兩類非常重要的體系結(jié)構(gòu):OSI和 TCP/IP

OSI模型

• OSI 模型(Open System Interconnection model)是一個(gè)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的概念模型，試圖提供一個(gè)使各種不同的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)框架。
• 它將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)劃分為七層，每層都可以提供抽象良好的接口。了解 OSI 模型有助于理解實(shí)際上互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—— TCP / IP 協(xié)議（族）。
• OSI 模型各層間關(guān)系和通訊時(shí)的數(shù)據(jù)流向如圖所示：
  
  
• 在實(shí)際的開發(fā)應(yīng)用中一般時(shí)在此模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行裁剪、整合！
• 分層結(jié)構(gòu)的好處: 上層的變動(dòng)完全不影響下層的結(jié)構(gòu)。
• 網(wǎng)絡(luò)采用分而治之的方法設(shè)計(jì)，將網(wǎng)絡(luò)的功能劃分為不同的模塊，以分層的形式有機(jī)組合在一起
• 每層實(shí)現(xiàn)不同的功能，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方法對(duì)外部其他層次來(lái)說(shuō)是透明的。每層向上層提供服務(wù)，同時(shí)使用下層提供的服務(wù)。

七層模型介紹

（1）應(yīng)用層

規(guī)定數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議

常見的應(yīng)用層協(xié)議：

（2）表示層

應(yīng)用層數(shù)據(jù)編碼和轉(zhuǎn)化,以確保以一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)送的信息 可以被另一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層識(shí)別;

eg: 解決不同系統(tǒng)之間的通信,比如Linux下的QQ和Windows下的QQ可以通信；

（3）會(huì)話層

建立一個(gè)連接（自動(dòng)的手機(jī)信息、自動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)尋址）

（4）傳輸層

每一個(gè)應(yīng)用程序都會(huì)在網(wǎng)卡注冊(cè)一個(gè)端口號(hào)，該層就是端口與端口的通信！常用的（TCP／IP）協(xié)議；

（5）網(wǎng)絡(luò)層

此處需要確定計(jì)算機(jī)的位置，怎么確定？IPv4，IPv6！

（6）網(wǎng)絡(luò)鏈路層

規(guī)定了0和1的分包形式，確定了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式；

（7）物理層

物理層負(fù)責(zé)最后將信息編碼成電流脈沖或其它信號(hào)用于網(wǎng)上傳輸

eg：RJ45等將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成0和1；

下面的圖表顯示了常見的不同的TCP/IP和其他的協(xié)議在最初OSI模型中的位置

TCP/IP分層模型

• OSI 模型所分的七層,在實(shí)際應(yīng)用中,往往有一些層被整合,或者功能分散到其他層去。TCP/IP 沒(méi)有照搬 OSI 模型,也沒(méi)有 一個(gè)公認(rèn)的 TCP/IP 層級(jí)模型,一般劃分為三層到五層模型來(lái)??述 TCP/IP 協(xié)議。
• 下面以TCP/IP分層模型為例：TCP/IP協(xié)議被組織成四個(gè)概念層，其中有三層對(duì)應(yīng)于ISO參考模型中的相應(yīng)層，如下圖

• TCP/IP協(xié)議族并不包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，因此它不能獨(dú)立完成整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能，必須與許多其他的協(xié)議協(xié)同工作。
• TCP所服務(wù)對(duì)象需要高度可靠性且面向連接的服務(wù)，如：HTTP、FTP、SMTP（簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議）等

下面簡(jiǎn)單了解TCP/IP分層模型中四個(gè)協(xié)議層分別完成的功能

（1）第一層：網(wǎng)絡(luò)接口層（和物理層）

包括用于協(xié)作IP數(shù)據(jù)在已有網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸?shù)膮f(xié)議。
它定義像地址解析協(xié)議(Address Resolution Protocol,ARP)這樣的協(xié)議,提供供 TCP/IP 協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實(shí)際物理硬件之間的接口。

可以理解為：確定了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式。
以太網(wǎng)，令牌環(huán)網(wǎng)，F(xiàn)DDI，wifi,gps/2G/3G/4G，驅(qū)動(dòng)（屏蔽硬件差異）

mac地址：48位，全球唯一，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份標(biāo)識(shí)

• ARP協(xié)議：地址解析協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層的IP地址找到mac地址
• RARP協(xié)議：通過(guò)mac地址來(lái)找到IP地址
• PPP協(xié)議：撥號(hào)協(xié)議（GPRS/3G/4G）

