网络连接总超时？从四层模型上解析网络是怎么连接的

身在信息时代，几乎人人都需使用设备访问网络上的资源。在这个过程中，建立网络连接所实现的连通性，是计算机网络最基本功能。今天，我们就来分享一个关于计算机网络的知识点 —— 网络到底是怎么连接的？

浏览器生成消息且发送

发送一个消息的总体流程如下

生成HTTP请求消息

举个栗子，当我们在浏览器输入https://www.jdl.cn/img/servic...网络地址的时候，浏览器首先会对URL进行解析：

https：表示访问数据源的机制，也就是协议
www.jdl.cn: web服务器名称
img ：表示目录名
service.843585b7.png：表示文件名然后就要生成HTTP消息了，它大概长这样

这些字段具体内容是什么可以参考这篇文章：五千来字小作文，是的，我们是有个HTTP。

DNS域名解析为IP地址

浏览器生成了这个HTTP消息后，它要往哪里发送呢？当然是服务器啦，所以就要解析这个域名对应的是哪台服务器，IP地址是什么，因为IP地址不好记，所以才有了对应的域名，便于我们人类记忆。

浏览器会检查缓存有没有这个域名对应的ip地址
操作系统会检查缓存（就是我们平常说的hosts文件）
操作系统会发送给本地区的DNS服务器，让它帮忙解析下 DNS服务器接受来自客户端的查询，包括以下三个内容：

域名： 服务器，邮件服务器的名称
Class： 在最早设计DNS时，DNS在互联网以外的其他网络中的应用也被考虑到了，而Class就是用来识别网络信息的，不过如今除了互联网就没有其他网络了，因此Class的值永远代表互联网的IN
记录类型： 表示域名对应何种记录类型
A记录时，域名直接对应IP地址
CNAME时，此域名对应其他域名
MX时，表示域名对应的是邮件服务器对于不同的记录类型，响应数据也不一样

域名的层次结构

越靠右层次越高，从右向左一级一级的划分 : 例如 www.jdl.cn 就是cn->jdl->www；
具有这种层次结构的域名信息都会注册到DNS服务器中，而每个域都是作为一个整体来处理的客户端和DNS服务器交互流程大概如下；
上级DNS服务器中要注册其下级域的DNS服务器IP地址，然后上级DNS服务器IP地址要注册到更上一级的DNS服务器中，此次类推；
根域的DNS服务器信息保存到互联网中所有的DNS服务器中，这样的话，所有的DNS服务器都会找到根域，然后一级一级的往下找，直到找到自己想要的那个域名；
分配给根域的IP地址仅有13个，就是顶级域名（com,cn等）对应的ip地址。

具体交互就是下面这样

但是一台服务器存不下这么多，所以一般都是DNS服务器大接力来寻找这个IP地址，图如下：

客户端找到最近的DNS服务器，查找www.jdl.cn的信息，可是最近的DNS服务器没有这个信息，就转发到了根域服务器下，经过判断发现是cn的顶级域名的，于是根域DNS服务器会返回它所管理的cn域中的DNS服务器的IP地址，接下来，最近的这个DNS服务器又回去访问com域名的服务器，以此类推，最终会找到 www.jdl.cn这个服务器的IP地址。

委托协议栈发送消息

知道了IP地址后，就可以委托操作系统内部的协议栈向这个目标IP地址发送消息了。

协议栈的内部结构；

浏览器、邮件等一般应用程序收发数据时用TCP；
DNS查询等收发较短的控制数据用UDP。

网络分层

OSI七层模型

开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。定义于ISO/IEC 7498-1。

TCP/IP四次模型
应用层： HTTP、DNS、FTP；
传输层： TCP、UDP；
网络层： IP；
网络接口层。

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇，只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

客户端服务器传递数据流程

一个数据包从客户端到服务端中间经过每一层都需要加工处理；
客户端这边需要不断的给数据包添加头部；
服务端这边需要不断的拆分这个数据包。

三次握手

当两台计算机要传递数据的时候，一定要先连接，得经过TCP三次握手吧（仅仅指指走TCP协议需要连接的），我们平常都说TCP连接要经过三次握手，我们就来看一下到底什么是TCP三次握手，如图所示

客户端要发送的时候，主动从closed状态打开，服务器启动后就一直处于监听LISTEN状态
客户端发送 SYN = 1,seq = x 给服务端，客户端处于SYN_SEND状态。
服务端收到后给客户端发送 SYN = 1,ACK =1, seq = y,ack = x+1。此时服务端处于SYN_RCVD状态
客户端收到后发送ACK =1, seq = x+1,ack = y+1给服务器，此时客户端状态是ESTAB-LISHED
服务端收到后状态变为ESTAB-LISHED

