学习日记——网络知识（2020.6.28）

一、OSI七层协议

1、OSI七层协议概念
互联网的本质是一系列的网络协议，这个协议就叫做OSI协议。按照功能不同分工不同，认为的分为七层。实际上这七层是并不存在的，也就是说没有这些概念，而我们今天提到的七层概念，只是人为的划分而已。OSI就是一个开放的通信系统互联参考模型，也是一个定义的很好的协议规范。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。OSI的7层从下到上分别是7-应用层、6-表示层、5-会话层、4-传输层、3-网络层、2-数据链路层、1-物理层。

2、七层详解
（1）物理层：是参考模型的最低层。该层是网络通信的数据传输介质，由连接不同结点的电缆与设备共同构成。主要跟功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输并监控数据出错率，以便数据流的透明传输。

（2）数据链路层：四参考模型的第二层。主要功能是：在物理层提供的服务基础上，在通信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。简单的来说数据链路层就是来对电信号来做分组的。

（3）网络层：是参考模型的第三层。主要功能是：为数据在节点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互连等功能。

（4）传输层：是参考模型的第四层。主要功能是：向用户提供可靠地端到端服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节。因此，它是计算机通信体系结构中关键的一层。

（5）会话层：是参考模型的第五层。主要功能是：负责维扩两个结点之间的传输连接，以便确保点到点传输不中断，以及管理数据交换等功能。

（6）表示层：是参考模型的第六层。主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方法，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

（7)应用层：是参考模型的最高层。主要功能是：为应用软件提供了很多服务，比如文件服务器、数据库服务、电子邮件与其他网络软件服务。

3、OSI七层协议中每一层的特征

（1）物理层
机械性能：接口的形状，尺寸的大小，引脚的数目和排列方式等；
电气性能：接口规定信号的电压、电流、阻抗、波形、速率好平衡特性等；
工程规范：接口引脚的意义、特性、标准。
工作方式：确定数据位流的传输方式，如：半双工、全双工等。
物理层协议：美国电子工业协会（EIA）的RS232/RS422/RS423等；
物理层的数据单位是位（BIT），典型设备时集线器HUB。
物理层物理层重要的就是“物理”两个字所以物理层和硬件有关，和软件关系不大。
（2）数据链路层
链路层屏蔽传输介质的物理特征，使数据可靠传送。内容包括介质访问控制、连接控制、顺序控制、流量控制、差错控制和仲裁协议等。
链路层协议有：协议有面向字符的通讯协议（PPP）和面向位的通讯协议（HDLC）。仲裁协议：CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)、Token Bus、Token Ring
链路层数据单位是帧，实现对MAC地址的访问，典型设备是交换机SWITCH。
（3）网络层
网络层管理连接方式和路由选择。
连接方式：虚电路和数据报服务。
虚电路是面向连接的，数据通讯一次路由，通过会话建立的一条通路。数据报是非连接的，每个数据报都有路由能力。网络层的数据单位是包，使用的是IP地址，典型设备时路由器Router。这一层可以进行流量控制，但流量控制更多的是使用第二层或第四层。
（4）传输层
1）提供端到端的服务，可以实现流量控制、负载均衡。
2）传输层信息包括端口、控制字和校验和。
3）传输层协议主要是TCP和UDP。
4）传输层位于OSI的第四层，这层使用的设备时主机本身。
（5）会话层
会话层主要内容时通过 绘画进行身份验证、绘画管理和确定通讯方式。一旦建立连接，会话层的任务就是管理会话。
（6）表示层
表示层主要是解释通讯数据的意义，如代码转换、格式变换等，使不同的终端可以表示。还包括加密与解密、压缩与解压等。
（7）应用层
1）应用层应该是直接面向用户的程序或服务，包括系统程序和用户程序，比如www、FTP、DNS、POP3和SMTP等都是应用层服务。
2）数据再发送时是数据从应用层至物理层的一个大包的过程，接收时是数据从物理层至应用层的一个解包过程。
3）从功能角度可以分为三组：1/2层解决网络通信问题，3/4层解决传输问题，5/6/7层处理对应用进程的访问。
4）从控制角度可分为二组：1/2/3层是通信子网，4/5/6/7是主机控制层。

