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一、網絡協議
國際標准化組織（International Standard Organization,ISO）公布了開放系統互連參考模型（OSI/RM）。OSI/RM是一種分層的體系結構，參考模型共有7層。TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)作為Internet的核心協議。它是個協議族，包含多種協議。分層的基本想法是每一層都在它的下層提供的服務基礎上提供更高級的增值服務，而最高層提供能運行分布式應用程序的服務。
1.網絡協議分層
互聯網協議按照功能不同分為osi七層或tcp/ip五層或tcp/ip四層
每層運行常見物理設備
發送請求的過程是從最頂層（應用層）出發，每一層負責封裝屬於自己的信息到請求中，最后將一整個請求發送給對方。
接收請求的過程是從最底層（網絡接口層）開始，每一層的協議負責解析屬於自己的東西，比如網際層（IP）處理ip信息，傳輸層（TCP）處理點對點的端口，應用層（HTTP）處理Request或Response的Line\Header\Body。
一、二層設備和三層設備
二層設備：物理層-數據鏈路層，屬於數據鏈路層的設備，只能識別mac地址，如網橋，二層交換機，
三層設備：物理層-數據鏈路層-網絡層，屬於網絡層的設備，能識別mac地址和ip地址，如路由器，三層交換機，ip網關
三層設備路由器的結構：
物理層：完成比特流的接受和發送
數據鏈路層：完成拆幀和封裝幀
網絡層：處理IP分組頭
- 網橋能夠在數據鏈路層實現不同數據鏈路層協議的局域網的連接，而路由器能夠實現不同網絡的互聯，
（1）例如有兩個B類網絡，192.168.0.1和173.125.1.23，屬於不同的網絡，路由器可以實現互聯，而網橋不能互聯
（2）例如有兩個B類網絡，192.168.0.1和192.168.1.1，屬於同一個的網絡的不同子網，路由器可以實現互聯，網橋也可以實現互聯 - 網橋可以划分沖突域，但是不能划分廣播域，因為網橋是二層識別，對於高層ip來說是透明的，而路由器可以划分廣播域，因為路由器不轉發廣播ip分組
ps：
沖突域：一次載波監聽的范圍，一個站點向另一個站點發出信號。除目的站點外，有多少站點能收到這個信號，這些站點就構成一個沖突域；
廣播域：是一次廣播發生的范圍，多個沖突域構成一個廣播域
二、子網、局域網、網段的關系
數據鏈路層的概念，指二層可達的網絡（也就是不需要三層設備，如路由器，也能到達的網絡），通俗得講就是小范圍的網絡
子網是網絡層的概念，和局域網沒有直接的關系，是把一個ip網絡划分為幾個小范圍的網絡，但是在平時不要求精確性的時候，局域網可以對應子網，也就是說，子網也是二層可達，子網之間需要三層設備
是物理層的定義，使用同一物理層設備（傳輸介質，中繼器，集線器等）能夠直接通訊的那一部分
1. 使用同一物理層的設備之間必然通過相同的傳輸介質直接相互連接，（如交叉雙絞線直接連接的兩台主機），是一個網段
2. 兩組其傳輸介質並非直接相連的網絡設備，如果它們的傳輸介質通過工作在物理層的擴展設備如中繼器和集線器等轉接連接，則仍然被視為同一物理層中的設備，是一個網段
3. 工作在數據鏈路層或更高層的設備如網橋、交換機、路由器等等，由它們連接起來的兩組設備仍然分別處於各自獨立的物理層，是兩個網段
總結
在不要求精確性的情況下，子網、局域網和網段可以理解為同一個意思，但是同一個局域網/同一個子網/同一個網段 和 同一個網絡不是同一個概念
2.網絡協議各層級理解
首先，用戶感知到的只是最上面一層應用層，自上而下每層都依賴於下一層，所以我們從最下一層開始切入，比較好理解
每層都運行特定的協議，越往上越靠近用戶，越往下越靠近硬件
物理層
物理層由來：上面提到，孤立的計算機之間要想一起玩，就必須接入internet，言外之意就是計算機之間必須完成組網
物理層功能：主要是基於電器特性發送高低電壓(電信號)，高電壓對應數字1，低電壓對應數字0
數據鏈路層
數據鏈路層由來：單純的電信號0和1沒有任何意義，必須規定電信號多少位一組，每組什么意思
數據鏈路層的功能：定義了電信號的分組方式
以太網協議：
早期的時候各個公司都有自己的分組方式，后來形成了統一的標准，即以太網協議ethernet
ethernet規定
- 一組電信號構成一個數據包，叫做‘幀’
- 每一數據幀分成：報頭head和數據data兩部分
| head | data |
head包含：(固定18個字節)
- 發送者／源地址，6個字節
- 接收者／目標地址，6個字節
- 數據類型，6個字節
data包含：(最短46字節，最長1500字節)
- 數據包的具體內容
head長度＋data長度＝最短64字節，最長1518字節，超過最大限制就分片發送
