网络编程(四) OSI 七层模型

OSI 七层模型

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七层模型,亦称OSI(Open System Interconnection)参考模型,是参考模型是国际标准化组织(ISO)制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系。它是一个七层的、抽象的模型体,不仅包括一系列抽象的术语或概念,也包括具体的协议。
分层:

应用层 (Application):
网络服务与最终用户的一个接口。
协议有:HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP

表示层(Presentation Layer):
数据的表示、安全、压缩。(在五层模型里面已经合并到了应用层)
格式有,JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等

会话层(Session Layer):
建立、管理、终止会话。(在五层模型里面已经合并到了应用层)
对应主机进程,指本地主机与远程主机正在进行的会话

传输层 (Transport):
定义传输数据的协议端口号,以及流控和差错校验。
协议有:TCP UDP,数据包一旦离开网卡即进入网络传输层

网络层 (Network):
进行逻辑地址寻址,实现不同网络之间的路径选择。
协议有:ICMP IGMP IP(IPV4 IPV6) ARP RARP

数据链路层 (Link):
建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能。(由底层网络定义协议)
将比特组合成字节进而组合成帧,用MAC地址访问介质,错误发现但不能纠正。

物理层(Physical Layer):
建立、维护、断开物理连接。(由底层网络定义协议)

TCP/IP 五层协议模型

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写邮件的例子

这几幅图一目了然,不需要过多文字赘述了。举个写邮件的例子吧:

应用层:写邮件。
表示层:加密和翻译为二进制。(信息语法语义关联,加密解密、转换翻译,压缩解压缩)
会话层:判断存储还是发送。(用户之间建立及管理会话)
传输层:选择 TCP 协议和发送端口。(TCP/UDP,分割,端对端)
网络层:确定收发的 IP 地址和 MAC 地址。(IP 控制子网。逻辑地址,分组传输,路由选择)
数据链路层:物理寻址,即确定每一个网关。(网络接口 将比特流转为逻辑传输线路)
物理层:各种硬件设备。(通信信道原始比特流传输)

地址与端口

IP 地址与子网掩码
此二者必须结合使用,子网掩码的作用就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

IP 地址分类:


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子网掩码及子网规划:


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网络地址 = IP 地址 & 子网掩码。
广播地址 = 网络地址的主机位(子网掩码为0的部分)全换成1。
(广播地址只是一个标识,在数据包里面,如果目的地址是广播地址的话,就会向整个同一网段的主机发送广播包。)

其他地址

网关地址:具有路由功能的设备的IP地址,如:路由器、启用了路由协议的服务器(相当于路由器)、代理服务器(相当于路由器)。当网络中的主机发现数据包的目标主机不在本地网络中,就把数据包转发给它自己的网关,再由网关转发给目标网络的网关。一般设置为一个网段的起始或终止值,例:172.16.2.1 或 172.16.2.254。
MAC地址:Media Access Control,具有全球唯一性。
DNS地址:Domain Name Server(域名服务器),百度:114.114.114.114,谷歌:8.8.8.8。
DHCP:指的是由服务器控制一段IP地址范围,客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。提升地址的使用率。

TCP的三段握手和四次断开

相对于SOCKET开发者,TCP创建过程和链接折除过程是由TCP/IP协议栈自动创建的.因此开发者并不需要控制这个过程.但是对于理解TCP底层运作机制,相当有帮助.

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TCP三次握手

所谓三次握手(Three-way Handshake),是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务器总共发送3个包。
三次握手的目的是连接服务器指定端口,建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在socket编程中,客户端执行connect()时。将触发三次握手。
第一次握手:
客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口,以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

第二次握手:
服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时,将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的I S N加1以.即X+1。

第三次握手.
客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0,ACK标志位为1.并且把服务器发来ACK的序号字段+1,放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写ISN的+1

TCP四次断开
TCP的连接的拆除需要发送四个包,因此称为四次挥手(four-way handshake)。客户端或服务器均可主动发起挥手动作,在socket编程中,任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。

第一次挥手
Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手
Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手
Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。

第四次挥手
Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

socket

socket通常也称作"套接字",用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄,应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。套接字能唯一表示出互联网上一台主机上的一个应用程序
socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)

socket和file的区别:
file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】
socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】

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