二、TCP/IP协议

1、TCP/IP模型

1、传输流程（同OSI七层协议）
利用TCP/IP协议族进行网络通信时，会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走，接收端则往应用层往上走。我们用HTTP举例来说明，首先作为发送端的客户端在应用层（HTTP协议）发出一个想看某个Web页面的HTTP请求。接着，为了传输方便，在传输层（TCP协议）把从应用层处收到的数据（HTTP请求报文）进行分割，并在各个报文上打上标记序号及端口号后转发给网络层。在网络层（IP协议），增加作为通信目的地的MAC地址后转发给链路层。这样一来，发往网络的通信请求就准备齐全了。接收端的服务器在链路层接收到数据，按序往上层发送，一直到应用层。当传输到应用层，才能算真正接收到由客户端发送过来的HTTP请求。
2、四层详解
（1）应用层:
向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。

（2）传输层:
提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。

（3）网络层 ：
负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。
1）处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。

2）处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径–假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。

3）处理路径、流控、拥塞等问题。

（4）网络接口层：
这是TCP/IP软件的最低层，负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。
（5）IP
IP 用于计算机之间的通信。 是无连接的通信协议。它不会占用两个正在通信的计算机之间的通信线路。这样，IP 就降低了对网络线路的需求。每条线可以同时满足许多不同的计算机之间的通信需要。通过 IP，消息（或者其他数据）被分割为小的独立的包，并通过因特网在计算机之间传送。IP 负责将每个包路由至它的目的地。

三、五层协议

2、五层详解
（1）物理层：物理层解决怎样才能在连接计算机的传输媒体上(双绞线、光纤、无线电)传输[比特流]
（2）数据链路层:把网络层交下来的数据构成[帧]发送到链路上，以及把接收到的[帧]中数据取出上交给网络层
（3）网络层：负责为分组交换网,上的不同主机提供通信服务。
（4）运输层：任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
（5）应用层：应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网

四、WIFI

• 凡使用802.11 系列协议的局域网又称为Wi-Fi .802.11 就是无线以太网的标准，它使用星形拓扑,其中心叫做接入点AP ，在MAC层使用CSMA/CA协议.现在Wi-Fi 实际上已经成为了无线局域网WLAN的代名词.

• 802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS，一个基本服务集BSS包括一个基站和若千个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时都必须通过本BSS的基站。在802.11的术语中，上面提到的接入点AP就是基本服务集内的基站当网络管理员安装AP时，必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个通信信道。

• 上图为IEEE 802.11的基本服务集BSS和扩展服务集ESS。802.11标准并没有定义如何实现漫游，但定义了一些基本的工具。例如，一个移动站若要加入到一个基本服务集BSS，就必须先选择一个接入点AP，并与此接入点建立关联。建立关联就表示这个移动站加入了选定的AP所属的子网，并和这个接入点AP之间创建了一个虚拟线路。只有关联的AP才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他站点发送数据帧。这和手机开机后必须和附近的某个基站建立关联的概念是相似的。

• 为了使一个基本服务集BSS能够为更多的移动站提供服务，往往在一个 BSS内安装有多个接入点AP。有时一个移动站也可以收到本基本服务集以外的AP信号。移动站只能在多个AP中选择一个建立关联。通常可以选择信号最强的一一个AP。但有时也可能该AP提供的信道都已被其他移动站使用了。在这种情况下，也只能与信号强度稍差些的AP建立关联。

• 无线局域网用户在和附近的接入点AP建立关联时，一般还要键入用户密码。只有密码正确才能连接该局域网/wifi
  

• 我的电脑处于多个wifi覆盖范围中，如果知道wifi密码，就可以连接任意一个wifi。但是连接时，只能连接一个wifi。不能同时连接多个wifi。接入点AP是一个无线路由器。连接到无线路由器之后，笔记本就可以发送数据给无线路由器，无线路由器连接上互联网了，无线路由器就可以把数据发送给互联网，并且他可以接收互联网的数据，发送到笔记本上。以此实现上网功能。

