目錄

• • 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
  • • 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念
    • 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成
  • 協(xié)議分層
  • • OSI七層模型
    • TCP/IP五層模型（四層模型）
  • 數(shù)據(jù)封裝與分用
  • • 封裝
    • 分用
  • 地址管理
  • • IP地址與端口
    • MAC地址
    • 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序與主機(jī)字節(jié)序

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網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念

協(xié)議，即是約定，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。

若是通信雙方的數(shù)據(jù)格式，傳輸方式，字符集不一樣，那么兩者之間很難進(jìn)行通信，因?yàn)殡p方都不認(rèn)識(shí)對方的標(biāo)準(zhǔn)，要想傳遞不同的信息，雙方就得約定好一個(gè)協(xié)議，按照這個(gè)協(xié)議的規(guī)定，雙方統(tǒng)一好數(shù)據(jù)的格式，這樣就可以完成通信。打個(gè)比方，你在網(wǎng)上與一個(gè)日本網(wǎng)友交流，你講中文，他講日語，誰都聽不懂對方的語言。但是如果雙方約定好一起講英語，這樣兩者就可以進(jìn)行正常的交流。

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網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由三部分組成，語義，語法，時(shí)序。
1. 語義
語義是解釋控制信息每個(gè)部分的意義。它規(guī)定了需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動(dòng)作與做出什么樣的響應(yīng)。
（即要做什么）
2. 語法
語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序。（即要怎么做）
3. 時(shí)序
時(shí)序是對事件發(fā)生順序的詳細(xì)說明。（即做的順序）

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協(xié)議分層

在網(wǎng)絡(luò)通信中，因?yàn)橥ㄐ攀莻€(gè)極為復(fù)雜的過程，它包含了很多步驟，各個(gè)步驟之間又存在著許多關(guān)聯(lián)。
所以為了將問題簡單化，按照服務(wù)、協(xié)議、接口等將復(fù)雜的通信劃分成層次結(jié)構(gòu)，通過封裝的方式，將底層的實(shí)現(xiàn)封裝為接口提供給上層，上層也不關(guān)心底層的實(shí)現(xiàn)，只管去用。把原來的一個(gè)大問題，劃分為一個(gè)一個(gè)的小問題，每一層分工明確，形成標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)。這樣不僅靈活性高，之間的耦合度也降低了，可維護(hù)性和實(shí)現(xiàn)的難度也得到了優(yōu)化。

常見的層次模型有兩種，一種是OSI七層模型，一種是TCP/IP五層模型（四層模型）。

這里可以學(xué)習(xí)一下這篇文章，寫的非常好
TCP/IP四層模型和OSI七層模型的概念

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OSI七層模型

• OSI（Open System Interconnection，開放系統(tǒng)互連）七層網(wǎng)絡(luò)模型稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型， 是一個(gè)邏輯上的定義和規(guī)范**
• OSI 七層模型是一種框架性的設(shè)計(jì)方法，其最主要的功能使就是幫助不同類型的主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸; 它的最大優(yōu)點(diǎn)是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個(gè)概念明確地區(qū)分開來，概念清楚，理論也比較完整. 通過七個(gè)層次化的結(jié)構(gòu)模型使不同的系統(tǒng)不同的網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)可靠的通訊

OSI七層模型自上而下分別是：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層

應(yīng)用層：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與最終用戶的一個(gè)接口
表示層：數(shù)據(jù)的表示、安全、壓縮
會(huì)話層：建立、管理、終止會(huì)話
傳輸層：負(fù)責(zé)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳輸
網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)地址管理和路由選擇
數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)相鄰設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸
物理層：負(fù)責(zé)物理光電信號(hào)的傳輸

但是這種模型既復(fù)雜又不實(shí)用，因?yàn)樗压δ芟嘟膽?yīng)用層，表示層和會(huì)話層分開實(shí)現(xiàn)，所以現(xiàn)在大部分都使用將這三層合為一體的TCP/IP五層模型。

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TCP/IP五層模型（四層模型）

物理層一般考慮較少，有時(shí)候也會(huì)稱為四層模型

TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞，它還包括許多協(xié)議，組成了TCP/IP協(xié)議簇.
TCP/IP通訊協(xié)議采用了5層的層級(jí)結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求

這也是如今常用的分層模型

在TCP/IP五層模型中，他將功能相近的應(yīng)用層，表示層和會(huì)話層合并為應(yīng)用層。

應(yīng)用層：負(fù)責(zé)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)溝通 ——（常用協(xié)議：HTTP、FTP、DNS、DHCP）
傳輸層：負(fù)責(zé)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳輸 ——（常用協(xié)議：TCP、UDP）
網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)終端節(jié)點(diǎn)之間的通信（點(diǎn)對點(diǎn)），具體包括地址管理和路由選擇等 ——（常用協(xié)議與設(shè)備：IP、ICMP、IGMP、路由器）
數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)相鄰設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸 ——（常用協(xié)議與設(shè)備：以太網(wǎng)協(xié)議、交換機(jī)）
物理層：負(fù)責(zé)物理光電信號(hào)的傳輸 ——（常用協(xié)議與設(shè)備：以太網(wǎng)協(xié)議、集線器）

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數(shù)據(jù)封裝與分用

數(shù)據(jù)包利用網(wǎng)絡(luò)在不同設(shè)備之間傳輸時(shí)，為了可靠和準(zhǔn)確地發(fā)送到目的地，并且高效地利用傳輸資源（傳輸設(shè)備和傳輸線路），事先要對數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆分和打包，在所發(fā)送的數(shù)據(jù)包上附加上目標(biāo)地址，本地地址，以及一些用于糾錯(cuò)的字節(jié)，安全性和可靠性較高時(shí)，還要進(jìn)行加密處理等等。這些操作就叫數(shù)據(jù)封裝。而對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理時(shí)通信雙方所遵循和協(xié)商好的規(guī)則就是協(xié)議。與郵寄物品相比，數(shù)據(jù)包本身就如同物品，而封裝就如同填寫各種郵寄信息，協(xié)議就是如何填寫信息的規(guī)定。

