计算机网络学习之路

复习计算机网络知识的过程中记录一些自己觉得有用的知识点。会根据复习进程不断增添。

如果我们以 POST 方法提交一个搜索请求给淘宝服务器，那么最终在数据链路层构建出来的数据帧大概是这个样子，这里假设 IP 数据包的大小没有超过链路层的最大传输单元。

App 要发送的数据只是 key="a"这样一个 JSON 字符串，每一层协议都会在上一层协议基础上添加一个头部信息，最后封装成一个链路层的数据帧在网络上传输，发送给淘宝的服务器。淘宝的服务器在收到这个数据帧后，在通信协议的每一层进行校验检查，确保数据准确后，将头部信息删除，再交给自己的上一层协议处理。HTTP 应用服务器在最上层，负责 HTTP 协议的处理，最后将 key="a"这个 JSON 字符串交给淘宝工程师开发的应用程序处理。

OSI参考模型中各个分层的作用

	分层名称	功能	每层功能概览
7	应用层	针对特定应用的协议	针对每个应用的协议，如电子邮件的电子邮件协议，远程登陆的远程登录协议，文件传输的文件传输协议等
6	表示层	设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换	接受不同表现形式的信息，如文字、图像、声音等
5	会话层	通信管理。负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)。管理传输层以下的分层。	何时建立连接，何时断开连接以及保持多久的连接？
4	传输层	管理两个节点之间的数据传输。负责可靠传输(确保数据被可靠的传输到目标地址)	是否有数据丢失？
3	网络层	地址管理与路由选择	经过哪个路由传递到目标地址？
2	数据链路层	互连设备之间传送和识别数据帧	数据帧与比特流之间的转换
1	物理层	以“0”，“1”代表电压的高低、灯光的闪灭。界定连接器和网线的规格。	比特流和电子信号的切换，连接器与网线的规格

应用层

为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件传输、电子邮件、远程登陆(虚拟终端)等协议。

表示层

将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此它主要负责数据格式的转换。
具体来说，就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式。不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同。因此，使它们保持一致是这一层的主要作用。

会话层

负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)，以及数据的分割等数据传输相关的管理。需要注意的是，会话层负责建立连接和断开连接的时机，而传输层则进行实际的建立和断开处理。

传输层

起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理，而无需再路由器上处理。

TCP 也会在数据包上添加 TCP 头，TCP 头除了包含一些用于校验数据正确性和控制数据流量的信息外，还包含通信端口信息，一台机器可能同时有很多进程在进行网络通信。如何使数据到达服务器后能发送给正确的进程去处理，就需要靠通信端口进行标识了。HTTP 默认端口是 80，当然我们可以在启动 HTTP 应用服务器进程的时候，随便定义一个数字作为 HTTP 应用服务器进程的监听端口，但是 App 在请求的时候，必须在 URL 中包含这个端口，才能在构建的 TCP 包中记录这个端口，也才能在到达服务器后，被正确的 HTTP 服务器进程处理。

网络层

将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某一个地址。因此这一层主要负责寻址和路由选择。

网络层的数据需要交给链路层进行处理，而链路层帧的大小定义了最大传输单元，网络层的 IP 数据包必须要小于最大传输单元才能进行网络传输，这个数据包也有一个 IP 头，主要包括的就是发送者和接受者的 IP 地址。

IP 协议不是一个可靠的通信协议，并不会确保数据一定送达。要保证通信的稳定可靠，需要传输层协议 TCP。TCP 协议在传输正式数据前，会先建立连接，这就是著名的 TCP 三次握手。

数据链路层

负责物理层面互连的，节点之间的通信传输。例如与一个以太网相连的两个节点之间的通信。
将0、1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端(数据帧的生成与接受)。

数据链路层就是将数据进行封装后交给物理层进行传输，主要就是将数据封装成数据帧，以帧为单位通过物理层进行通信，有了帧，就可以在帧上进行数据校验，进行流量控制。数据链路层会定义帧的大小，这个大小也被称为最大传输单元。

像 HTTP 要在传输的数据上添加一个 HTTP 头一样，数据链路层也会将封装好的帧添加一个帧头，帧头里记录的一个重要信息就是发送者和接受者的 mac 地址。mac 地址是网卡的设备标识符，是唯一的，数据帧通过这个信息确保数据送达到正确的目标机器。

前面已经提到，网络层 IP 协议使得互联网应用根据 IP 地址就能访问到淘宝的数据中心，请求离开 App 后，到达运营服务商的交换机，交换机会根据这个 IP 地址进行路由转发，可能中间会经过很多个转发节点，最后数据到达淘宝的服务器。