五、IP&端口

TCP/IP协议中网络层相关知识中有

• [网际协议IP]是ICP/IP体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的互联网标准协议之一。

• IP地址:就是给互联网上每一台主机(或路由器)的每-一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符。

• 作用:只有知道主机的IP地址，才能将消息发送给对应的主机。

• IP地址::= {<网络号>, <主机号>} .实际上: 32位地址。表示方法:点分十进制

• IP地址中，IP数据报的目标IP地址中，如果主机号为全1，则表示向目标IP网络中的所有主机发送广播信息。
  （点分十进制：二进制数，每隔八位插入一个小数点。然后再将八位二进制数转化为十进制数即可。最后就变成了一个点分十进制表示的IP地址）
  1、 主机之间的通信

• 主机1和主机6通信：主机1要发送一个带有主机6IP地址的数据报，路由器R3查找路由表之后，会把带有主机6IP地址的数据报转发给R2路由器。R2路由器查找转发表发现目标地址是主机6的数据报是连接在它所在的网络中，R2路由器会将数据报直接发给主机6 .这样就实现了主机1 和主机6之间的通信（IP地址很重要）
  

• 外网IP:全球唯一TP， 可以使用此TP访问互联网

• 内网IP：只在木地机构(或局域网)有效的IP地址（本地地址)
  专用地址:
  ●10.0.0.0 一10.255. 255.255.
  ●172. 16.0.0 ~ 172.31.255. 255
  ●192. 168.0.0 一192.168. 255.255

• 以上地址只能用于一个机构(局域网)的内部通信，而不能用于和互联网上的主机通信。在互联网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发.

• 通过【IP地址】可以实现【主机-主机】的通信。
  2、主机进程和主机进程的通信

• 在运输层使用协议端口号，或通常简称为端口。这就是说，虽然通信的终点是应用进程，但只要把所传送的报文交到目的主机的某个合适的目的端口，剩下的工作(即最后交付目的进程)就由TCP或UDP来完成。请注意，这种在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口，和路由器或交换机上的硬件端口是完全不同的概念。硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口，而软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。不同的系统具体实现端口的方法可以是不同的(取决于系统使用的操作系统)。

• 服务器端使用的端口号：
  （1）熟知端口号：或系统端口号，数值为0~1023。这些数值可在网址www.iana.org查到。IANA把这些端口号指派给了TCP/IP 最重要的一些应用程序，让所有的用户都知道。当一种新的应用程序出现后，IANA必须为它指派一个熟知端口，否则互联网上的其他应用进程就无法和它进行通信。
  （2）登记端口号：数值为1024-49151. 这类端口号是为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这类端口号必须在IANA按照规定的手续登记，以防止重复。
  

• 客户端使用的端口号：数值为49152-65535. 由于这类端口号仅在客户进程运行时才动态选择，因此又叫做短暂端口号。这类端口号留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时，就知道了客户进程所使用的端口号，因而可以把数据发送给客户进程。通信结束后，刚才已使用过的客户端口号就不复存在，这个端口号就可以供其他客户进程使用。

UDP通信/TCP通信

TCP/IP运输层的两个主要协议都是互联网的正式标准。

• UDP：用户数据报协议，UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP却是-种最有效的工作方式。
  （1）UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接( 当然，发送数据结束时也没有连接可释放)，因此减少了开销和发送数据之前的时延。
  （2)UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表(这里面有许多参数)。
  (3)UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。应用层交给UDP多长的报文，UDP就在前面加一个UDP首部，UDP就照样发送，即一次发送一一个报文。
  （4）UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很多的实时应用(如IP电话、实时视频会议等)要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据， 但却不允许数据有太大的时延。UDP正好适合这种要求。
  （5）UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
  （6）UDP的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。

