计算机网络---剖析七层协议

Posted 2020-12-20 carryup

一.ISO七层协议

应用层	应用层
表示层
会话层
传输层	传输层
网络层	网络层
数据链路层	物理层
物理层

物理层:为数据端设备提供原始比特流的传输的通路

　　　　　　网络通信的数据传输介质,由电缆与设备共同构成(网线,中继器)

数据链路层(MAC): 在通信实体间建立数据链路连接

　　　　　　将数据分帧,并处理流控制,物理地址寻址,重发(网卡,网桥,二层交换机)

网络层(IP):为数据在结点之间传输创建逻辑链路,并分组转发数据

　　　　　　对子网间的数据包进行路由选择.(路由器,IP,多层交换机,防火墙)

传输层:提供应用进程间的逻辑通信

　　　　　　建立连接,处理数据包错误,数据包次序(TCP,UDP,进程,端口)

会话层:建立端连接并提供访问验证和会话管理

　　　　　　使用校验点可使会话在通信失效时从校验点恢复通信(服务器验证用户登录,断点续传)

表示层:提供数据格式转换服务

　　　　　　加密与解密,图片编码与解码,数据的压缩和解压缩(URL加密,口令加密)

应用层:访问网络服务的接口

　　　　　　为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口(HTTP DNS)

二.数据包在网络中是怎么传输的

当浏览器输入网址之后,到网址显示,其中发生了什么?

1.HTTP

浏览器解析URL，生成HTTP消息。

 

 

 2.通过DNS查询ip地址（有了远程定位）

DNS服务器保存了Web服务器域名与ip的对应关系。

 

 

 

 3.委托操作系统发送HTTP消息

通过 DNS 获取到 IP 后，就可以把 HTTP 的传输工作交给操作系统中的协议栈。

应用程序（浏览器）通过调用 Socket 库，来委托协议栈工作。协议栈的上半部分有两块，分别是负责收发数据的 TCP 和 UDP 协议，它们两会接受应用层的委托执行收发数据的操作。它会第一个先找TCP帮忙

 

 

 4.加上了TCP报头

 

 

 5.委托ip模块包装成网络包

 

 

 6.再加上MAC头部(通过ARP协议获得MAC地址)

 

 

 7.来到了网卡,生成了电信号

IP 生成的网络包只是存放在内存中的一串二进制数字信息，没有办法直接发送给对方。因此，我们需要将数字信息转换为电信号，才能在网线上传输，也就是说，这才是真正的数据发送过程。负责执行这一操作的是网卡，要控制网卡还需要靠网卡驱动程序。

 

 

 8.交换机的设计是将网络包原样转发到目的地。

 

 

(图为电信号到交换机,再到路由器,最后被转换成数字信号的过程)

交换机的设计是将网络包原样转发到目的地。交换机工作在 MAC 层，也称为二层网络设备。(也就是数据链路层)

计算机的网卡本身具有 MAC 地址，并通过核对收到的包的接收方 MAC 地址判断是不是发给自己的，如果不是发给自己的则丢弃；相对地，交换机的端口不核对接收方 MAC 地址，而是直接接收所有的包并存放到缓冲区中。因此，和网卡不同，交换机的端口不具有 MAC 地址。

将包存入缓冲区后，接下来需要查询一下这个包的接收方 MAC 地址是否已经在 MAC 地址表中有记录了。

交换机的 MAC 地址表主要包含两个信息：

• 一个是设备的 MAC 地址，

• 另一个是该设备连接在交换机的哪个端口上。

交换机根据 MAC 地址表查找 MAC 地址，然后将信号发送到相应的端口。

当 MAC 地址表找不到指定的 MAC 地址会怎么样？
地址表中找不到指定的 MAC 地址。这可能是因为具有该地址的设备还没有向交换机发送过包，或者这个设备一段时间没有工作导致地址被从地址表中删除了。
这种情况下，交换机无法判断应该把包转发到哪个端口，只能将包转发到除了源端口之外的所有端口上，无论该设备连接在哪个端口上都能收到这个包。
这样做不会产生什么问题，因为以太网的设计本来就是将包发送到整个网络的，然后只有相应的接收者才接收包，而其他设备则会忽略这个包。
有人会说：“这样做会发送多余的包，会不会造成网络拥塞呢？”
其实完全不用过于担心，因为发送了包之后目标设备会作出响应，只要返回了响应包，交换机就可以将它的地址写入 MAC 地址表，下次也就不需要把包发到所有端口了。
局域网中每秒可以传输上千个包，多出一两个包并无大碍。
此外，如果接收方 MAC 地址是一个广播地址，那么交换机会将包发送到除源端口之外的所有端口。

9.来到路由器,然后MAC头部可以去掉了

当转发包时，首先路由器端口会接收发给自己的以太网包，然后路由表查询转发目标，再由相应的端口作为发送方将以太网包发送出去。

电信号到达网线接口部分，路由器中的模块会将电信号转成数字信号，然后通过包末尾的 FCS 进行错误校验。

如果没问题则检查 MAC 头部中的接收方 MAC 地址，看看是不是发给自己的包，如果是就放到接收缓冲区中，否则就丢弃这个包。

总的来说，路由器的端口都具有 MAC 地址，只接收与自身地址匹配的包，遇到不匹配的包则直接丢弃。

 

路由表的网关列判断对方的地址。

• 如果网关是一个 IP 地址，则这个IP 地址就是我们要转发到的目标地址，还未抵达终点，还需继续需要路由器转发。

• 如果网关为空，则 IP 头部中的接收方 IP 地址就是要转发到的目标地址，也是就终于找到 IP 包头里的目标地址了，说明已抵达终点。

 

 

知道对方的 IP 地址之后，接下来需要通过 ARP 协议根据 IP 地址查询 MAC 地址，并将查询的结果作为接收方 MAC 地址。