（2）第二層：網(wǎng)間（絡(luò)）層

對(duì)應(yīng)于OSI七層參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。本層包含IP協(xié)議、RIP協(xié)議(Routing Information Protocol，路由信息協(xié)議)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的包裝、尋址和路由。同時(shí)還包含網(wǎng)間控制報(bào)文協(xié)議(Internet Control Message Protocol,ICMP)用來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)診斷信息；

可以理解為：該層時(shí)確定計(jì)算機(jī)的位置，端到端傳輸

（3）第三層：傳輸層

對(duì)應(yīng)于OSI七層參考模型的傳輸層，它提供兩種端到端的通信服務(wù)。其中 TCP 協(xié)議(Transmission Control Protocol)提供可靠的數(shù)據(jù)流運(yùn)輸服務(wù),UDP 協(xié)議(Use Datagram Protocol)提供不可靠的用戶數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。

通過(guò)TCP、UDP決定傳輸?shù)侥囊粋€(gè)線程或進(jìn)程

（4）第四層：應(yīng)用層

對(duì)應(yīng)于OSI七層參考模型的應(yīng)用層和表達(dá)層。因特網(wǎng)的應(yīng)用層協(xié)議常見的有：FTP(文件傳輸協(xié)議)、HTTP(超文本傳輸協(xié)議)、Telent(遠(yuǎn)程終端協(xié)議)、SSH（遠(yuǎn)程登錄）、DNS、STMP等。

TCP/IP 協(xié)議族常用協(xié)議

• IP(Internet Protocol，網(wǎng)際協(xié)議)是網(wǎng)間層的主要協(xié)議，任務(wù)是在源地址和和目的地址之間傳輸數(shù)據(jù)。IP 協(xié)議只是盡最大努力來(lái)傳輸數(shù)據(jù)包，并不保證所有的包都可以傳輸?shù)侥康牡?，IP并不維護(hù)任何關(guān)于后續(xù)數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。每個(gè)數(shù)據(jù)包的處理是相互獨(dú)立的。IP數(shù)據(jù)包可以不按發(fā)送順序接收【即不可靠，無(wú)連接】

  • IP 定義了 TCP/IP 的地址,尋址方法,以及路由規(guī)則?，F(xiàn)在廣泛使用的IP 協(xié)議有 IPv4 和 IPv6兩種:IPv4 使用 32 位二進(jìn)制整數(shù)做地址,一般使用點(diǎn)分十進(jìn)制方式表示,比如 192.168.0.1。
  • IP 地址由兩部分組成,即網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。故一個(gè)完整的 IPv4 地址往往表示 為 192.168.0.1/24 或192.168.0.1/255.255.255.0 這種形式。
  • IPv6 是為了解決 IPv4 地址耗盡和其它一些問(wèn)題而研發(fā)的最新版本的 IP。使用 128 位 整數(shù)表示地址,通常使用冒號(hào)分隔的十六進(jìn)制來(lái)表示,并且可以省略其中一串連續(xù)的 0,如:fe80::200:1ff:fe00:1。目前使用并不多！
  • IP數(shù)據(jù)包中含有發(fā)送它主機(jī)的IP地址（源地址）和接收它主機(jī)的IP地址（目的地址）

• ICMP(Internet Control Message Protocol,網(wǎng)絡(luò)控制消息協(xié)議)是 TCP/IP 的 核心協(xié)議之一,用于在 IP 網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送控制消息,提供通信過(guò)程中的各種問(wèn)題反饋。 ICMP 直接使用 IP 數(shù)據(jù)包傳輸,但 ICMP 并不被視為 IP 協(xié)議的子協(xié)議。常見的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)診斷工具比如依賴于 ICMP 協(xié)議;Ping命令屬于ICMP

• IGMP協(xié)議：Internet分組管理協(xié)議，廣播和組波

• TCP(TransmissionControlProtocol,傳輸控制協(xié)議)是一種面向連接的,可靠的, 基于字節(jié)流傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。TCP 具有端口號(hào)的概念，用來(lái)標(biāo)識(shí)同一個(gè)地址上的不同應(yīng)用，提供不同主機(jī)上的進(jìn)程間通信。 TCP 的標(biāo)準(zhǔn)文檔是 RFC793。

  • TCP數(shù)據(jù)包中包含序號(hào)和確認(rèn)序號(hào)
  • 對(duì)包進(jìn)行排序并檢錯(cuò)，而損壞的包可以被重傳
  • 建立鏈接->使用鏈接->釋放鏈接（虛電路）
  • TCP所服務(wù)對(duì)象需要高度可靠性且面向連接的服務(wù)，如：HTTP、FTP、SMTP（簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議）等

