經(jīng)典五層模型

一. 物理層

• 兩臺(tái)計(jì)算機(jī)想要通信，按照實(shí)際也能想到需要連接介質(zhì)：光纖，電纜，雙絞線等。
• 這就是物理層，在計(jì)算機(jī)之間通過(guò)高低電頻來(lái)傳送0,1這樣的電信號(hào)。

二. 數(shù)據(jù)鏈路層

• 亂七八糟傳0,1電信號(hào)肯定不行啊，鬼知道你什么意思啊。
• 這時(shí)候就需要規(guī)則了，數(shù)據(jù)鏈路層就是按照規(guī)則來(lái)組合0,1電信號(hào)。

1. 以太網(wǎng)協(xié)議
以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)定，一組電信號(hào)構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)包，我們把這個(gè)數(shù)據(jù)包稱之為幀。每一個(gè)楨由標(biāo)頭(Head)和數(shù)據(jù)(Data)兩部分組成。

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幀的大小一般為 64 – 1518 個(gè)字節(jié)。假如需要傳送的數(shù)據(jù)很大的話，就分成多個(gè)楨來(lái)進(jìn)行傳送。

對(duì)于表頭和數(shù)據(jù)這兩個(gè)部分，他們存放的都是一些什么數(shù)據(jù)呢？ 毫無(wú)疑問，我們至少得知道這個(gè)楨是誰(shuí)發(fā)送，發(fā)送給誰(shuí)的等這些信息吧？所以標(biāo)頭部分主要是一些說(shuō)明數(shù)據(jù)，例如發(fā)送者，接收者等信息。而數(shù)據(jù)部分則是這個(gè)數(shù)據(jù)包具體的，想給接收者的內(nèi)容。

一個(gè)楨的長(zhǎng)度是 64~1518 個(gè)字節(jié)，也就是說(shuō)楨的長(zhǎng)度不是固定的，但是標(biāo)頭部分的字節(jié)長(zhǎng)度是固定的，每個(gè)楨都是單獨(dú)發(fā)的，并且固定為18個(gè)字節(jié)。

把一臺(tái)計(jì)算的的數(shù)據(jù)通過(guò)物理層和鏈路層發(fā)送給另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，究竟是誰(shuí)發(fā)給誰(shuí)的，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間如何區(qū)分，，你總得給他們一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)吧？

于是，MAC 地址出現(xiàn)了。

2. MAC 地址

連入網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)計(jì)算機(jī)都會(huì)有網(wǎng)卡接口，每一個(gè)網(wǎng)卡都會(huì)有一個(gè)唯一的地址，這個(gè)地址就叫做 MAC 地址。計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，就是通過(guò) MAC 地址來(lái)唯一尋找、傳送的。

MAC地址 由 48 位二進(jìn)制數(shù)所構(gòu)成，在網(wǎng)卡生產(chǎn)時(shí)就被唯一標(biāo)識(shí)了。

3. 廣播與ARP協(xié)議

(1). 廣播

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如圖，假如計(jì)算機(jī) A 知道了計(jì)算機(jī) B 的 MAC 地址，然后計(jì)算機(jī) A 想要給計(jì)算機(jī) B 傳送數(shù)據(jù)，雖然計(jì)算機(jī) A 知道了計(jì)算機(jī) B 的 MAC 地址，可是它要怎么給它傳送數(shù)據(jù)呢？計(jì)算機(jī) A 不僅連著計(jì)算機(jī) B，而且計(jì)算機(jī) A 也還連著其他的計(jì)算機(jī)。 雖然計(jì)算機(jī) A 知道計(jì)算機(jī) B 的 MAC 地址，可是計(jì)算機(jī) A 卻不知道計(jì)算機(jī) B 是分布在哪邊路線上，為了解決這個(gè)問題，于是，有了廣播的出現(xiàn)。

在同一個(gè)子網(wǎng)中，計(jì)算機(jī) A 要向計(jì)算機(jī) B 發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，這個(gè)數(shù)據(jù)包會(huì)包含接收者的 MAC 地址。當(dāng)發(fā)送時(shí)，計(jì)算機(jī) A 是通過(guò)廣播的方式發(fā)送的，這時(shí)同一個(gè)子網(wǎng)中的計(jì)算機(jī) C, D 也會(huì)收到這個(gè)數(shù)據(jù)包的，然后收到這個(gè)數(shù)據(jù)包的計(jì)算機(jī)，會(huì)把數(shù)據(jù)包的 MAC 地址取出來(lái)，與自身的 MAC 地址對(duì)比，如果兩者相同，則接受這個(gè)數(shù)據(jù)包，否則就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)包。

(2). ARP 協(xié)議。

那么問題來(lái)了，計(jì)算機(jī) A 是如何知道計(jì)算機(jī) B 的 MAC 地址的呢？這個(gè)時(shí)候就得由 ARP 協(xié)議這個(gè)家伙來(lái)解決了，不過(guò) ARP 協(xié)議會(huì)涉及到IP地址，我們下面才會(huì)扯到IP地址。因此我們先放著，就當(dāng)作是有這么一個(gè) ARP 協(xié)議，通過(guò)它我們可以知道子網(wǎng)中其他計(jì)算機(jī)的 MAC 地址。

