网络通信原理

目录

• 一：C/S架构 和 B/S架构
• 二：网络通信协议--OSI七层协议
  • 2.1:互联网的本质就是一系列的网络协议
  • 2.2:OSI七层协议
  • 2.3.1:五层协议
  • 2.3.2：物理层
  • 2.3.3数据链路层
    • 1:数据链路层由来：
    • 2：数据链路层的功能：
    • 3：以太网协议：
    • mac地址：
    • 广播：
  • 2.3.4:网路层:IP协议
    • 1：IP协议
    • 2:IP地址和子网 掩码
    • 3:ARP协议
    • 4:计算机在同一局域网以及不同局域网内的通信方式
  • 2.3.5:传输层--tcp协议，udp协议
    • 1:传输层的由来：
    • 2:传输层的功能
    • 3:tcp协议
    • 5:udp协议
  • TCP三次握手详解
  • TCP四次挥手
  • 应用层
  • 总结图
  • 数据传输图

一：C/S架构 和 B/S架构

1.C/S架构--Client/Server

Client<===========>Server
客户端软件send                             服务端软件recv
操作系统                                         操作系统
计算机硬件<====物理介质=====>计算机硬件
* 操作系统:(operating system，简称os)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。
注：计算机(硬件)－>os－>应用软件 

2,B/S架构--Browser/Server

Browser<===========>Server
b/s架构也是c/s架构的一种

二：网络通信协议--OSI七层协议

2.1:互联网的本质就是一系列的网络协议

1： 英语成为世界上所有人通信的统一标准，如果把计算机看成分布于世界各地的人，
那么连接两台计算机之间的internet实际上就是 一系列统一的标准，这些标准称之为互联网协议。
2： 互联网的本质就是一系列的协议，总称为‘互联网协议’（Internet Protocol Suite). 
3： 互联网协议的功能：定义计算机如何接入internet，以及接入internet的计算机通信的标准。

2.2:OSI七层协议

应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层 —（巧记—应表会传网数物）

互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层

每层运行的常见设备

OSI七层协议数据传输的封包与解包过程

2.3.1:五层协议

1、五层协议的组成——应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

计算机1： 　　　　　　　　　　　　　　　　计算机2：
应用层 　　　　　　　　　　　　　　　　　 应用层
传输层 　　　　　　　　　　　　　　　　　 传输层
网络层 　　　　　　　　　　　　　　　　　 网络层
数据链路层 　　　　　　　　　　　　　　　 数据链路层
物理层 <===========交互机===========> 物理层
                              0101010101010
（源mac地址，目标mac地址）（源ip地址，目标ip地址）数据

2.3.2：物理层

物理层由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网

1）物理层由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网
2）物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0
3）一组物理层数据称之为：位
     单纯的电信号毫无意义，必须对其进行分组

2.3.3数据链路层

1:数据链路层由来：

单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思

2：数据链路层的功能：

定义了电信号的分组方式

3：以太网协议：

早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet：
规定1：一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’一组数据称之为一个数据帧
规定2：数据帧分成两部分=》报头head+数据data两部分
头包含：源地址与目标地址，该地址是mac地址
数据包含：包含的是网络层发过来的整体的内容
       head
                       data                             
   head包含：(固定18个字节)
发送者／源地址，6个字节
接收者／目标地址，6个字节
数据类型，6个字节
data包含：(最短46字节，最长1500字节)
数据包的具体内容
head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送
规定3：规定但凡接入互联网的主机必须有一块网卡，每块网卡在出厂时都烧制好一个全世界独一无二的地址，
              该地址称之为mac地址。

mac地址：

head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址 。
mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

广播：

计算机通信基本靠吼，即以太网协议的工作方式是广播。
 有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）
ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼。

2.3.4:网路层:IP协议

1：IP协议

要达到的目的：
划分广播域
每一个广播域但凡要接通外部，一定要有一个网关帮内部的计算机转发包到公网
网关与外界通信走的是路由协议
规定1：一组数据称之为一个数据包
规定2：数据帧分成两部分=》头+数据
头包含：源地址与目标地址，该地址是IP地址
数据包含的：传输层发过来的整体的内容

2:IP地址和子网 掩码

ipv4地址：
8bit.8bit.8bit.8bit
0.0.0.0
255.255.255.255
子网掩码：
8bit.8bit.8bit.8bit
 

255.255.255.0对应的二进制表达
11111111.11111111.11111111.00000000
一个合法的ipv4地址组成部分=ip地址/子网掩码地址
172.16.10.1/255.255.255.0
172.16.10.1/24

计算机1：
172.16.10.1： 10101100.00010000.00001010.000000001
255255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0: 10101100.00010000.00001010.000000000

计算机2：
172.16.10.2： 10101100.00010000.00001010.000000010
255.255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0: 10101100.00010000.00001010.000000000

计算机1： 　　　　　　　　　　　　　　 计算机2：
应用层 　　　　　　　　　　　　　　　　 应用层
传输层 　　　　　　　　　　　　　　　　 传输层
网络层 　　　　　　　　　　　　　　　　 网络层
数据链路层 　　　　　　　　　　　　　　 数据链路层
物理层 <=========二层交互机========> 物理层
　0101010101010
（源mac地址，xxxx）（源ip地址，目标ip地址）数据
（源mac地址，网关的mac地址）（172.16.10.10/24，101.100.200.11/10）数据
 
*事先知道的是对方的ip地址
但是计算机的底层通信是基于ethernet以太网协议的mac地址通信

3:ARP协议

ARP协议】：
所以必须能够将ip地址解析成mac地址
* arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即广播的方式，所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在谈及以太网协议时候，我们了解到，通信是基于mac的广播方式实现，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议。
* arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址

4:计算机在同一局域网以及不同局域网内的通信方式

# 两台计算机在同一个局域网内
计算机1：172.16.10.10/24    ——   直接  ——   计算机2：172.16.10.11/24
ARP：
自己的ip，对方的ip
1、计算二者网络地址，如果一样，拿到计算机2的mac地址就可以了
2、发送广播包
发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

# 两台计算机不在同一个局域网内
计算机1：172.16.10.10/24  ——  网关 ——   计算机2：101.100.200.11/10
ARP：
自己的ip，对方的ip
1、计算机二者网络地址，如果不一样，应该拿到网关的mac地址
2、发送广播包
发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.1/24 数据

2.3.5:传输层--tcp协议，udp协议

1:传输层的由来：

网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序，那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

2:传输层的功能

建立端口到端口的通信
补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

3:tcp协议

可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，
通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。
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以太网头   |  ip头  |     udp头 |     数据         |
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5:udp协议

不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

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以太网头   |  ip头  |     tcp头 |     数据         |
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TCP三次握手详解

建立连接协议(三次握手)

1:第一次握手：客户端发送SYN包（seq=x)的数据到到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。
2：第二次握手：服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN(ACK=x+1),同时自己也发送一个SYN包(SYN=y),即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RCVD状态。
3：第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务端发送确认包ACK(ack=y+1),此包发送完毕，客户端，和服务端进入ESTABELISHED状态，完成三次握手。

抓包图

注意

握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手过后，客户端和服务端才正式开始传送数据。理想状态下，TCP链接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，tcp链接都将被一直保持下去

TCP四次挥手

断开协议

目前就无法扩充

应用层

1:应用层的由来:

用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，
数据多种多样，必须规定好数据的组织形式 

2:应用层功能

应用层功能：规定应用程序的数据格式。
例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。

总结图

数据传输图