计算机网络开篇——五层模型概述

计算机网络开篇——五层模型概述

每一层的数据包都由本层的标头和上一层的传递的数据包构成。

OSI参考模型将计算机网络分为七层模型，此处的五层模型是基于TCP/IP协议族而言的体系结构。

物理层

物理层就是将端系统连接起来，如光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。它主要规定了网络的一些电器特性，主要负责传送0和1的电信号

数据链路层

• 数据链路层位于物理层的上方，它确定了0和1的分组方式：多少个电信号算一组，每个信号位有什么意义
• 以太网协议规定一组电信号构成一个数据包，成为帧，每一帧分为两部分：标头（主要包括数据包的一些说明项，如发送者、接受者、数据类型等）和数据（网络层的数据包）
• 以太网规定所有连入网络的设备都必须具有网卡，数据包必须使从一块网卡传送到另一块网卡，网卡的地址（MAC地址）就是数据包的发送地址和接受地址。MAC地址是由48个二进制位组成（12位十六进制数），前六个十六进制数是厂商编号，后六个是网卡流水号
• 通过ARP协议可以通过IP地址来和MAC地址来匹配，实现一块网卡知道另一块网卡的MAC地址
• 以太网通过广播的方式将数据包发送到该子网络下的所有主机，然后由主机决定（通过数据帧中的标头中的MAC地址）是否接受数据包

网络层

• 因为只有在同一个子网络下的端系统才能通过广播的方式来发送数据，因此引入了网络层协议，使得位于不同的子系统的两个主机可以相互通信
• 不在同一个子系统就采用“路由”（如何向不同的子网络分发数据包）的方式发送数据，否则通过“广播”的方式发送
• 网络层引进了一套新的地址（网络地址）来区分不同的端系统是否处于同一个子系统
• 规定网络地址的协议成为IP协议，他所定义的地址成为IP地址，IPV4版的地址由32个二进制位组成，一般用为四段的十进制数来表示
• IP协议的主要作用是：为每台端系统分配IP地址；确定哪些地址位于同一个子网络下
• IP地址分为两部分：网络地址和主机地址
• 通过子网掩码来判断两个主机是否位于同一个子系统下，子网掩码也是由32位二进制数组成，子网掩码的网络部分全部为1，主机部分全部为0，通过对IP地址和子网掩码进行每位相与，得出的结果相同时就说明位于同一个子网络下，否则不是
• 根据IP协议发送的数据包称为IP数据包，同样由标头（版本、长度、IP地址等）和数据（传输层数据段）组成
• IP数据包的标头长度为20-60字节，整个数据包的总长度对打为65535字节，因为以太网的数据部分最长之后1500字节，因为，若数据包超过此长度，则会分割成几个以太网数据帧分开发送
• ARP协议工作原理：发送数据包（包含在以太网数据帧中），其中包含所要查询的IP地址，在对方MAC地址中填入FF：FF：FF：FF：FF：FF（发送广播），此网络中所有主机都会收到数据包并将IP地址与自身IP地址进行对比，若相同，则返回自己的MAC地址，否则丢弃该数据包

传输层

• 通过IP地址和MAC地址来确定两个进行通信的主机，但是不能确定通信的应用，因此引入了传输层，通过端口（每一个使用网卡的程序的编号）来确定通信的应用
• 端口是0到65535之间的一个整数，0-1023的端口被系统占用，因此程序只能选择大于1023的段口来进行通信
• 传输层的功能就是建立端口到端口的通信，网络层的功能是建立主机到主机的通信，只有确定主机和端口才能实现程序之间的交楼。套接字由主机和端口组成
• 通过TCP或UDP协议在数据包中加入端口信息，UDP数据包也由两部分组成，标头（主要是发送端口和接收端口）和数据，标头部分占8字节，UDP数据包总长度不超过65535字节，刚好可以放进一个IP数据包中
• TCP协议可以认为是加有确认机制的UDP协议，发出的每个数据包都要进行确认，若有丢包现象，则会通知发送法重新进行发送
• TCP协议保证数据的可靠性，但是过程复杂、首先困难、消耗较多的资源
• TCP数据包没有长度限制，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数据包不会被分割

应用层

• 应用层的作用主要是规定应用程序的数据格式

参考文章

互联网协议入门（一）