2.tcp/ip网咯七层模型

Posted 2020-12-11 jkz1

互联网协议

OSI七层模型

• ip+mac可以标识全世界范围内独一无二的一台计算机的位置
• port可以标识一台计算机之上唯一的一个基于网络通信的应用软件
• ip+mac+port:可以标识全世界范围内独一无二的一个应用软件(基于网络通信)

一、物理层

# 硬件：以太网路卡 · 调制解调器，光导纤维 · 同轴电缆 · 双绞线
# 功能：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等，这一层的数据叫做比特

二、数据链路层

# 以太网协议

# ethernet规定：
1 必须要有一块网卡，这块网卡要有一个独一无二的地址（mac地址）
2 一组电信号，构成一组数据包，叫做"帧"（数据包就是由一组010101二进制数组成）
3 每一个数据帧，被分为报头"head"，数据"data"（请求头又可以叫做，请求报文）

# 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

#### 什么是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）

# 大白话：网卡的身份证号

# 广播
作用：局域网通信
计算机通信，基本靠吼

# 广播风暴是广播的一种故障

三、网络层

# 网络层由来：有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，但是如果每台计算机都直接吼，不仅影响效率，还会是一场灾难（广播风暴）。

# 于是乎，网络层站出来：兄弟们不要害怕，我来解决广播风暴的问题，通过局域网的方式，隔离开所有的计算机，从而广播只能在局域网之间通讯。

# IP：是由4段，十进制的数字组成，每一段的范围是0~255。点分十进制，每一个点中都是由8位二进制数组成
192.168.1.12
#### 组成
# 网络位：识别子网
# 主机位：识别主机
注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网
例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

# 子网掩码
所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。
##
255.255.255.0(24)
255.255.255.255(32)
255.255.0.0(16)
255.0.0.0(8)


# 子网掩码，和IP可以计算出网段

192.168.1.33
11000000.10101000.00000001.00100001
11111111.11111111.11111111.00000000
11000000.10101000.00000001.00000000
192.168.1.0



ipaddress：11000000.10101000.00000001.00001100
netmask：  11111111.11111111.11111111.00000000
计算结果：  11000000.10101000.00000001.00000000
192.168.1.0

# AND运算
按位与运算：&
与运算,二进制运算．可逆运算．1 & 1=1, 1 & 0=0, 0 & 0=0，0 & 1=0

# IP数据包
head：长度为20到60字节
data：最长为65,515字节。

# ARP协议（Address Resolution Protocol）
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，我门了解到

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

四、传输层

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。

# 补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

# 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。
以太网头	ip 头	tcp头	数据


# 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。
以太网头	ip头	udp头	数据

########## TCP协议的11种状态
# TCP三次握手
1.SYN_SENT
2.LISTEN
3.SYN_REVD
4.ESTABLISHED

# TCP四次挥手
1.FIN_WAIT_1
2.CLOSE_WAIT
3.FIN_WAIT_2
4.LAST_ACK
5.TIME_WAIT（TIME_WAIT多，证明服务器上有大并发）

关闭状态：
1.CLOSED（被动关闭端在接收到ack包后，进入CLOSED状态关闭TCP连接）
2.CLOSING（客户端和服务端同时发起断开连接）          # 很少有

五、会话层

#### 会话层主要三大功能：

1.建立会话：A、B两台网络设备之间要通信，要建立一条会话供他们使用，在建立会话的过程中也会有身份验证，权限鉴定等环节；

2.保持会话：通信会话建立后，通信双方开始传递数据，当数据传递完成后，OSI会话层不一定会立刻将两者这条通信会话断开，它会根据应用程序和应用层的设置对该会话进行维护，在会话维持期间两者可以随时使用这条会话传输局；

3.断开会话：当应用程序或应用层规定的超时时间到期后，OSI会话层才会释放这条会话。或者A、B重启、关机、手动执行断开连接的操作时，OSI会话层也会将A、B之间的会话断开。