• UDP的首部格式
  

• TCP：传输控制协议，TCP则提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。
  （1）TCP是面向连接的运输层协议。这就是说，应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。在传送数据完毕后，必须释放已经建立的TCP连接。也就是说，应用进程之间的通信好像在“打电话”:通话前要先拨号建立连接，通话结束后要挂机释放连接。
  （2）每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的(一对一）
  （3）TCP提供可靠交付的服务。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复，并且按序到达。
  （4）TCP提供全双工通信。TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。在发送时，应用程序在把数据传送给TCP的缓存后，就可以做自己的事，而TCP在合适的时候把数据发送出去。在接收时，TCP把收到的数据放入缓存，上层 的应用进程在合适的时候读取缓存中的数据。
  （5）面向字节流。TCP中的“流"指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。

• TCP的连接：TCP把连接作为最基本的抽象。TCP的许多特性都与TCP是面向连接的这个基本特性有关。每一条TCP连接有两个端点，TCP连接的端点叫做套接字(socket)或插口。每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点确定。

• 两种协议在协议栈中的位置
  

• 使用UDP和TCP 协议的各种应用和应用层协议
  

• UDP是面向报文的。UDP不提供"靠的数据交付。优点:开销小、通信速度快。缺点:数据有可能出错/丢失。

• TCP是面向连接的。TCP提供可靠的数据交付。优点:数据可靠传输。缺点:开销大、通信速度慢。

客户-服务器

• 这种方式在互联网上是最常用的，也是传统的方式。我们在上网发送电子邮件或在网站上查找资料时，都是使用客户-服务器方式(有时写为客户/服务器方式)。
• 当我们打电话时，电话机的振铃声使被叫用户知道现在有一个电话呼叫。计算机通信的对象是应用层中的应用进程，显然不能用响铃的办法来通知所要找的对方的应用进程。然而采用客户-服务器方式可以使两个应用进程能够进行通信。
• 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
• 在图中，主机A运行客户程序而主机B运行服务器程序。在这种情况下，A是客户而B是服务器。客户A向服务器B发出服务请求，而服务器B向客户A提供服务。这里最主要的特征就是：客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。
• 客户程序：
  (1)被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
  (2)不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
• 服务器程序：
  (1)是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
  (2)系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。当我们建立联系之后服务器才会知道客户程序的地址。
  (3) 一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。
• 客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。
• TCP连接的建立采用客户服务器方式。主动发起连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器。

DHCP

• DHCP为动态主机配置协议，它提供了一种机制， 称为即插即用连网。这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与。
• 为了让电脑能和其他主机通信，连接到互联网的计算机的协议软件需要配置的项目包括： IP地址、子网掩码、默认路由器的IP地址、域名服务器的IP地址。为了省去给计算机配置IP地址的麻烦，我们能否在计算机的生产过程中，事先给每一台计算机配置好一个唯一的IP地址呢(如同每一个以太网适配器拥有一个唯一的硬件地址) ?这显然是不行的。这是因为IP 地址不仅包括了主机号，而且还包括了网络号。一个IP地址指出了一台计算机连接在哪一个网络上。当计算机还在生产时，无法知道它在出厂后将被连接到哪一个网络上。因此，需要连接到互联网的计算机，必须对IP地址等项目进行协议配置。用人工进行协议配置很不方便，而且容易出错。因此，应当采用自动协议配置的方法。
  
  配置方法：
  1、
  2、
  3、
  4、
  5、
  6、
  7、
  8、
  9、
  当手动修改这些时，对于非专业人士是非常难以操作成功的，而且还一个服务器就得还一系列得IP地址。所以我们选用自动获取IP地址，自动获得DNS服务器地址。
  10、

参考链接

https://blog.csdn.net/taotongning/article/details/81352985
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1623342279899809678&wfr=spider&for=pc
https://www.cnblogs.com/daijiabao/p/11183265.html
https://blog.csdn.net/weixin_44198965/article/details/90083126