网络协议

网络基础之网络协议

一、什么是网络协议及为何要有互联网协议

      网络协议是计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。好比世界各地的人为了进行沟通交流，将英语作为一个统一的语言，相对的，计算机与计算机之间需要通信，就需要一系列统一的标准，毕竟每个厂商制造的计算机都互有不同。单个计算机系统是封闭的，只能单独使用，不能与其他用户进行数据间的交互。为了在各个计算机中进行数据互通，就衍生除了互联网协议，以帮助人们将多个数据终端进行连接，共享数据。互联网协议定义计算机如何接入Internet,以及接入internet的计算机通信的标准。

二、Tcp/ip五层模型

  通常用户感知的是最上面一层应用层，自上而下依赖下一层，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。

1.物理层

模型中最低一层，主要为数据端设备提供传送数据通路、传输数据，物理层的媒体包括平衡电缆、光纤、无线电波、双绞线等。

2.数据链路层

由来：单纯的01电信号没有意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思。

功能：定义了单个链路上如何传输数据，电信号的分组方式。

以太网协议：统一的标准，以太网协议ethernet，一组电信号构成一个数据包为“帧”，每一数据帧分为报头head和数据date两部分。

MAC地址：ethernet规定接入Internet的设备需要具备网卡，发送端和接收端地址即网卡地址，也是MAC地址，具有唯一性。

广播：有了mac地址，通过ethernet采用的最原始的广播方式，两台主机便可以通信。

3.网络层

有了ethernet、MAC地址、广播的发送，计算机就可以彼此通信。然而世界范围的互联网是彼此隔离的小局域网组成的，因此就需要区分计算机属于哪一广播域/子网。

IP协议：规定网络地址的协议，它所定义的地址称为IP地址，广泛应用IPV4，规定网络由32位2进制表示。IP地址分为标识子网和标识主机。IP协议的作用主要有2个，一个是为每台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

子网掩码：表示子网络特征的一个参数，形式上等同于IP地址。

IP数据包：分为Head和data部分，无需为IP包定义单独栏位，直接放入以太网的data部分

ARP协议：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址。

4．传输层

   由来：在数据准确找到主机后，还不能精确定位到多个应用程序中的哪一个，所以如何标识这台主机上的应用程序，这就需要传输层来进行工作。网络层只是根据网络地址将数据包传送到目的节点，而传输层负责将数据可靠地传送到相应的端口。

   功能：建立端口到端口的数据传输。

5.应用层

由来：互联网是开发的，开发的应用程序多种多样，所以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。各种各样的程序比如Email、www、FTP，通过不同协议规定这些数据的格式，这些应用程序协议就构成了应用层。

三、用户上网流程

1. 获取本机信息（IP地址、子网掩码、网关IP地址、DNS地址）
2. 打开浏览器，输入需要访问的地址。
3. DNS协议，解析网址所对应的IP地址。
4. HTTP，客户端和服务器请求和应答的标准，客户端发起一个到服务器上指定端口的HTTP请求。
5. TCP协议，需要设置端口，传输层通信协议，把数据流分割成适当长度的报文段，随后传送给IP层，由它传送给接收端的TCP
6. IP协议，TCP将数据包嵌入IP数据包，IP数据包设置双方的IP地址，发送方是本机的IP，接收方是需要访问的网址的解析的IP地址。
7. 以太网协议，IP数据包嵌入以太网数据包，以太网数据包设置双方MAC地址，发送方为本机MAC地址，接收方为通过ARP协议得到的对应网关的MAC地址。
8. 服务器端响应。经过多个网关转发，访问服务器收到了四个以太网数据包，根据IP标头的序号，将数据包拼接，取出完整的TCP数据包，读取请求，接着做出响应，再用TCP协议发回来。本机收到响应后，便可以显示网页，这就完成了一次通信。