女孩。
(2)女孩收到男孩的情书后,心花怒放,原来我们是两情相悦呀!于是给男孩写了一封回信:我收到你的情书了,也明白了你的心意,其实,我也喜欢你!我愿意和你交往!;
写完信之后,女孩也焦急地等待,因为不知道回信能否能顺利传达给男孩。
(3)男孩收到回信之后很开心,因为发出的情书女孩收到了,并且从回信中知道了女孩喜欢自己,并且愿意和自己交往。然后男孩又写了一封信告诉女孩:你的心意和信我都收到了,谢谢你,还有我爱你!
女孩收到男孩的回信之后,也很开心,因为发出的情书男孩收到了。由此男孩女孩双方都知道了彼此的心意,之后就快乐地交流起来了~~
这就是通俗版的“三次握手”,期间一共往来了三封信也就是“三次握手”,以此确认两个方向上的数据传输通道是否正常。
把客户端比作男孩,服务器比作女孩。通过他们的分手来说明“四次挥手”过程。
"第一次挥手":日久见人心,男孩发现女孩变成了自己讨厌的样子,忍无可忍,于是决定分手,随即写了一封信告诉女孩。
“第二次挥手”:女孩收到信之后,知道了男孩要和自己分手,怒火中烧,心中暗骂:你算什么东西,当初你可不是这个样子的!于是立马给男孩写了一封回信:分手就分手,给我点时间,我要把你的东西整理好,全部还给你!男孩收到女孩的第一封信之后,明白了女孩知道自己要和她分手。随后等待女孩把自己的东西收拾好。
“第三次挥手”:过了几天,女孩把男孩送的东西都整理好了,于是再次写信给男孩:你的东西我整理好了,快把它们拿走,从此你我恩断义绝!“第四次挥手”:男孩收到女孩第二封信之后,知道了女孩收拾好东西了,可以正式分手了,于是再次写信告诉女孩:我知道了,这就去拿回来!这里双方都有各自的坚持。女孩自发出第二封信开始,限定一天内收不到男孩回信,就会再发一封信催促男孩来取东西!男孩自发出第二封信开始,限定两天内没有再次收到女孩的信就认为,女孩收到了自己的第二封信;若两天内再次收到女孩的来信,就认为自己的第二封信女孩没收到,需要再写一封信,再等两天…..
倘若双方信都能正常收到,最少只用四封信就能彻底分手!这就是“四次挥手”。
5.应用层
应用层的由来:
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
应用层的功能:
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”。