三次握手通过后，就代表客户端和服务端可以传递数据包进行交互啦

我们说到SYN，ACK,seq,ack这些又是什么呢？这些其实是TCP数据包里的属性，我们接着往下看（在传输层中有解释）

应用层

HTTP数据包拆分

一般HTTP请求消息不会太长，一个网络包就能装的下
发送缓冲区中的数据如果超过MSS的长度，就会被以MSS长度进行拆分放进单独的网络包中

MTU（Maximum Transmission Unit）: 一个网络包的最大长度，以太网中一般是1500字节

MSS（Maximum Segment Size）: 除去头部之后，一个网络包所容纳的TCP数据的最大长度

传输层

上面应用层的这个网络包 再加上TCP头部。

TCP报文格式

源端口号（16位）： 发送网络包的端口号
目的端口号（16位）： 网络包的接受方的端口号
序号（发送数据的顺序编号）（32位）： 发送方告知接收方已经收到了所有数据的第几个字节
确认序号（接收数据的顺序编号）（32位）： 接收方告知发送方接收方已经收到了所有数据的第几个字节
头部长度（4位）： 表示数据的起始部分，数据偏移量
保留（6位）： 该字段为保留，现在未使用
控制位（6位）： 该字段中的每个比特位分别表示以下通信控制的含义
URG： 表示紧急指针字段有效
ACK： 表示接收数据序号字段有效，一般表示数据已被接收方收到
PSH: 表示通过flush操作发送的数据
RST: 强制断开连接，用于异常中断的情况
SYN: 发送方和接收方相互确认序号，表示连接操作
FIN: 表示断开操作
窗口大小（16位）： 接收方告知发送方窗口大小（即无需等待确认可一起发送的数据）
校验和（16位）： 用来检查是否出现错误
紧急指针（16位）： 表示应急处理的数据位置
可选字段（可变长度）： 除了上面的固定头部字段外，还可以添加可选字段，但除了连接操作外，很少使用可选字段

还记得三次握手提到过的各种序号吗，就是这个报文里的属性

网络层

然后上面这个网络包 再加上IP头部

IP报文格式

版本号（4比特）： IP协议版本号，目前是版本4
头部长度（4比特）： IP头部的长度，可选字段可导致头部长度的变化，因此这里需要指定头部的长度
服务类型（TOS）(8比特)： 表示包传输优先级。最初的协议规格里对这个参数的定义很模糊，最近DIFFServ规则重新定义了这个字段的用法
总长度（16比特）： 表示IP消息的总长度
ID号（16比特）： 用于识别包的编号，一般为的序列号。如果一个包被IP分片，则所有分片都拥有相同的ID
标志（Flag）(3比特)： 该字段有3个比特，其中2个比特有效，分别代表是否允许分片，以及当前分片是否为分片包
分片偏移量（13比特）： 表示当前包的内容为整个IP消息的第几个字节开始的内容
生存时间（TTL）（8比特）： 表示包的生存时间，这是为了避免网络出现回环时一个包永远在网络中打转。每经过一个路由器，这个值就会减一，减到0的是hi这个包就会被丢弃
协议号（8比特）： 协议号表示协议的类型（以下均为16进制）
TCP: 06
UDP: 17
ICMP: 01
头部校验和（16比特）： 用于检查错误，现在已经不在使用
发送方IP地址（32比特）： 网络包发送方的IP地址
接收方IP地址（32比特）： 网络包接收方的IP地址
可选字段（可变长度）： 除了上面的固定头部字段外，还可以添加可选字段，但除了连接操作外，很少使用可选字段

然后这个网络包 再加上MAC头部

MAC数据包

接收方MAC地址(48比特)： 网络包接收方的MAC地址，在局域网中使用这一地址来传输网络包
发送方MAC地址(48比特)： 网络包发送方的MAC地址，接收方通过它来判断是谁发送了这个网络包
以太类型（16比特）： 使用的协议类型。下面是一些常见的类型，一般在TCP/IP通信中只是用0800和0806这两种。
0000-05DC： IEEE 802.3
0800 : IP协议
0806 : ARP协议
86DD : IPV6

MAC地址 VS IP地址

IP头部前面还会加上MAC头部
为什么需要MAC数据包呢？因为在以太网的世界中，TCP/IP这个思路是行不通的。
以太网在判断网络包目的地时和TCP/IP的方式不同，因此必须采用想匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而MAC地址就是干这个的
发送方MAC地址：MAC地址是写在网卡生产时写入ROM里的，只需要将这个值读取出来写入MA头部就好了

发送方的MAC地址还比较容易获取到，但是接收方的MAC地址就不太容易获取到了

ARP广播

ARP :Addresss Resolution Protocal 地址解析协议
根据IP地址查询 接收方MAC地址 的时候会用到ARP广播
在同一个子网中，利用广播对所有设备提问 XXX这个ip地址是谁的，其他设备发现自己的ip地址是这个xxx的话，那么他就会把它的MAC地址告诉提问者，这样就会检测到接收方的MAC地址了，如果发现自己的ip地址不是这个XXX，那么则会丢弃这个消息并不去理会。

如果每次都去广播的话，那么网络中就会增加很多ARP包，所以为了提高效率，我们有ARP缓存在内存中。查询之前先去查询ARP缓存。
当目的地的IP地址对应的MAC地址变了的话，那么这个MAC缓存就会出问题，所以为了避免这种问题发生，这个缓存几分钟后会被删除，非常简单粗暴。
静态ARP： 手工维护，不会自动失效
动态ARP： 会过段时间自动失效（文中说的就是它）

IP 模块负责添加如下两个头部：

MAC头部： 以太网用的头部，包含MAC地址

IP头部： IP用的头部，包含IP地址

总体数据包

这个时候的数据包变成了这个样子：

MTU（Maximum Transmission Unit）: 一个网络包的最大长度，以太网中一般是1500字节；
MSS（Maximum Segment Size）: 除去头部之后，一个网络包所容纳的TCP数据的最大长度；
然后这数据包，沿着网卡出去，到集线器，路由器一顿传输（中间涉及到电信号转换等等），到达服务端那边，再一层一层的扒皮（前往中说过，一层一层的拆分数据包）。

断开连接

四次挥手

两台计算机最后连接结束后要断开连接，进行 四次挥手 ：

其实 三次握手 ， 四次挥手 还有好多好多知识点要说，像什么为什么握手需要三次，而挥手需要四次啦这些问题，之后我们会单独开一篇内容和大家再深入地讲一讲，记得扫描下方二维码关注我们哟！