五层网络模型整理

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仅供参考

五层模型（自上而下，底层->顶层）

1. 实体层（物理层）

   实体层的作用就是把电脑连接起来，可用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式

   就是传送0和1的信号

2. 链接层

   也称链路层，作用是解读0和1

   以太网协议

   早期，每家公司都有自己的电信号分组方式，但是后来，一种叫做“以太网（Ethernet）”的协议逐渐占据了主导地位。

   “以太网”协议规定：一组电信号构成一个数据包，称之为“帧”（Frame）。一帧也就是个数据包分为两个部分：首部（Head）和数据（Data）。

   首部：包含该帧的一些说明（如：发送者信息、接受者信息、其他信息……），长度固定为18字节

   数据：该帧的具体内容，长度最短46字节，最长1500字节。因此，一帧最短为64字节，最长1518字节

   • MAC地址

     上文中，以太网数据包的“首部”，包含发送者和接受者的信息，那么发送者和接受者是如何标识的呢？

     以太网协议规定：连入网络的设备，都必须有“网卡”接口，数据包必须从一块网卡传送到另一块网卡，网卡的地址，就是数据包的发送地址和接受地址。这就是MAC地址。

     每张网卡出厂时，都有一个全世界独一无二的MAC地址（长度：48个二进制位，通常用12个十六进制表示），有了独一无二的MAC地址，就能定位网卡和数据包的路径了。

   • 广播

     即使有了MAC地址，但是系统也不能准确的把帧（以太网数据包）直接发送到接收方，所以以太网协议用了一种“广播”方式：当要发送数据包时，向本网络内的所有计算机发送数据包，再由计算机自己判断自己是否是接收方（获取以太网数据包“首部”，找到接收方的MAC地址，与本身比较），是就收，不是就丢掉。

3. 网络层

   • 网络层的由来

     ? 上文中的“以太网”协议，采用了“广播”方式发送数据包是可行的。但是这样做的缺点很明显：网络内的所有计算机，人手一包，不仅效率低，而且局限在发送者所在的子网络。不同子网络的计算机是不能“广播”的。（互联网中的网络称为“子网络”，无数个“子网络”共同组成一个巨型网络）

     那么我们如何发送数据包到身处不同子网络的计算机？

     ? “路由”可以实现（向不同子网络发送数据包），本文不涉及。

     ? “网络层”诞生了，作用是引入一套新的地址，使我们能够区分计算机是否属于同一“子网络”，这套地址被称为“网络地址”，简称“网址”。

     网络层诞生后，每台计算机就有了两种地址：MAC地址（绑定在网卡），另一种是“网址”（由管理员分配）。两者之间没有任何联系。

     网络地址负责确定计算机所在的子网路，MAC地址则将数据包“广播”发送到该子网络的目标网卡，因此，逻辑上，发送数据时先确定网络地址，再处理MAC地址

   • IP协议

     ? 上文提到的“网络地址”（简称网址）是谁规定的呢？答案是“IP协议”，被它定义的地址则被称为“IP地址”。目前，被广泛采用的是IP协议第四版（IPV4），此版本规定，网络地址由32个二进制组成。（例：10101100.00010000.11111110.00000001，但习惯的，我们会把它转成十进制：172.16.254.1）

     ? 互联网上的每一台计算机，都会分配到一个IP地址。该地址分成两部分：前一部分代表网络，后一部分代表主机。（例：172.16.254.1 ，假设代表网络的是前24位，那么网络就是前三个数：172.16.254，而代表主机就是最后一个数：1）。对于处于一个子网络的计算机，IP地址的网络部分必然是相同的，即IP地址的前三个数。（如：172.16.254.1 和 172.16.254.2 是属于同一个子网络内的计算机）

