五層網絡模型整理

僅供參考

五層模型（自上而下，底層->頂層）

1. 實體層（物理層）

   實體層的作用就是把電腦連接起來，可用光纜、電纜、雙絞線、無線電波等方式

   就是傳送0和1的信號

2. 鏈接層

   也稱鏈路層，作用是解讀0和1

   以太網協議

   早期，每家公司都有自己的電信號分組方式，但是后來，一種叫做“以太網（Ethernet）”的協議逐漸占據了主導地位。

   “以太網”協議規定：一組電信號構成一個數據包，稱之為“幀”（Frame）。一幀也就是個數據包分為兩個部分：首部（Head）和數據（Data）。

   首部：包含該幀的一些說明（如：發送者信息、接受者信息、其他信息……），長度固定為18字節

   數據：該幀的具體內容，長度最短46字節，最長1500字節。因此，一幀最短為64字節，最長1518字節

   • MAC地址

     上文中，以太網數據包的“首部”，包含發送者和接受者的信息，那么發送者和接受者是如何標識的呢？

     以太網協議規定：連入網絡的設備，都必須有“網卡”接口，數據包必須從一塊網卡傳送到另一塊網卡，網卡的地址，就是數據包的發送地址和接受地址。這就是MAC地址。

     每張網卡出廠時，都有一個全世界獨一無二的MAC地址（長度：48個二進制位，通常用12個十六進制表示），有了獨一無二的MAC地址，就能定位網卡和數據包的路徑了。

   • 廣播

     即使有了MAC地址，但是系統也不能准確的把幀（以太網數據包）直接發送到接收方，所以以太網協議用了一種“廣播”方式：當要發送數據包時，向本網絡內的所有計算機發送數據包，再由計算機自己判斷自己是否是接收方（獲取以太網數據包“首部”，找到接收方的MAC地址，與本身比較），是就收，不是就丟掉。

3. 網絡層

   • 網絡層的由來

     ​ 上文中的“以太網”協議，采用了“廣播”方式發送數據包是可行的。但是這樣做的缺點很明顯：網絡內的所有計算機，人手一包，不僅效率低，而且局限在發送者所在的子網絡。不同子網絡的計算機是不能“廣播”的。（互聯網中的網絡稱為“子網絡”，無數個“子網絡”共同組成一個巨型網絡）

     那么我們如何發送數據包到身處不同子網絡的計算機？

     ​ “路由”可以實現（向不同子網絡發送數據包），本文不涉及。

     ​ “網絡層”誕生了，作用是引入一套新的地址，使我們能夠區分計算機是否屬於同一“子網絡”，這套地址被稱為“網絡地址”，簡稱“網址”。

     網絡層誕生后，每台計算機就有了兩種地址：MAC地址（綁定在網卡），另一種是“網址”（由管理員分配）。兩者之間沒有任何聯系。

     網絡地址負責確定計算機所在的子網路，MAC地址則將數據包“廣播”發送到該子網絡的目標網卡，因此，邏輯上，發送數據時先確定網絡地址，再處理MAC地址

   • IP協議

     ​ 上文提到的“網絡地址”（簡稱網址）是誰規定的呢？答案是“IP協議”，被它定義的地址則被稱為“IP地址”。目前，被廣泛采用的是IP協議第四版（IPV4），此版本規定，網絡地址由32個二進制組成。（例：10101100.00010000.11111110.00000001，但習慣的，我們會把它轉成十進制：172.16.254.1）

     ​ 互聯網上的每一台計算機，都會分配到一個IP地址。該地址分成兩部分：前一部分代表網絡，后一部分代表主機。（例：172.16.254.1 ，假設代表網絡的是前24位，那么網絡就是前三個數：172.16.254，而代表主機就是最后一個數：1）。對於處於一個子網絡的計算機，IP地址的網絡部分必然是相同的，即IP地址的前三個數。（如：172.16.254.1 和 172.16.254.2 是屬於同一個子網絡內的計算機）

