嵌入式网络的基础知识

一、七层协议 – OSI参考模型

下面详细来说一下这几个层的作用。

一、假设有A、B两台主机想要进行通信，那应该怎么做呢。

1、通过不同的介质将A主机和B主机连接在一起，比如双绞线、蓝牙等。
2、不同的的连接介质，对应的接口是不同的，比如双绞线的接口是 RJ-45。
3、计算机中只能处理二进制，属于数字信号，而双绞线中的信号则是模拟信号，这就涉及到了如何将模拟信号转换为数字信号的问题（比如RS232、RS485等通信协议）

上述三个问题将在物理层解决，最终A、B两台主机可以实现通信。

二、假如，此刻不止两个主机进行通信了，而是多台主机进行通信，比如下图所示，那应该怎么做呢。

A 要想和 C 进行通信，会在发送信息时带上自己的 MAC 地址和 C 的 MAC 地址，因为在同一总线上，A发出的信息，总线上所有的主机都可以接收的到，但其他主要一看不是要和自己通信的，就会把 A 发送的包（帧数据）给丢弃，而 C 则会接收（上面过程应该是由交换机来完成的，交换机一看 A 想要和 C 进行通信，就会把包发送给 C），C 接收到的包后，会对包进行解析，包的格式是什么，哪部分表示 MAC 地址，哪部分又表示信息数据。

这都是要在数据链路层要解决的问题（二层网络需要交换机）。

三、现在，同一网络内的主机可以实现通信了，那不同网络之间的主机又应该怎么通信呢？比如下图中 N1 网络中的 A 主机想要和 N2 网络中的 B 主机进行通信。

不同网络（局域网，二层网络）之间的主机要想通信，需要使用到路由器（找路），同时还需要使用到 ip 地址 来表示每一台主机在网络中的位置。

这些是要在网络层要解决的问题（三层网络需要路由器）。

四、假设 B 这台主机上面有很多的应用程序，比如有 QQ 和 微信 等，那 A 这台主机想要和 B 这台主机的 QQ 通信，那就需要使用到一个东西来标识到底是哪个进程（程序）。 当 A 主机 和 B主机之间通过某个应用程序来进行通信后，就不可避免的由于各种原因造成丢包或者包的信息出错的问题。那怎么来解决丢包的问题呢？ 这就需要进行差错控制。还有假设 A 主机是 手机，而 B 主机是 电脑，手机和电脑之间的流量值可能会不一样，比如 A 主机一次能发30个包，而 B 主机一次能接收100 个包，这就需要进行流量控制。

这些也都是要用传输层来解决的问题，传输层主要强调端口信息（两个互相通信的应用程序使用同一端口）。

五、会话层，建立会话、维持会话和终止会话。
当 A 主机和 B 主机实现连接之后，下面就要开始互相通信了，打个比方，我有手机了，你也有手机了，这就有了互相通信的前提了，但我想要给你打电话，就要知道你的电话号码，当我拨通了你的电话号码（这就相当于是建立会话），并且为了防止你我双方讲话的过程中，突然被打断，就需要维持通话（维持会话），当双方通信完成，还需要挂断电话（终止会话）。

六、表示层，解决一些编码问题。
比如 A 主机向 B 主机发送了 “Hello” ，这是一个英文的字符串，那计算机是怎么来表示英文的呢？是用 ASCII 码来表示英文的。那 A 主机再向 B 主机发送 “你好” ，这是一个汉字，那计算机是怎么来表示汉字的呢？首先，我们通过键盘输入的汉字属于输入码，而 A 计算机要将输入码保存为机内码之后，再发送出去。当 B 主机接收到 A 主机发送的信息之后，要将其显示出来，称为字形码。这个就是表示层要做的事情。

七、应用层，提供人机交互的窗口，比如 QQ 软件的界面设计、窗体设计。

二、四层协议 – TCP/IP协议层

TCP/IP协议族

IP协议（网际协议）在网络层

在一个相互连接的网络系统上从源地址到目的地址传输数据包（互联网数据包）所提供必要功能的协议，尽量将数据从 源地址 发送到 目的地址。

特点：

不可靠：它不能保证 IP 数据包能成功的到达它的目的地，仅提供尽力而为的传输服务。

无连接：IP 并不维护任何关于后续数据包的状态信息。每个数据包的处理是相互独立的。IP数据包可以不按发送顺序接收。

ip 数据包中含有发送它主机的 ip 地址（源地址）和接收它主机的 ip 地址（目的地址）。

TCP协议（传输控制协议）在传输层

TCP是一种面向连接的，可靠的传输层通信协议。

功能：提供不同主机上的进程间通信。

特点：
1、建立链接 - 》使用链接 -》释放链接（虚电路）（保证连接性）
2、TCP数据包中包含序号和确认序号（保证可靠性）
3、对包进行排序并检错，而损坏的包可以被重传。（保证质量）

服务对象：
需要高度可靠性且面向连接的服务，如 HTTP、FTP、SMTP 等。

总结：TCP 面向连接 可靠 排序 检错 失败重传

UDP协议（用户数据报协议）在传输层

TCP是一种面向无连接的，不可靠的传输层通信协议。

功能：提供不同主机上的进程间通信。

特点：
1、发送数据之前不需要建立链接
2、不对数据包的顺序进行检查
3、没有错误检错和重传机制

服务对象：
主要用于 “查询—应答” 的服务，如 NFS（网络文件协议）、NTP（网络时间协议）、DNS（域名解析协议）等。

总结：UDP 无连接 不排序 不检错 不重传 （优点是 速度快）

UDP 和 TCP没有优劣之分，适合自己的才是最好的。

MAC地址

1、MAC 地址（链路层）设备和设备的通信

MAC地址，用于标识网络设备，类似于身份证号，且理论上全球唯一。
组成：以太网内的 MAC 地址是一个48 bit （6个字节）的值。

端口

TCP/IP协议采用 端口 标识通信的 进程 。

作用：用于区分一个系统里的多个进程。

特点：

1、对于同一个端口，在不同系统中对应着不同的进程。

2、对于同一个系统，一个端口只能被一个进程拥有。

3、一个进程拥有一个端口后，传输层送到该端口的数据全部被该进程接收，同样，进程送交传输层的数据也通过该端口被送出。

端口号

作用：类似 pid 标识一个进程，在网络程序中，用端口号（port）来标识一个运行的网络程序。

特点：
1、端口号是无符号短整型的类型

2、每个端口都拥有一个端口号，一个端口号只能对应一个进程。

3、TCP、UDP 维护各自独立的端口号。

4、网络应用程序至少要占用一个端口号，也可以占有多个端口号。（一个进程可以拥有多个端口号。）

思考 :为什么有了 pid ，还需要端口来标识一个进程呢？

pid 是在同一个系统中去标识不同的进程，而通信双方的网络程序是在不同系统系统上的，所以需要用端口来标识一个进程。

端口的分类

知名端口（1 — 1023）

由互联网数字分配机构（IANA）根据用户需要进行统一分配。

例如： FTP — 21，HTTP — 80 等

服务器通常使用的范围：若强制使用，须加 root 权限。

动态端口（1024 — 65535）

应用程序通常使用的范围。

注意：端口号类似于进程号，同一时刻只能表示一个进程，可以重复使用。