• 不同的協(xié)議層對數(shù)據(jù)包有不同的稱謂,在傳輸層叫做段(segment),在網(wǎng)絡(luò)層叫做數(shù)據(jù)報(bào) (datagram),在鏈 路層叫做幀(frame)
• 應(yīng)用層數(shù)據(jù)通過協(xié)議棧發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上時(shí),每層協(xié)議都要加上一個(gè)數(shù)據(jù)首部(header),稱為封裝 (Encapsulation)
• 首部信息中包含了一些類似于首部有多長, 載荷(payload)有多長, 上層協(xié)議是什么等信息
• 數(shù)據(jù)封裝成幀后發(fā)到傳輸介質(zhì)上,到達(dá)目的主機(jī)后每層協(xié)議再剝掉相應(yīng)的首部, 根據(jù)首部中的 “上層協(xié)議 字段” 將數(shù)據(jù)交給對應(yīng)的上層協(xié)議處理

封裝

這里我就簡要的畫一個(gè)圖

1.用戶信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，以便在網(wǎng)絡(luò)上傳輸
2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)段，并在發(fā)送方和接收方主機(jī)之間建立一條可靠的連接
3.數(shù)據(jù)段轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)報(bào)，并在報(bào)頭中放上邏輯地址，這樣每一個(gè)數(shù)據(jù)包都可以通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸
4.數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)換為幀，以便在本地網(wǎng)絡(luò)中傳輸。在本地網(wǎng)段上，使用硬件地址唯一標(biāo)識(shí)每一臺(tái)主機(jī)。
5.幀轉(zhuǎn)換為比特流，并采用數(shù)字編碼和時(shí)鐘方案

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分用

同樣也是畫一個(gè)圖

分用很簡單，就是按照直接封裝的順序，將封裝的首部和尾部去掉，恢復(fù)成原來的數(shù)據(jù)。其實(shí)就是封裝的反操作，又稱為解封裝

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地址管理

在網(wǎng)絡(luò)通信中，每臺(tái)通信的主機(jī)之間都應(yīng)該有屬于自己的標(biāo)志，就如同名字一樣，只有擁有這種標(biāo)志，才能夠進(jìn)行交流。就好比你想要在茫茫人海中找到一個(gè)人，就得知道他的名字，才能找到這個(gè)人。
而在網(wǎng)絡(luò)通信中，也不例外。

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IP地址與端口

IP地址：
IP地址就是網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的唯一標(biāo)識(shí)，無論哪個(gè)主機(jī)與哪個(gè)主機(jī)之間進(jìn)行通信，都需要用到IP地址來進(jìn)行定位。并且在通信時(shí)，每條數(shù)據(jù)中都會(huì)包含源端地址和對端地址，他們指定了通信的兩個(gè)對象。
對于我們常用的IPV4來說，IP地址是一個(gè)uint32_t類型的數(shù)據(jù)，也就是無符號(hào)32位的整數(shù)。
我們通常也采用點(diǎn)分十進(jìn)制的字符串來表示IP地址，如192.168.0.1。每一個(gè)字節(jié)的范圍是0-255

端口號(hào)：
端口號(hào)則是主機(jī)上進(jìn)程的唯一標(biāo)識(shí)，在編寫程序時(shí)，需要告知計(jì)算機(jī)應(yīng)該處理發(fā)往哪個(gè)端口的數(shù)據(jù)。
一個(gè)端口只能被一個(gè)進(jìn)程占用，但是一個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)使用多個(gè)端口。 并且在通信時(shí)，每條數(shù)據(jù)也都會(huì)包含源端端口和對端端口，來指定從哪個(gè)進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)，交給哪個(gè)進(jìn)程進(jìn)行處理
端口號(hào)是uint16_t，也就是無符號(hào)16位的整數(shù)。

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MAC地址

MAC地址用來識(shí)別數(shù)據(jù)鏈路層中相連的節(jié)點(diǎn)，通常也可以認(rèn)為是物理地址。在網(wǎng)卡出廠時(shí)就確定了, 不能被修改，mac地址通常是唯一的。
MAC地址由48位組成，一般是16進(jìn)制數(shù)字加上分割符：，如08:00:27:03:fb:19。

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網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序與主機(jī)字節(jié)序

在網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，還需要注意字節(jié)序的問題。
字節(jié)序就是CPU對數(shù)據(jù)再內(nèi)存中以字節(jié)為單位的存取順序，也就是我們通常所說的大端小端問題。
關(guān)于大小端的問題我之前有寫過一篇博客
大端小端存儲(chǔ)解析

這里就簡要說一下
大端存儲(chǔ)模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址中。
小端存儲(chǔ)模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的高地址中。

在網(wǎng)絡(luò)通信中，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序采用大端的存儲(chǔ)模式，而主機(jī)字節(jié)序根據(jù)主機(jī)不同也不一樣，我們現(xiàn)在的家用機(jī)一般都是小端，但網(wǎng)絡(luò)上的通信不能確保主機(jī)字節(jié)序的唯一性，因?yàn)槭鼙娛钦麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)，而一旦通信的雙方主機(jī)字節(jié)序不同，就會(huì)造成通信時(shí)的數(shù)據(jù)二義，所以需要確保字節(jié)序相同，就需要在通信時(shí)將主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為通用的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。

總結(jié)

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