     ​ 但是網絡部分的長度不是固定的，我們不知道它的網絡部分到底是前24位，前16位，還是前28位。那么如何從IP地址判斷出兩台計算機是否屬於同一個子網絡？

     ​ 這時候就要用到另一個參數“子網掩碼”了，“子網掩碼”就是表示所在的子網絡特征的一個參數，在形式上等同於IP地址，網絡部分全部為1，主機部分全部為0。（例：如果知道了子網的網絡部分是前24位，那么主機就是后8位，而子網掩碼就是：11111111.11111111.11111111.00000000，十進制：255.255.255.0），知道了兩個計算機的子網掩碼就知道了網絡部分的長度，就可以對比兩個IP地址是否處於同一子網絡中。

     小總結：假設我們要發送數據包，此時我們有自己的和接收方的“IP地址、子網掩碼、MAC地址”，IP地址和子網掩碼確定自己和對方是否在同一子網絡，如果在同一子網絡，就通過ARP協議（后面有講解），獲取到同一個子網絡的主機MAC地址。然后廣播發送數據包；如果不在同一子網絡，只能去兩個子網絡連接處的“網關”，讓網關處理

   • IP數據包

     根據IP協議發送的數據包就稱為IP數據包，具體地說，“IP數據包”也和“以太網數據包”一樣分為兩部分，首部和數據。“IP數據包“直接放到”以太網數據包“的”數據“部分（體現了互聯網分層結構的好處：上層的變動完全不涉及下層的結構）

   • ARP協議

     當兩台計算機處於同一子網絡中時，我們可以用ARP協議，取得對方的MAC地址，ARP協議也是發出一個數據包（包含在以太網數據包之中）。

     ARP數據包：包含它要查詢的主機的IP地址，在對方的MAC地址一欄則填“FF:FF:FF:FF:FF:FF”，表示這是“廣播地址”，他所在子網絡的每一台主機，都會受到這一數據欄，從中取出接收方IP地址，與自身IP地址進行比較，如果兩者相同，則發送方和接收方都告知對方自己的MAC地址。

     簡而言之，ARP協議就是用來得到一個子網絡內的主機的MAC地址

4. 傳輸層

   • 傳輸層的由來

     有了IP地址和MAC地址后，我們可在互聯網上的任意兩台計算機建立通信。但是有時我們許多程序都要用到網絡。如何判斷數據包是哪個程序的數據包？所以我們還需要一個參數來判斷一個數據包是屬於哪個程序的。

     這個參數叫做“端口”，它其實是每一個使用網卡的程序的編號。每個數據包都發送到主機的特定端口，所以不同的程序能提取到自己需要的數據

     端口（Port）：0_{65535之間的整數，正好16個二進制位，0}1023的端口被系統占用，用戶只能選擇大於1023的端口。程序只要使用到網卡上網，該程序會隨機選用一個端口，然后與服務器的響應端口聯系

     傳輸層的功能就是建立端口與端口之間的通信，只要確定主機和端口，我們就能實現程序之間的交流

   • UDP協議

     前面說到端口，現在需要把端口加入到“以太網數據包”的“數據”中。這要新的協議，格式就是在數據前面加上端口號。

     UDP數據包也是由首部，數據兩部分組成。

     首部：定義了發出端口和接收端口

     數據：具體內容

     UDP數據包很簡單，標頭部分共8個字節，總程度不超過65535字節，正好放進一個IP數據包（所以以太網數據包變成了這樣：以太網數據包>IP數據包>UDP數據包）

     

   • TCP協議

     UDP協議有個問題：可靠性差，一旦數據發出，無法知道對方是否收到，沒法確認。

     為了解決此問題，TCP誕生了，這個協議非常復雜，但幾乎可以認為，TCP就是有確認機制的UDP協議。每個數據包都要求確認，這樣也知道要不要重復發這個數據包。TCP協議能確保數據不會遺失。

     TCP協議的缺點：復雜、實現困難、資源消耗多

     TCP數據包和UDP數據包一樣，都內嵌在IP數據包的“數據部分”。TCP數據包沒有長度限制，理論上可以無限長，但為了保證網絡效率，通常TCP數據包的長度不會超過IP數據包的長度，以確定單個TCP數據包不必再被分割。

     （所以以太網數據包變成了這樣：以太網數據包>IP數據包>UDP數據包，TCP數據包）

5. 應用層

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