mac地址：
head中包含的源和目標地址由來：ethernet規定接入internet的設備都必須具備網卡，發送端和接收端的地址便是指網卡的地址，即mac地址
mac地址：每塊網卡出廠時都被燒制上一個世界唯一的mac地址，長度為48位2進制，通常由12位16進制數表示（前六位是廠商編號，后六位是流水線號）
廣播：
有了mac地址，同一網絡內的兩台主機就可以通信了（一台主機通過arp協議獲取另外一台主機的mac地址）
ethernet采用最原始的方式，廣播的方式進行通信，即計算機通信基本靠吼
網絡層
網絡層由來：有了ethernet、mac地址、廣播的發送方式，世界上的計算機就可以彼此通信了，問題是世界范圍的互聯網是由
一個個彼此隔離的小的局域網組成的，那么如果所有的通信都采用以太網的廣播方式，那么一台機器發送的包全世界都會收到，
這就不僅僅是效率低的問題了，這會是一種災難
上圖結論：必須找出一種方法來區分哪些計算機屬於同一廣播域，哪些不是，如果是就采用廣播的方式發送，如果不是，
就采用路由的方式（向不同廣播域／子網分發數據包），mac地址是無法區分的，它只跟廠商有關
網絡層功能：引入一套新的地址用來區分不同的廣播域／子網，這套地址即網絡地址
IP協議：
- 規定網絡地址的協議叫ip協議，它定義的地址稱之為ip地址，廣泛采用的v4版本即ipv4，它規定網絡地址由32位2進制表示
- 范圍0.0.0.0-255.255.255.255
- 一個ip地址通常寫成四段十進制數，例：172.16.10.1
ip地址分成兩部分
- 網絡部分：標識子網
- 主機部分：標識主機
注意：單純的ip地址段只是標識了ip地址的種類，從網絡部分或主機部分都無法辨識一個ip所處的子網
例：172.16.10.1與172.16.10.2並不能確定二者處於同一子網
子網掩碼
所謂”子網掩碼”，就是表示子網絡特征的一個參數。它在形式上等同於IP地址，也是一個32位二進制數字，它的網絡部分全部為1，主機部分全部為0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知網絡部分是前24位，主機部分是后8位，那么子網絡掩碼就是11111111.11111111.11111111.00000000，寫成十進制就是255.255.255.0。
知道”子網掩碼”，我們就能判斷，任意兩個IP地址是否處在同一個子網絡。方法是將兩個IP地址與子網掩碼分別進行AND運算（兩個數位都為1，運算結果為1，否則為0），然后比較結果是否相同，如果是的話，就表明它們在同一個子網絡中，否則就不是。
比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子網掩碼都是255.255.255.0，請問它們是否在同一個子網絡？兩者與子網掩碼分別進行AND運算，
172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001
255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
AND運算得網絡地址結果：10101100.00010000.00001010.000000000->172.16.10.0
172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010
255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
AND運算得網絡地址結果：10101100.00010000.00001010.000000000->172.16.10.0
結果都是172.16.10.0，因此它們在同一個子網絡。
總結一下，IP協議的作用主要有兩個，一個是為每一台計算機分配IP地址，另一個是確定哪些地址在同一個子網絡。
ip數據包
ip數據包也分為head和data部分，無須為ip包定義單獨的欄位，直接放入以太網包的data部分
head：長度為20到60字節
data：最長為65,515字節。
而以太網數據包的”數據”部分，最長只有1500字節。因此，如果IP數據包超過了1500字節，它就需要分割成幾個以太網數據包，分開發送了。
| 以太網頭 | ip 頭 | ip數據 |
ARP協議
arp協議由來：計算機通信基本靠吼，即廣播的方式，所有上層的包到最后都要封裝上以太網頭，然后通過以太網協議發送，在談及以太網協議時候，我門了解到
通信是基於mac的廣播方式實現，僅僅有IP地址是不夠的，因為IP數據報文必須封裝成幀才能通過物理網絡發送。計算機在發包時，獲取自身的mac是容易的，如何獲取目標主機的mac，就需要通過arp協議
arp協議功能：廣播的方式發送數據包，獲取目標主機的mac地址
