网络基础

协议

通常是双方或多方的交互，为了实现交互的目的而制定的一组规则，参与方都需要按照提前制定的规则来进行交互。

OSI模型和TCP/IP模型

• OSI七层模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
  OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互连模型。
  ISO为了更好的使网络应用更为普及，推出了OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范，就能互联了。
  OSI定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层），即ISO开放互连系统参考模型
  每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻层的接口通信。OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。

OSI七层模型.png

• TCP/IP模型
  TCP/IP与OSI最大的不同在于OSI是一个理论上的网络通信模型，而TCP/IP则是实际运行的网络协议。
  TCP/IP五层协议和OSI的七层协议对应关系如下。
  物理层和数据链路层也可以对应TCP/IP模型的网络接口层，即底层协议
  
  TCP/IP模型.png

各层对应常用协议：
应用层：http、ftp、telnet
传输层：TCP UDP
网络层：IP、ICMP、IGMP
网络接口层：以太网帧协议、ARP

各个协议说明：
ARP：利用IP找到MAC地址，即询问目标IP对应的MAC地址。

广播请求目标MAC地址.png

PC1发送的请求广播包同时被其他主机收到，然后PC3和PC4收到之后（发现不是问自己）则丢弃。而PC2收到之后，根据请求包里面的信息（有自己的IP地址），判断是给自己的，所以不会做丢弃动作，而是返回ARP回应包。
在上面的图解里面，ARP请求包的完整信息是：我的IP地址是IP1，MAC地址是MAC1，请问谁是PC2，你的IP2对应的MAC地址是多少？
简单来说，ARP请求首先有"自我介绍"，然后才是询问。这样的话，PC2在收到请求之后，就可以将PC1的IP和MAC映射信息存储在本地的【ARP缓存表】，既然知道PC1在哪里，就可以返回ARP单播回应包。

单播回复目标MAC.png

这张图我们需要得到两个信息：①被询问者PC2先生成了ARP映射信息，然后才是询问者PC1；②PC3和PC4等其他主机，无法收到这个ARP回应包，因为是单播形式。
小结：ARP协议通过"一问一答"实现交互，但是"问"和"答"都有讲究，"问"是通过广播形式实现，"答"是通过单播形式。

以太网帧协议：根据Mac地址完成数据包传递

TCP/IP封包流程.jpeg

TCP/IP封包.png

TCP/IP拆包流程.jpeg

以太网帧格式.png

IP协议：
版本：IPV4、IPV6
TTL：time to live 设置路由包在路由节点的跳转上限，每经过一个路由节点-1，减为0丢弃该数据包
源IP：32位 4字节 给用户看的----192.168.0.1 点分十进制IP地址（string） -- 网络中传输 二进制
目标IP：32位 4字节
IP在网络中唯一确定一台主机
端口号在网络中一个主机中唯一确定一个进程

UDP协议：
16位源端口号： 16位 2^16 = 65536 最大65535
16位目的端口号：16位 2^16 = 65536 最大65535

TCP协议：
16位源端口号： 16位 2^16 = 65536 最大65535
16位目的端口号：16位 2^16 = 65536 最大65535
32位序号：用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据字节。
32位确认序号：包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加 1（不是单纯的序号加1，还包括数据字节数）。
6个标记位：SYN建立连接、ACK确认序号有效、FIN发端完成发送任务
16位窗口大小：win用于流量控制，防止数据丢失。server告诉client我能接受的最大数据，当client发送的数据超过win的值，就会等待，服务端处理后释放空间后告诉client后client可以继续向server发送数据。

网络传输流程

数据经过从上往下一层层的封装，然后传递到云端，然后由云端传递给接收端，在接收端再从下往上一层层的解封数据。

TCP 三次握手和四次挥手

三次握手：

1. client发送建立连接数据包，里面只有SYN标记值，SYN后面跟发送端的发送字节流的第一个字节号以及括号中的传输字节大小和mss传输的最大数据
2. server发送确认包，包含确认标记ACK后面数字表示确认之前的数据包都收到和建立连接标记SYN以及最大传输数据
3. client发送ACK确认收到服务器的数据包，server收到之后3次握手结束
   在应用层代码提现在serverSocket.accept()表示三次握手的建立过程

四次挥手：

1. client 发送数据包 包含结束标记 FIN和确认标记ACK
2. server 收到FIN 断掉跟client的写操作即不给server传数据，然后server发送ACK数据包给client
3. server数据发送完，发送包含FIN标记和ACK标记的数据包给client

4. client 收到server发送的FIN标记，然后发送ACK标记数据包给server，server收到后挥手结束

   
   
   一发一答通讯.png
   
   
   多发多答通讯.png
   
   

   TCP发送数据可以发送一次，应答一次，也可以发送多次应答一次。

网络套接字 socket

在通信过程中，socket都是成对出现的。
一个文件描述符对一个一个socket，socket内部是内核两个缓冲区一个读一个写实现的。