网络TCP/IP基础（OSI七层网络参考模型、协议及原理）

目录

一、网络分层

二、七层参考模型功能介绍

三、TCP/IP五层模型常见协议

四、网络层协议介绍

五、传输层协议介绍

六、应用层协议介绍

七、五层模型常见设备

---

一、网络分层

在网络中常用的分层模型有两种：
OSI参考模型
TCP/IP参考模型

为什么要对网络进行分层呢？因为这样可以将复杂的流程分解为几个功能相对单一的子过程，整个流程更加清晰，复杂问题简单化，更容易发现问题并针对性的解决问题

TCP/IP四层（思科）                       TCP/IP五层（华为）                            OSI七层(标准参考模型)
应用层                                              应用层                                                  应用层
---                                                      ---                                                        表示层
---                                                      ---                                                        会话层
传输层                                              传输层                                                  传输层
网络层                                              网络层                                                  网络层
网络接口层                                       数据链路层                                           数据链路层
---                                                     物理层                                                  物理层

二、七层参考模型功能介绍

应用层（第七层）：网络服务与最终用户的一个接口
表示层（第六层）：数据的表示、安全、压缩
会话层（第五层）：建立、管理、中止会话
传输层（第四层）：定义传输数据的协议端口号，流量控制及差错校验
网络层（第三层）：进行逻辑地址寻址，实现不同网络路径选择
数据链路层(第二层)：建立逻辑地址连接，进行硬件地址寻址及差错校验
物理层（第一层）：建立、维护、断开物理连接

在通信的过程中，端口到端口通信属于传输层，点到点通信属于网络层

三、TCP/IP五层模型常见协议

应用层                 HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、DNS
传输层                 TCP、UDP
网络层                 ICMP、IGMP、IP、ARP、RARP
----------------------------------------------------------------
数据链路层          
物理层                 由底层网络定义的协议

同IP不同协议与服务之间可以通过端口号来区分
协议端口号取值范围：1~65535

四、网络层协议介绍

ICMP(控制信息协议，所使用IP协议号为1):
     ping功能所使用的协议，进行连通性测试和结果的反馈。traceroute使用的也是icmp协议，相比较ping，traceroute能够追踪到到达目标所经过的沿途路由点，如下所示：
              C:\Users\1fengtianyunyue>tracert baidu.com

              通过最多 30 个跃点跟踪
              到 baidu.com [220.181.38.148] 的路由:

             1     3 ms     5 ms     3 ms  192.168.1.165
             2     *        *        *     请求超时
             3    45 ms    26 ms    19 ms 
             4    ...........................................省略
IGMP(组播协议即组管理协议，IP协议号为2)：
     互联网组管理协议是TCP/IP 协议族中负责IP组播成员管理的协议，用来在IP主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。
IP（网络之间互连的协议）：
     它可以向传输层提供各种协议的信息，例如TCP、UDP等；对下可将IP信息包放到链路层，通过以太网、令牌环网络等各种技术来传送。
ARP（正向地址解析协议）：
     数据传输通讯地址：源IP、源MAC、目标IP、目标MAC
     使用场合：已知目标IP，未知目标MAC
     工作原理：PC1已知PC2的IP地址，未知PC2的MAC地址，PC1发送ARP广播给二层交换机，二层交换机进行广播泛洪，二层交换机下所有PC都会收到该广播消息，每个PC将自身IP与广播目标IP相比对，一致的话会接收并回数据包给PC1，PC1接收到返回的数据包后会记录下该PC的IP和MAC地址，记录到ARP缓存表中；不一致的则会直接丢弃 主机有ARP缓存表，记录IP地址和MAC地址对应的关系
     主机与主机数据通信时 会封装（源IP目标IP 源MAC 目标MAC）
     在当前主机没有在ARP缓存表中查找到目标主机对应的MAC地址信息时
     会发送Arp广播 请求报文
     非目标主机收到该广播时会丢弃 目标主机收到该广播时 会发送单拨的回应报文
     主机收到回应报文时 会将目标IP地址和MAC地址写入当前主机的ARP缓存表中
     路由器的工作原理：
     当数据进入路由器时
     拆二层数据 查看三层数据
     选路 ：查看目标IP地址 找到相应的路由表 来进行数据转发
     转发 ：通过ARP协议 请求对方接口的MAC地址信息 重新分装二层数据将 数据包转发
     特点 IP不变 MAC会变
RARP（反向地址解析协议）：
     使用场合：已知目标MAC，未知目标IP时候用

五、传输层协议介绍

TCP（传输控制协议，ip协议号为6）：
     通过三次握手四次挥手建立可靠连接，有重传机制，三次握手、四次断开、分段重传、滑动窗口机制保证了数据完整性，缺点是这些机制需要耗费大量时间，因此效率较低
     三次握手原理：客户端向服务器发送SYN连接请求，服务器收到SYN请求后，会针对客户端的SYN请求进行ACK响应的同时也会同步发送SYN连接请求，客户端收到服务器发送过来的SYN连接请求时，会回复ACK响应
     为什么要三次握手？
     因为TCP是可靠的传输层协议，它在传输数据前，会建立双向数据通信通道，当保证双向数据传输的通道没有问题时，才会发送数据，起到保护数据的作用
     四次断开原理：
     客户端向服务器发送FIN断开请求，服务器收到请求后，回复一个ACK确认。服务器向客户端发送FIN断开请求，客户端收到后，回复一个ACK确认
     握手是三次，为什么断开要四次？
     数据传输方向是双向的，一个方向的数据通道关闭需要一次请求和一次确认，因此需要断两次，共有两个数据方向，所以断四次
     什么是TCP半关闭状态？
     客户机向服务器发送了FIN请求，服务器也给了ACK响应，因为服务器向客户机还有数据要传输，因此服务器并没有向客户机立即发送FIN请求，成了TCP半关闭状态
UDP（用户数据报协议，ip协议号为17）：
     面向无连接的不可靠的传输层协议，优点是虽没有机制保证数据传输的可靠性，但是效率很高，缺点是可靠性不高
     TCP和UDP在选择时要根据浏览大小和效率来选
     语音、视频等要耗费很多流量且要高效率选UDP
     应用服务对浏览带宽要求不高，可靠性要求较高，选TCP
     

六、应用层协议介绍

HTTP(超文本传输协议，端口号为TCP的80):
     HTTP是基于客户/服务器模式，且面向连接的，如web服务
FTP（文件传输协议，端口号为TCP的20和21）：
     20端口为数据层面，主要用来传输数据，21端口为为控制层面，控制用户是否有权限登录及登陆后权限内容
TFTP(简单文件传输协议，端口号为UDP的69)：
     主要用于上传和下载小文件，常用于路由器交换机iso系统升级或更新
SMTP（简单邮件传输协议，端口号为TCP的25）：
     主要用于邮件的发送
SNMP（简单网络管理协议，端口号为UDP的161）：
     主要用于监控网络设备
DNS（域名解析协议，端口号为UDP的53）：
     主要用于将域名解析为IP地址，或将IP地址解析为域名

七、五层模型常见设备

应用层：计算机，服务器
传输层：防火墙
网络层：路由器
数据链路层：网桥，交换机
物理层：网卡、网线，集线器，中继器，调制解调器