協議工作方式：每台主機ip都是已知的（倆主機聯系前已知雙方的ip地址）
例如：主機172.16.10.10/24訪問172.16.10.11/24
| 源mac | 目標mac | 源ip | 目標ip | 數據部分 | |
| 發送端主機 | 發送端mac | FF:FF:FF:FF:FF:FF | 172.16.10.10/24 | 172.16.10.11/24 | 數據 |
一：首先通過ip地址和子網掩碼區分出自己所處的子網
假設主機A和B在同一個網段，主機A要向主機B發送信息。具體的地址解析過程如下
(1)主機A首先查看自己的ARP表，確定其中是否包含有主機B對應的ARP表項。如果找到了對應的MAC地址，則主機A直接利用ARP表中的MAC地址，對IP數據包進行幀封裝，並將數據包發送給主機B。
(2)如果主機A在ARP表中找不到對應的MAC地址，則將緩存該數據報文，然后以廣播方式發送一個ARP請求報文。ARP請求報文中的發送端IP地址和發送端MAC地址為主機A的IP地址和MAC地址，目標IP地址和目標MAC地址為主機B的IP地址和全0的MAC地址。由於ARP請求報文以廣播方式發送，該網段上的所有主機都可以接收到該請求，但只有被請求的主機（即主機B）會對該請求進行處理。
(3)主機B比較自己的IP地址和ARP請求報文中的目標IP地址，當兩者相同時進行如下處理：將ARP請求報文中的發送端（即主機A）的IP地址和MAC地址存入自己的ARP表中。之后以單播方式發送ARP響應報文給主機A，其中包含了自己的MAC地址。
(4)主機A收到ARP響應報文后，將主機B的MAC地址加入到自己的ARP表中以用於后續報文的轉發，同時將IP數據包進行封裝后發送出去。
當主機A和主機B不在同一網段時：
主機A就會先向網關發出ARP請求，ARP請求報文中的目標IP地址為網關的IP地址。當主機A從收到的響應報文中獲得網關的MAC地址后，將報文封裝並發給網關。如果網關沒有主機B的ARP表項，網關會廣播ARP請求，目標IP地址為主機B的IP地址，當網關從收到的響應報文中獲得主機B的MAC地址后，就可以將報文發給主機B；如果網關已經有主機B的ARP表項，網關直接把報文發給主機B。
應用層
應用層由來：用戶使用的都是應用程序，均工作於應用層，互聯網是開發的，大家都可以開發自己的應用程序，數據多種多樣，必須規定好數據的組織形式
應用層功能：規定應用程序的數據格式。
例：TCP協議可以為各種各樣的程序傳遞數據，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必須有不同協議規定電子郵件、網頁、FTP數據的格式，這些應用程序協議就構成了”應用層”。
二、網絡通信的實現
想實現網絡通信，每台主機需具備四要素
- 本機的IP地址
- 子網掩碼
- 網關的IP地址
- DNS的IP地址
獲取這四要素分兩種方式
1.靜態獲取
即手動配置
2.動態獲取
通過dhcp獲取
| 以太網頭 | ip頭 | udp頭 | dhcp數據包 |
（1）最前面的”以太網標頭”，設置發出方（本機）的MAC地址和接收方（DHCP服務器）的MAC地址。前者就是本機網卡的MAC地址，后者這時不知道，就填入一個廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
（2）后面的”IP標頭”，設置發出方的IP地址和接收方的IP地址。這時，對於這兩者，本機都不知道。於是，發出方的IP地址就設為0.0.0.0，接收方的IP地址設為255.255.255.255。
（3）最后的”UDP標頭”，設置發出方的端口和接收方的端口。這一部分是DHCP協議規定好的，發出方是68端口，接收方是67端口。
這個數據包構造完成后，就可以發出了。以太網是廣播發送，同一個子網絡的每台計算機都收到了這個包。因為接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是發給誰的，所以每台收到這個包的計算機，還必須分析這個包的IP地址，才能確定是不是發給自己的。當看到發出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，於是DHCP服務器知道”這個包是發給我的”，而其他計算機就可以丟棄這個包。
接下來，DHCP服務器讀出這個包的數據內容，分配好IP地址，發送回去一個”DHCP響應”數據包。這個響應包的結構也是類似的，以太網標頭的MAC地址是雙方的網卡地址，IP標頭的IP地址是DHCP服務器的IP地址（發出方）和255.255.255.255（接收方），UDP標頭的端口是67（發出方）和68（接收方），分配給請求端的IP地址和本網絡的具體參數則包含在Data部分。
新加入的計算機收到這個響應包，於是就知道了自己的IP地址、子網掩碼、網關地址、DNS服務器等等參數
