重读TCP/IP协议(1)--网络概述

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以前很多不同的厂家生产各自的计算机，有着不同的操作系统，只有同样的操作系统的计算机才能通信，但TCP/IP允许这些不同的操作系统的计算机互相进行通信，他们都准守则一些协议在网络中进行传输，这些守则被称之为TCP/IP协议。

网络分层

由于TCP/IP协议比较复杂，所以我们一般把TCP/IP协议通过分层来进行讨论，每一层负责不同的通信功能，每一层的开发都是独立的，无需关心另外一层，TCP/IP通常分为四层，OSI把网络通常分为7层，本质上是一样的，只是OSI七层模型分的更细而已。

TCP/IP四层

应用层：负责特定的应用程序细节，如FTP， HTTP, TELNET 等

运输层：为应用程序提供端到端的通信，TCP, UDP传输

网络层：IP选路，IP包，ICMP, IGMP及路由器相关

链路层：设备驱动程序和网卡及以太网，交换机相关

一般来说顶层应用层关心的是程序的细节，如FTP的login/dir/mget/等，不会关心下三层这个数据如何在网络中传输，用TCP还是UDP,如何在路由器中选路，如何获取接收端的MAC地址从而正确无误的传达到目的端，这些在应用层是不关心的，同理下三层主要关心的是数据在网络中的传输过程，如何可靠，如何快速到达等细节，而对应用程序却一无所知，下三层不关心你是HTTP还是FTP，它都把这些当做是数据封装在数据里，下三层考虑的是如何增加数据头，以使得他们在网络中进行正确的传输。互联网的目的之一就是在应用程序中隐藏掉所有的物理细节，应用层不会关心也不能关心是在以太网中传输还是在令牌环上传输，这样应用开发人员只要开发好的应用，而网络工程师则设计最好的，最快的，最适合的网络

应用层：应用程序细节

表示层：数据的表示，如jpeg, ascII, 加密格式

会话层：建立，管理，终止会话

传输层：定义端口，及流控，TCP/UDP

网络层:  IP选路，逻辑寻址

链路层：硬件地址选址，差错检验

物理层：物理电缆，光纤等传输媒介

数据封装

之前说过，数据在网络中传输需要经过数据链路层，网络层，传输层，这其实是一个封装的过程，一个应用程序加上应用程序头，如我们浏览一个html网页，看到了新浪首页，里面有图片，有文字，我们统称为数据，在这些数据前面加上Http头，如版本信息等，应用层数据被分成TCP分段，各分段被打上标签，在传输层传输，传输层把http_head+data看作一个整体，统一加上tcp_head，TCP分段发送到网络层，网络层把tcp_head+http_head+data看作一个整体，统一加上ip_head封装成IP数据报文，之后发送到接入层，把ip_head+tcp_head+http_head+data看作一个整体，统一加上ethernet_head成为以太网帧，最后通过网线或光纤到达接收主机，这个封装过程我们一般把应用程序称之为数据，为了能够更好的传输，我们通常会把大数据进行分片，提高传输的可靠性，即使有一些片断丢失了，只需要重传这一部分就好，而无需全部重传，这个分段发生在传输层，称之为segment, TCP分段后在IP层进行传输，我们称之为IP数据报，最后增加以太网首部后，整个数据我们称之为以太网帧，如下图

解封装

接收主机以相反的方式进行解封装，接收端收到的是ethernet_head+ip_head+tcp_head+http_head+data，把头部一层一层的剥去，最终留下data给浏览器展现在客户面前的是新浪的首页

C/S模型

网络中最经典的模型就是客户端服务器模式，目的是使服务器为客户端提供一些特定的服务，纸上得来终觉浅，觉知此事需躬行，最后以一个经典的http案例来解释网络传输的过程，由于只是综述，并不打算展开细讲，所以直接取局域网内的两台PC作实验，免去IP路由这一块。

Web Server:

         IP:           192.168.2.111:8000

         MAC:        b4:6d:83:92:63:69

Web Client:

         IP:           192.168.2.101

         MAC:        00:26:c6:c9:ad:74（IntelCor_c9:ad:74）

Step1 找人：

Web Client想与 Web Server进行通信，首先他得找到Web Server，这是一个通过IP地址寻找MAC地址的过程，client知道网址http://192.168.2.111:8000/blog，但它并不知道是哪台服务器，此时它首先产生一个ARP的过程，通过IP寻找MAC的过程

Client首先广播一个数据帧询问本网谁的IP地址是192.168.2.111

Server接到该广播后发现找的是自己，于是单播回给client，你要找的是我，并把自己的MAC地址告诉client，这样client就可以与server进行通信了,ARP工作在二层，所以目前只有一个以太网头，没有IP头

Step2 建立连系

Client与Server通过三次握手建立连接，协商TCP分段大小，确认对端可靠，TCP的三次连接指的是client发一个sync给Server并带上自己的client_seq值

Server收到sync后，回一个ack, ack=client_seq+1,并发送sync给client附上server_seq值，以期望得到client的确认

Clinet收到Server的sync后，回一个ack=server_seq+1进行确认

TCP三次连接此时数据封装在tcp层， Ethernet_head+ip_head+tcp_head+data(tcp_segment)

Step3 获取页面

Client发出一个get信息想获取blog主页,这个信息的tcp_len=363

Server接收到Client的消息后进行ack确认，ack=client_seq+tcp_len=1+363=364

Server回一个http 200表示http过程OK

Server开始传送主页的数据，由于主页html数据太大，需要进行分段传输，Server首先发了一个分段数据，Client确认后，Server继续发送，直到数据发完后，进行结束确认

前面介绍的是数据包，可以看到的都是封装后的包，而如何封装，如何解封装在抓包中是看不到的，但在逻辑层面是存在分层，是通过主机或者设备的协议栈中进行封装的，封装的过程说白了就是对数据加头部和尾部的过程，整个头部和数据，尾部一起统称为协议数据单元（PDU）发送的过程就是沿着OSI参考模型向下流动，不断的加数据头，PDU逐渐变长，各层协议均将其头部信息添加进去，直到物理层进行传输，发送给目标主机，而接收端通过协议栈不断的剥去协议头部，最终只剩下原始的数据，这就是解封装的过程

     

Client在计算机上浏览http://192.168.2.111:8000/blog
Client需要从服务器上下载一个index.html的文件
Client把请求的数据沿着协议栈传给传输层，由于HTTP是基于TCP的，因此在传输层将创建TCP头部来封装HTTP数据
TCP是架构在IP之上的，为了能够在网络中传输，协议栈又把TCP看作一个整体，创建IP头部进行封装，以明确目的IP，进行逻辑寻址，发送数据到以太网上
以太网给IP数据创建以太网头部，明确发送的接收主机是谁
当数据已经完全封装好后，传递给物理层，此时数据包变成0，1信号通过网络进行传输
封装好的数据通过网线到达服务器，服务器开始读取数据，从下往上，先读以太网数据帧，确认以太网头部发的是不是自己，处理好后，剥去，再读取IP头部，确认数据包正确转发，处理好后剥去，再确认TCP头部，确保数据按序到达，随后剥去，留下原始HTTP数据，分析应用层中的内容，返回HTTP 200表明OK，发送端等待服务器发送index.html页面数据

总结：

这篇文章主要讲的是网络分层，数据封装，这些都是在实际抓包过程中看不到，但是却是我们分析数据的基础，最后以一个经典的C/S，client取server页面的实验来讨论封装，来讨论取数据的过程，但如IP,TCP的头部细节等并不在本文讨论范围

参考：

TCP/IP协议卷一
https://community.emc.com/go/chinese

转载于:https://my.oschina.net/hding/blog/667228