三. 網(wǎng)絡(luò)層

上面我們有說(shuō)到子網(wǎng)這個(gè)關(guān)鍵詞，實(shí)際上我們所處的網(wǎng)絡(luò)，是由無(wú)數(shù)個(gè)子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。廣播的時(shí)候，也只有同一個(gè)子網(wǎng)里面的計(jì)算機(jī)能夠收到。

假如沒有子網(wǎng)這種劃分的話，計(jì)算機(jī) A 通過(guò)廣播的方式發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包給計(jì)算機(jī) B , 其他所有計(jì)算機(jī)也都能收到這個(gè)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行對(duì)比再舍棄。世界上有那么多臺(tái)計(jì)算機(jī)，每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都能收到其他所有計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)包，那就不得了了。那還不得奔潰。 因此產(chǎn)生了子網(wǎng)這么一個(gè)東西。

那么問題來(lái)了，我們?nèi)绾螀^(qū)分哪些 MAC 地址是屬于同一個(gè)子網(wǎng)的呢？假如是同一個(gè)子網(wǎng)，那我們就用廣播的形式把數(shù)據(jù)傳送給對(duì)方，如果不是同一個(gè)子網(wǎng)的，我們就會(huì)把數(shù)據(jù)發(fā)給網(wǎng)關(guān)，讓網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

為了解決這個(gè)問題，于是，有了 IP 協(xié)議。

1. IP協(xié)議

IP協(xié)議，它所定義的地址，我們稱之為IP地址。IP協(xié)議有兩種版本，一種是 IPv4,另一種是 IPv6。不過(guò)我們目前大多數(shù)用的還是 IPv4，我們現(xiàn)在也只討論 IPv4 這個(gè)版本的協(xié)議。

這個(gè) IP 地址由 32 位的二進(jìn)制數(shù)組成，我們一般把它分成4段的十進(jìn)制表示，地址范圍為0.0.0.0~255.255.255.255。

每一臺(tái)想要聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)都會(huì)有一個(gè)IP地址。這個(gè)IP地址被分為兩部分，前面一部分代表網(wǎng)絡(luò)部分，后面一部分代表主機(jī)部分。并且網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分所占用的二進(jìn)制位數(shù)是不固定的。

假如兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)部分是一模一樣的，我們就說(shuō)這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是處于同一個(gè)子網(wǎng)中。例如 192.168.43.1 和 192.168.43.2, 假如這兩個(gè) IP 地址的網(wǎng)絡(luò)部分為 24 位，主機(jī)部分為 8 位。那么他們的網(wǎng)絡(luò)部分都為 192.168.43，所以他們處于同一個(gè)子網(wǎng)中。

可是問題來(lái)了，你怎么知道網(wǎng)絡(luò)部分是占幾位，主機(jī)部分又是占幾位呢？也就是說(shuō)，單單從兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址，我們是無(wú)法判斷他們的是否處于同一個(gè)子網(wǎng)中的。

這就引申出了另一個(gè)關(guān)鍵詞————子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼和IP地址一樣也是 32 位二進(jìn)制數(shù)，不過(guò)它的網(wǎng)絡(luò)部分規(guī)定全部為 1，主機(jī)部分規(guī)定全部為 0.也就是說(shuō)，假如上面那兩個(gè)IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分為 24 位，主機(jī)部分為 8 位的話，那他們的子網(wǎng)掩碼都為 11111111.11111111.11111111.00000000，即255.255.255.0。

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那有了子網(wǎng)掩碼，如何來(lái)判端IP地址是否處于同一個(gè)子網(wǎng)中呢。顯然，知道了子網(wǎng)掩碼，相當(dāng)于我們知道了網(wǎng)絡(luò)部分是幾位，主機(jī)部分是幾位。我們只需要把 IP 地址與它的子網(wǎng)掩碼做與(and)運(yùn)算，然后把各自的結(jié)果進(jìn)行比較就行了，如果比較的結(jié)果相同，則代表是同一個(gè)子網(wǎng)，否則不是同一個(gè)子網(wǎng)。

例如，192.168.43.1和192.168.43.2的子碼掩碼都為255.255.255.0，把IP與子碼掩碼相與，可以得到他們都為192.168.43.0，進(jìn)而他們處于同一個(gè)子網(wǎng)中。

2. ARP協(xié)議

有了上面IP協(xié)議的知識(shí)，我們回來(lái)講一下ARP協(xié)議。

有了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址與子網(wǎng)掩碼，我們就可以判斷出它們是否處于同一個(gè)子網(wǎng)之中了。

假如他們處于同一個(gè)子網(wǎng)之中，計(jì)算機(jī)A要給計(jì)算機(jī)B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)。我們可以通過(guò)ARP協(xié)議來(lái)得到計(jì)算機(jī)B的MAC地址。