三、網絡通信流程
1.本機獲取
- 本機的IP地址：192.168.1.100
- 子網掩碼：255.255.255.0
- 網關的IP地址：192.168.1.1
- DNS的IP地址：8.8.8.8
2.打開瀏覽器，想要訪問Google，在地址欄輸入了網址：www.google.com。
3.dns協議(基於udp協議)
13台根dns：
A.root-servers.net198.41.0.4美國
B.root-servers.net192.228.79.201美國（另支持IPv6）
C.root-servers.net192.33.4.12法國
D.root-servers.net128.8.10.90美國
E.root-servers.net192.203.230.10美國
F.root-servers.net192.5.5.241美國（另支持IPv6）
G.root-servers.net192.112.36.4美國
H.root-servers.net128.63.2.53美國（另支持IPv6）
I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
J.root-servers.net192.58.128.30美國
K.root-servers.net193.0.14.129英國（另支持IPv6）
L.root-servers.net198.32.64.12美國
M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）
域名定義：http://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html
頂級域名：以.com,.net,.org,.cn等等屬於國際頂級域名，根據目前的國際互聯網域名體系，國際頂級域名分為兩類：類別頂級域名(gTLD)和地理頂級域名(ccTLD)兩種。類別頂級域名是以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等結尾的域名，均由國外公司負責管理。地理頂級域名是以國家或地區代碼為結尾的域名，如"CN"代表中國，"UK"代表英國。地理頂級域名一般由各個國家或地區負責管理。
二級域名：二級域名是以頂級域名為基礎的地理域名，比喻中國的二級域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者*.abc.com.
一般來說，二級域名是域名的一條記錄，比如alidiedie.com是一個域名，www.alidiedie.com是其中比較常用的記錄，一般默認是用這個，但是類似*.alidiedie.com的域名全部稱作是alidiedie.com的二級
4.HTTP部分的內容，類似於下面這樣：
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: … …
我們假定這個部分的長度為4960字節，它會被嵌在TCP數據包之中。
5 TCP協議
TCP數據包需要設置端口，接收方（Google）的HTTP端口默認是80，發送方（本機）的端口是一個隨機生成的1024-65535之間的整數，假定為51775。
TCP數據包的標頭長度為20字節，加上嵌入HTTP的數據包，總長度變為4980字節。
6 IP協議
然后，TCP數據包再嵌入IP數據包。IP數據包需要設置雙方的IP地址，這是已知的，發送方是192.168.1.100（本機），接收方是172.194.72.105（Google）。
IP數據包的標頭長度為20字節，加上嵌入的TCP數據包，總長度變為5000字節。
7 以太網協議
最后，IP數據包嵌入以太網數據包。以太網數據包需要設置雙方的MAC地址，發送方為本機的網卡MAC地址，接收方為網關192.168.1.1的MAC地址（通過ARP協議得到）。
以太網數據包的數據部分，最大長度為1500字節，而現在的IP數據包長度為5000字節。因此，IP數據包必須分割成四個包。因為每個包都有自己的IP標頭（20字節），所以四個包的IP數據包的長度分別為1500、1500、1500、560。
8 服務器端響應
經過多個網關的轉發，Google的服務器172.194.72.105，收到了這四個以太網數據包。
根據IP標頭的序號，Google將四個包拼起來，取出完整的TCP數據包，然后讀出里面的”HTTP請求”，接着做出”HTTP響應”，再用TCP協議發回來。
本機收到HTTP響應以后，就可以將網頁顯示出來，完成一次網絡通信。
本文轉自https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html