六、表示层

###### 表示层主要三大功能：
1.内码转换
2.压缩与解压缩
3.加密与解密。

七、应用层

# 应用层由来：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

# 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。

以太网封装过程

最终可以理解为：快递 发快递 拆快递

总结TCP/IP

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。

以太网头 IP头 TCP头 数据

tcp报文

1.源端口和目的端口：各占2个字节，分别写入源端口号和目的端口号。

2.序号：占4个字节。序号使用mod运算。TCP是面向字节流的，在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号。故该字段也叫做“报文段序号”。

3.确认序号：占4个字节，是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。若确认序号=N,则表明：到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。

4.数据偏移：占4位，表示TCP报文段的首部长度。注意，“数据偏移”的单位是32位字（即以4字节长的字为计算单位）。故TCP首部的最大长度为60字节。

5.保留：占6位，保留为今后使用，目前置为0；

6.紧急URG：当URG=1，表明紧急指针字段有效。这时发送方TCP就把紧急数据插入到本报文段数据的最前面，而在紧急数据后面的数据仍是普通数据。

7.确认ACK：当ACK=1时，确认字段才有效。当ACK=0时，确认号无效。TCP规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置1。

8.推送PSH：接收方TCP收到PSH=1的报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。

9.复位RST：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立运输连接。

10.同步SYN：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，则应在响应的报文段中使SYN=1和ACK=1。故SYN置为1，就表示这是一个连接请求和连接接收报文。

11.终止FIN：用来释放连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

12.窗口：占2个字节。窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。

13.检验和：占2字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。和UDP数据报一样，在计算检验和时，也要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。伪首部的格式与UDP用户数据报的伪首部一样，但要将伪首部第四个字段中的17 改为6（协议号），把第5字段中的UDP长度改为TCP长度。

14.紧急指针：占2字节。紧急指针仅在URG=1时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。

TCP 三次握手

# 整个流程为：

1.客户端主动打开，发送连接请求报文段，将SYN标识位置为1，Sequence Number置为x（TCP规定SYN=1时不能携带数据，x为随机产生的一个值），然后进入SYN_SEND状态

2.服务器收到SYN报文段进行确认，将SYN标识位置为1，ACK置为1，Sequence Number置为y，Acknowledgment Number置为x+1，然后进入SYN_RECV状态，这个状态被称为半连接状态

3.客户端再进行一次确认，将ACK置为1（此时不用SYN），Sequence Number置为x+1，Acknowledgment Number置为y+1发向服务器，最后客户端与服务器都进入ESTABLISHED状态

握手完成后，开始TCP数据传输

TCP 四次挥手

# 当客户端没有数据再需要发送给服务端时，就需要释放客户端的连接，这整个过程为：

1.客户端发送一个报文给服务端（没有数据），其中FIN设置为1，Sequence Number置为u，客户端进入FIN_WAIT_1状态

2.服务端收到来自客户端的请求，发送一个ACK给客户端，Acknowledge置为u+1，同时发送Sequence Number为v，服务端年进入CLOSE_WAIT状态

3.服务端发送一个FIN给客户端，ACK置为1，Sequence置为w，Acknowledge置为u+1，用来关闭服务端到客户端的数据传送，服务端进入LAST_ACK状态

4.客户端收到FIN后，进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务端，Acknowledge置为w+1，Sequence Number置为u+1，最后客户端和服务端都进入CLOSED状态

TCP协议的11种状态

三次握手中：
1.SYN_SENT
2.LISTEN
3.SYN_REVD（syn洪水攻击）****半连接池
4.ESTABLISHED

四次挥手中：
1.FIN_WAIT_1
2.CLOSE_WAIT
3.FIN_WAIT_2
4.LAST_ACK
5.TIME_WAIT（TIME_WAIT多，证明服务器上有大并发）

关闭状态：
1.CLOSED（被动关闭端在接收到ack包后，进入CLOSED状态关闭TCP连接）
2.CLOSING（客户端和服务端同时发起断开连接）