ARP協(xié)議也是通過(guò)廣播的形式給同一個(gè)子網(wǎng)中的每臺(tái)電腦發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包(當(dāng)然，這個(gè)數(shù)據(jù)包會(huì)包含接收方的IP地址,這個(gè)IP地址怎么來(lái)的，往下看)。對(duì)方收到這個(gè)數(shù)據(jù)包之后，會(huì)取出IP地址與自身的對(duì)比，如果相同，則把自己的MAC地址回復(fù)給對(duì)方，否則就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)包。這樣，計(jì)算機(jī)A就能知道計(jì)算機(jī)B的MAC地址了。

可能有人會(huì)問，知道了MAC地址之后，發(fā)送數(shù)據(jù)是通過(guò)廣播的形式發(fā)送，詢問對(duì)方的MAC地址也是通過(guò)廣播的形式來(lái)發(fā)送，那其他計(jì)算機(jī)怎么知道你是要傳送數(shù)據(jù)還是要詢問MAC地址呢？其實(shí)在詢問MAC地址的數(shù)據(jù)包中，在對(duì)方的MAC地址這一欄中，填的是一個(gè)特殊的MAC地址，其他計(jì)算機(jī)看到這個(gè)特殊的MAC地址之后，就能知道廣播想干嘛了。

假如兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP不是處于同一個(gè)子網(wǎng)之中，這個(gè)時(shí)候，我們就會(huì)把數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，然后讓網(wǎng)關(guān)讓我們進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)傳送

3. DNS服務(wù)器

這里再說(shuō)一個(gè)問題，我們是如何知道對(duì)方計(jì)算機(jī)的IP地址的呢？這個(gè)問題可能有人會(huì)覺得很白癡，心想，當(dāng)然是計(jì)算機(jī)的操作者來(lái)進(jìn)行輸入了。這沒錯(cuò)，當(dāng)我們想要訪問某個(gè)網(wǎng)站的時(shí)候，我們可以輸入IP來(lái)進(jìn)行訪問，但是我相信絕大多數(shù)人是輸入一個(gè)網(wǎng)址域名的，例如訪問百度是輸入 http://www.baidu.com 這個(gè)域名。其實(shí)當(dāng)我們輸入這個(gè)域名時(shí)，會(huì)有一個(gè)叫做DNS服務(wù)器的家伙來(lái)幫我們解析這個(gè)域名，然后返回這個(gè)域名對(duì)應(yīng)的IP給我們的。

因此，網(wǎng)絡(luò)層的功能就是讓我們?cè)诿ＣＨ撕Ｖ?，能夠找到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)在哪里，是否屬于同一個(gè)子網(wǎng)等。

四. 傳輸層

通過(guò)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層的互相幫助，我們已經(jīng)把數(shù)據(jù)成功從計(jì)算機(jī)A傳送到計(jì)算機(jī)B了，可是，計(jì)算機(jī)B里面有各種各樣的應(yīng)用程序，計(jì)算機(jī)該如何知道這些數(shù)據(jù)是給誰(shuí)的呢？

這個(gè)時(shí)候，端口(Port)這個(gè)家伙就上場(chǎng)了，也就是說(shuō)，我們?cè)趶挠?jì)算機(jī)A傳數(shù)據(jù)給計(jì)算表B的時(shí)候，還得指定一個(gè)端口，以供特定的應(yīng)用程序來(lái)接受處理。

也就是說(shuō)，傳輸層的功能就是建立端口到端口的通信。相比網(wǎng)絡(luò)層的功能是建立主機(jī)到主機(jī)的通信。

也就是說(shuō)，只有有了IP和端口，我們才能進(jìn)行準(zhǔn)確著通信。這個(gè)時(shí)候可能有人會(huì)說(shuō)，我輸入IP地址的時(shí)候并沒有指定一個(gè)端口啊。其實(shí)呢，對(duì)于有些傳輸協(xié)議，已經(jīng)有設(shè)定了一些默認(rèn)端口了。例如http的傳輸默認(rèn)端口是80，這些端口信息也會(huì)包含在數(shù)據(jù)包里的。

傳輸層最常見的兩大協(xié)議是 TCP 協(xié)議和 UDP 協(xié)議，其中 TCP 協(xié)議與 UDP 最大的不同就是 TCP 提供可靠的傳輸，而 UDP 提供的是不可靠傳輸。

五. 應(yīng)用層

終于說(shuō)到應(yīng)用層了，應(yīng)用層這一層最接近我們用戶了。

雖然我們收到了傳輸層傳來(lái)的數(shù)據(jù)，可是這些傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)五花八門，有html格式的，有mp4格式的，各種各樣。你確定你能看的懂？

因此我們需要指定這些數(shù)據(jù)的格式規(guī)則，收到后才好解讀渲染。例如我們最常見的 Http 數(shù)據(jù)包中，就會(huì)指定該數(shù)據(jù)包是 什么格式的文件了。

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