目录
一、IP地址
二、端口号
三、认识协议
四、五元组
五、协议分层
5.1 OSI七层模型
5.2 TCP/IP五层(或四层)模型
六、封装和分用
IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备(如路由器)的网络地址。简单说,IP地址用于定位主机的网络地址。就像我们发送快递一样,需要知道对方的收货地址,快递员才能将包裹送到目的地。
格式:IP地址是一个32位的二进制数,通常被分割为4个“8位二进制数”(也就是4个字节),如:
01100100.00000100.00000101.00000110。
通常用“点分十进制”的方式来表示,即 a.b.c.d 的形式(a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数)。如:100.4.5.6。
特殊IP
127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试,通常是127.0.0.1
本机环回主要用于本机到本机的网络通信(系统内部为了性能,不会走网络的方式传输),对于开发网络通信的程序(即网络编程)而言,常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。
IP地址解决了网络通信时,定位网络主机的问题,但是还存在一个问题,传输到目的主机后,由哪个进程来接收这个数据呢?这就需要端口号来标识。
在网络通信中,IP地址用于标识主机网络地址,端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。简单说:端口号用于定位主机中的进程。类似发送快递时,不光需要指定收货地址(IP地址),还需要指定收货人(端口号)。
格式:端口号是0~65535范围的数字,在网络通信中,进程可以通过绑定一个端口号,来发送及接收网络数据
注意事项
两个不同的进程,不能绑定同一个端口号,但一个进程可以绑定多个端口号。
一个进程启动后,系统会随机分配一个端口(启动端口)程序代码中,进行网络编程时,需要绑定端口号(收发数据的端口)来发送、接收数据。进程绑定一个端口号后,fork一个子进程,可以实现多个进程绑定一个端口号,但不同的进程不能绑定同一个端口号。
有了IP地址和端口号,可以定位到网络中唯一的一个进程,但还存在一个问题,网络通信是基于二进制0/1数据来传输,如何告诉对方发送的数据是什么样的呢?
网络通信传输的数据类型可能有多种:图片,视频,文本等。同一个类型的数据,格式可能也不同,如发送一个文本字符串“你好!”:如何标识发送的数据是文本类型,及文本的编码格式呢?
基于网络数据传输,需要使用协议来规定双方的数据格式。
协议,网络协议的简称,网络协议是网络通信(即网络数据传输)经过的所有网络设备都必须共同遵从的一组约定、规则。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定,计算机之间才能相互通信交流。通常由三要素组成:
1. 语法:即数据与控制信息的结构或格式;
类似打电话时,双方要使用同样的语言:普通话
2. 语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应;
语义主要用来说明通信双方应当怎么做。用于协调与差错处理的控制信息。类似打电话时,说话的内容。一方道:你瞅啥?另一方就得有对应的响应:瞅你咋的!
3. 时序,即事件实现顺序的详细说明。
时序定义了何时进行通信,先讲什么,后讲什么,讲话的速度等。比如是采用同步传输还是异步传输。
女生和男生的通话,总是由男生主动发起通话,而总是在男生恋恋不舍的时候,由女生要求结束通话。
协议(protocol)最终体现为在网络上传输的数据包的格式
作用
计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过 "频率" 和 "强弱" 来表示 0 和 1 这样的信息。要想传递各种不同的信息,就需要约定好双方的数据格式
- 计算机生产厂商有很多;
- 计算机操作系统,也有很多;
- 计算机网络硬件设备,还是有很多;
- 如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信? 就需要有人站出来,约定一个共同的标准,大家都来遵守,这就是 网络协议;
知名协议的默认端口
系统端口号范围为 0 ~ 65535,其中:0 ~ 1023 为知名端口号,这些端口预留给服务端程序绑定广泛使用的应用层协议,如:
- 22端口:预留给SSH服务器绑定SSH协议
- 21端口:预留给FTP服务器绑定FTP协议
- 23端口:预留给Telnet服务器绑定Telnet协议
- 80端口:预留给HTTP服务器绑定HTTP协议
- 443端口:预留给HTTPS服务器绑定HTTPS协议
需要补充的是:
以上只是说明 0 ~ 1023 范围的知名端口号用于绑定知名协议,但某个服务器也可以使用其他1024 ~ 65535 范围内的端口来绑定知名协议。
餐厅的VIP包房是给会员使用,但会员也可以不坐包房,坐其他普通座位
在TCP/IP协议中,用五元组来标识一个网络通信:
1. 源IP:标识源主机
2. 源端口号:标识源主机中该次通信发送数据的进程
3. 目的IP:标识目的主机
4. 目的端口号:标识目的主机中该次通信接收数据的进程
5. 协议号:标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式
五元组在网络通信中的作用,类似于发送快递:
OSI 七层模型既复杂又不实用:所以 OSI 七层模型没有落地、实现。
实际组建网络时,只是以 OSI 七层模型设计中的部分分层,也即是以下 TCP/IP 五层(或四层)模型来实现。
TCP/IP是一组协议的代名词,它还包括许多协议,组成了TCP/IP协议簇。
TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。
物理层我们考虑的比较少。因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型
- 不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报(datagram),在链路层叫做帧(frame)。
- 应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装(Encapsulation)。
- 首部信息中包含了一些类似于首部有多长,载荷(payload)有多长,上层协议是什么等信息。
- 数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部,根据首部中的 "上层协议字段" 将数据交给对应的上层协议处理
下图为数据封装过程