     ? 但是网络部分的长度不是固定的，我们不知道它的网络部分到底是前24位，前16位，还是前28位。那么如何从IP地址判断出两台计算机是否属于同一个子网络？

     ? 这时候就要用到另一个参数“子网掩码”了，“子网掩码”就是表示所在的子网络特征的一个参数，在形式上等同于IP地址，网络部分全部为1，主机部分全部为0。（例：如果知道了子网的网络部分是前24位，那么主机就是后8位，而子网掩码就是：11111111.11111111.11111111.00000000，十进制：255.255.255.0），知道了两个计算机的子网掩码就知道了网络部分的长度，就可以对比两个IP地址是否处于同一子网络中。

     小总结：假设我们要发送数据包，此时我们有自己的和接收方的“IP地址、子网掩码、MAC地址”，IP地址和子网掩码确定自己和对方是否在同一子网络，如果在同一子网络，就通过ARP协议（后面有讲解），获取到同一个子网络的主机MAC地址。然后广播发送数据包；如果不在同一子网络，只能去两个子网络连接处的“网关”，让网关处理

   • IP数据包

     根据IP协议发送的数据包就称为IP数据包，具体地说，“IP数据包”也和“以太网数据包”一样分为两部分，首部和数据。“IP数据包“直接放到”以太网数据包“的”数据“部分（体现了互联网分层结构的好处：上层的变动完全不涉及下层的结构）

   • ARP协议

     当两台计算机处于同一子网络中时，我们可以用ARP协议，取得对方的MAC地址，ARP协议也是发出一个数据包（包含在以太网数据包之中）。

     ARP数据包：包含它要查询的主机的IP地址，在对方的MAC地址一栏则填“FF:FF:FF:FF:FF:FF”，表示这是“广播地址”，他所在子网络的每一台主机，都会受到这一数据栏，从中取出接收方IP地址，与自身IP地址进行比较，如果两者相同，则发送方和接收方都告知对方自己的MAC地址。

     简而言之，ARP协议就是用来得到一个子网络内的主机的MAC地址

4. 传输层

   • 传输层的由来

     有了IP地址和MAC地址后，我们可在互联网上的任意两台计算机建立通信。但是有时我们许多程序都要用到网络。如何判断数据包是哪个程序的数据包？所以我们还需要一个参数来判断一个数据包是属于哪个程序的。

     这个参数叫做“端口”，它其实是每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发送到主机的特定端口，所以不同的程序能提取到自己需要的数据

     端口（Port）：0_{65535之间的整数，正好16个二进制位，0}1023的端口被系统占用，用户只能选择大于1023的端口。程序只要使用到网卡上网，该程序会随机选用一个端口，然后与服务器的响应端口联系

     传输层的功能就是建立端口与端口之间的通信，只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流

   • UDP协议

     前面说到端口，现在需要把端口加入到“以太网数据包”的“数据”中。这要新的协议，格式就是在数据前面加上端口号。

     UDP数据包也是由首部，数据两部分组成。

     首部：定义了发出端口和接收端口

     数据：具体内容

     UDP数据包很简单，标头部分共8个字节，总程度不超过65535字节，正好放进一个IP数据包（所以以太网数据包变成了这样：以太网数据包>IP数据包>UDP数据包）

     

   • TCP协议

     UDP协议有个问题：可靠性差，一旦数据发出，无法知道对方是否收到，没法确认。

     为了解决此问题，TCP诞生了，这个协议非常复杂，但几乎可以认为，TCP就是有确认机制的UDP协议。每个数据包都要求确认，这样也知道要不要重复发这个数据包。TCP协议能确保数据不会遗失。

     TCP协议的缺点：复杂、实现困难、资源消耗多

     TCP数据包和UDP数据包一样，都内嵌在IP数据包的“数据部分”。TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但为了保证网络效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确定单个TCP数据包不必再被分割。

     （所以以太网数据包变成了这样：以太网数据包>IP数据包>UDP数据包，TCP数据包）

5. 应用层

参考博客：https://blog.csdn.net/csseky/article/details/106283884

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原文地址：https://www.cnblogs.com/wfg934dbk/p/13577165.html