tcp/ip五层模型

一、物理层

1.1 由来

孤立的计算机之间想要互相能够交流，必须接入Internet，即计算机之间必须完成组网

1.2 物理层功能

基于电器特性发送电信号（高低电压），高电压对应数字1，低电压对应数字0

二、数据链路层

2.1 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

2.2 功能

定义了电信号的分组方式

2.3 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的组成（固定18个字节）：

发送者/源地址（6个字节）
接受者/目标地址（6个字节）
数据类型（6个字节）

data的组成（最短46个字节，最长1500字节）：

	 	数据包的具体内容

head长度+data长度 = 最短64字节，最长1518字节，超过最长限制就分片发送

2.4 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）

2.5 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

三、网络层

3.1 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了，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

结论：必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，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

3.2 IP协议

  ① 规定网络地址的协议叫IP协议，他定义的地址叫IP地址，现阶段使用的v4版本即ipv4，他规定的网络地址由32位二进制表示
  ② 范围：0.0.0.0 - 255.255.255.255
  ③ 一个IP地址通常写成四段十进制数，如192.168.11.12

• IP地址的两个组成部分：

  ​ 网络部分：标识部分

  ​ 主机部分：标识主机

  注意：单纯的IP地址只是标识了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

3.3 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。

如：IP地址为192.168.11.12，前24位是网络部分，后8位是主机部分，那么子网掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，转换成十进制就是255.255.255.0

利用子网掩码，我们可以判断任意两个IP地址是否处在同一个子网络：
将两个ip地址与子网掩码分别进行AND运算（两个位数都为1，运算结果就为1，否则为0）
然后比较结果是否相同，是的话就是在同一个子网，否则就不是

总结ip协议的作用：

① 为每一台计算机分配IP地址
② 确定哪些地址在同一个字网络

3.4 ip数据包

由head和data两部分组成，无需为ip包定义单独的栏位，直接放进以太网包的data部分
head：长度为20到60字节
data：最长为65515字节

以太网数据包的“数据”部分，最长只有1500字节。因此，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。

3.5 ARP协议

• 由来：
  计算机通信主要靠广播的方式，所有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，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

• ARP协议的工作方式：
  每台主机的ip都是已知的

示例：主机192.168.10.10/24访问 192.168.10.11/24

  一、首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
  二、分析192.168.10.10/24和192.168.10.11/24处于同一网络
  三、这个包会议广播的方式在发送端所处的子网内传输，所有主机接受拆包，发现目标ip是自己的，就响应，返回自己的mac

四、传输层

4.1 传输层由来

网络层的ip帮助我们区分子网，以太网层的mac帮助我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启了很多程序，那么我们通过ip和mac找到特定主机以后，如何标识这台主机的应用程序？答案就是利用端口

• 端口
  就是应用程序与网卡关联的编号

4.2 传输层功能：建立端口到端口的通信

补充：端口范围是0-65535，0-1023为系统占用端口

4.3 tcp协议：

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

4.4 udp协议：

不可靠传输，报头部分一定只有8个字节，总长度不超过65535个字节，正好可以放进一个ip数据包

tcp报文：

tcp三次握手与四次挥手：

五、应用层

5.1 应用层的由来

用户使用的都是用于程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家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”。

工作于应用层，互联网是开发的，大家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

5.2 应用层功能

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”。