• UDP(UserDatagramProtocol,用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)是一個(gè)面向數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸層協(xié)議。UDP 的傳輸是不可靠的，發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立鏈接，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是發(fā)了不管，發(fā)送者不會(huì)知道目標(biāo)地址的數(shù)據(jù)通路是否發(fā)生擁塞，也不知道數(shù)據(jù)是否到達(dá)，是否完整以及是否還是原來(lái)的次序，沒(méi)有錯(cuò)誤檢測(cè)和重傳機(jī)制。它同 TCP 一樣有用來(lái)標(biāo)識(shí)本地應(yīng)用的端口號(hào)。所以應(yīng)用 UDP 的應(yīng)用,都能 夠容忍一定數(shù)量的錯(cuò)誤和丟包,但是對(duì)傳輸性能敏感的,比如流媒體、DNS服務(wù)器進(jìn)行IP地址查詢，廣播/組播，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，QQ等即時(shí)通訊軟件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)文本通訊以及音視頻 等。

  • 服務(wù)對(duì)象主要用于“查詢—應(yīng)答”的服務(wù)，如：NFS、NTP、DNS等
  • 提供不同主機(jī)上的進(jìn)程間通信

• DHCP(DynamicHostConfigrationProtocol,動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議)是用于局域 網(wǎng)自動(dòng)分配 IP 地址和主機(jī)配置的協(xié)議?？梢允咕钟蚓W(wǎng)的部署更加簡(jiǎn)單。

• DNS(DomainNameSystem,域名系統(tǒng))是互聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)服務(wù),可以簡(jiǎn)單的將用“.” 分隔的一般會(huì)有意義的域名轉(zhuǎn)換成不易記憶的 IP 地址。一般使用 UDP 協(xié)議傳輸, 也可以使用 TCP,默認(rèn)服務(wù)端口號(hào) 53。

• FTP(FileTransferProtocol,文件傳輸協(xié)議)是用來(lái)進(jìn)行文件傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議。FTP 基于 TCP使用端口號(hào) 20 來(lái)傳輸數(shù)據(jù),21 來(lái)傳輸控制信息。

• SSH(SecureShell,安全Shell),因?yàn)閭鹘y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序比如TELNET本質(zhì)上都極不安全,明文傳輸數(shù)據(jù)和用戶信息包括密碼,SSH 被開發(fā)出來(lái)避免這些問(wèn)題, 它其實(shí)是一個(gè)協(xié)議框架,有大量的擴(kuò)展冗余能力,并且提供了加密壓縮的通道可以 為其他協(xié)議使用。

• HTTP(HyperTextTransferProtocol,超文本傳輸協(xié)議)是現(xiàn)在廣為流行的WEB 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),HTTPS 是 HTTP 的加密安全版本。協(xié)議通過(guò) TCP 傳輸，HTTP 默認(rèn) 使用端口 80,HTTPS 使用 443。

• RTP/RSTP：嵌入式相關(guān)，用于傳輸音視頻的協(xié)議（安防監(jiān)控）

參考博文：簡(jiǎn)單了解OSI網(wǎng)絡(luò)模型和深入淺出－網(wǎng)絡(luò)七層模型

網(wǎng)絡(luò)的封包與拆包

• TCP、UDP頭主要是端口號(hào)
• 以太網(wǎng)頭主要是MAC地址，由圖可知：IP地址是網(wǎng)絡(luò)層的提出的標(biāo)識(shí)概念，實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程仍然走的是MAC地址

鏈路層封包格式

目的地址：目的mac地址
源地址：源mac地址
類型：確定以太網(wǎng)頭后面跟的是哪個(gè)協(xié)議

• 0x0800 ip協(xié)議
• 0x0806 arp協(xié)議
• 0x0835 rarp協(xié)議

注意

• 1、IEEE802.2/802.3封裝常用在無(wú)線
• 2、以太網(wǎng)封裝常用在有線局域網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的封包格式

• IP數(shù)據(jù)包包含后面?zhèn)鬏攲拥膮f(xié)議

TCP協(xié)議可以通過(guò)使用socket網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)現(xiàn)：Linux 網(wǎng)絡(luò)編程——socket 網(wǎng)絡(luò)編程
理解TCP、HTTP、SOCKET之間的關(guān)系：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——SOCKET、TCP、HTTP之間的區(qū)別與聯(lián)系