网络层的数据需要交给链路层进行处理，而链路层帧的大小定义了最大传输单元，网络层的 IP 数据包必须要小于最大传输单元才能进行网络传输，这个数据包也有一个 IP 头，主要包括的就是发送者和接受者的 IP 地址。

物理层

负责数据的物理传输，计算机输入输出的只能是 0 1 这样的二进制数据，但是在真正的通信线路里有光纤、电缆、无线各种设备。光信号和电信号，以及无线电磁信号在物理上是完全不同的，如何让这些不同的设备能够理解、处理相同的二进制数据，这就是物理层要解决的问题。

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其他的一些参考模型：

这么多参考图片的目的是用来更好的理解。

各种设备及其对应网络的分层概览

这里没找到电子版本只能自己拍了，害。

TCP/IP基础知识

TCP/IP的具体含义

从字面意义来讲，有人可能会认为TCP/IP是指TCP与IP两种协议。实际生活中有时也确实是指这两种给协议。然后很多情况下，它只是利用IP进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP或ICMP、TCP或UDP、TELNET或FTP、以及HTTP等都属于TCP/IP的协议。它们与TCP或IP的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。TCP/IP一词泛指这些协议，因此，有时也称TCP/IP为网际协议族。

TCP/IP协议分层协议

TCP/IP与OSI参考模型

OSI的模型注重通信协议必要的功能是什么，而TCP/IP的模型则更强调在计算机上实现协议应该开发哪种程序。

了解下数据包

包、帧、数据包、段、消息

以上五个术语都用来表述数据的单位，大致区分如下：

包可以说是全能性术语；
帧用于表示数据链路层中包的单位；
数据包是 IP 和 UDP 等网络层以上的分层中包的单位；
段则表示 TCP 数据流中的信息；
消息是指应用协议中数据的单位。

每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息，如发送的目标地址以及协议相关信息。通常，为协议提供的信息为包首部，所要发送的内容为数据。在下一层的角度看，从上一层收到的包全部都被认为是本层的数据。

了解下端口

端口号是由其使用的传输层协议规定的，因此，不同的传输协议可以使用相同的端口号。例如，TCP和UDP使用同一个端口号，但使用的目的各不相同。这是因为端口号上的处理是根据每个传输协议的不同而进行的。所以即使是同一个端口号，由于传输协议是各自独立地进行处理，因此相互之间不会受到影响。
此外，那些知名端口号与传输层协议并无关系，只要端口一致都将分配同一种程序进行处理。例如，53号端口在TCP和UDP中都用于DNS服务，而80端口用于HTTP通信。从目前看来，由于HTTP通信必须使用TCP，因此UDP地80端口并未投入使用。但是将来，如果HTTP协议的实现也开始应对UDP协议以及应用协议被相应扩展的情况下，就可以原样使用与TCP保持相同的80端口了。

TCP/IP各层

硬件(物理层)

最底层就是负责数据传输的硬件

网络接口层(数据链路层)

利用以太网中的数据链路层进行通信，因此属于接口层。也就是说，把它当作让NIC起作用的“驱动程序”也无妨。

互联网层(网络层)

互联网层使用IP协议，IP协议基于IP地址转发分包数据。互联网就是具备互联网层功能的网络。
TCP/IP分层中的互联网层与传输层的功能通常由操作系统提供。尤其是路由器，它必须得实现通过互联网层转发分组数据包得功能。此外，连接互联网得所有主机和路由器必须都实现IP的功能。其他连接互联网的网络设备如网桥、中继器、集线器就没必要一定实现IP或TCp的功能。(当然，有时为了监控和管理功能，这些设备也需要具备IP、TCP的功能)
IP是跨越网络传送数据包，使整个互联网都能收到数据的协议。使用IP地址作为主机的标识。IP还隐含数据链路层的功能。通过IP，相互通信的主机之间无论经过怎样的底层数据链路都能够实现通信。虽然IP也是分组交换的一种协议，但是它不具有重发机制。即使分组数据包未能到达端主机也不会重发。因此属于非可靠传输协议。
ICMP：IP数据包在发送途中一旦发生异常导致无法到达对端目标地址时，需要给发送端发送一个发生异常的通知。ICMP就是为这一功能而制定的。它有时也被用来诊断网络的健康状况。
ARP：从分组数据包的IP地址中解析出物理地址(MAC地址)的一种协议。

传输层