【Linux网络】带你用生活例子来理解什么是协议

协议

• 一、为什么要有协议？
• • 二、什么是协议？
  • • 三、思考：只要通信的两台主机，约定好协议就可以了吗？
    • • 四、协议分层
      • • 五、数据是如何发送的？

一、为什么要有协议？

协议的产生是为了解决问题，那么解决什么问题？

• 如何处理发来的数据
• 长距离传输的数据丢失问题
• 如何定位主机的问题
• 怎么保证数据准确到达下一个主机的问题
  那么为什么会产生这些问题?
  归根结底，还是因为距离变长的原因。
  因为距离的边长,导致我们的需要进行跨主机通信，跨主机的通信又导致着我们通信之后，

**如何将数据发送的问题。数据发送过去之后，
  如何处理数据，处理完的数据在传输的过程中，
  如果发生数据包的丢失，比特位翻转，乱序的这些长距离传输的问题怎么解决，将数据传到另一台主机之后，
  如何将这些数据处理获取到我们想要的信息。

诸如上面的这些问题的产生，为了能够解决这些问题，我们的协议因此诞生。每一层问题通过设定对应的协议来解决相应的问题，前一个问题的目的是下一个问题的开始，我们的协议也意味着要分层设定来解决对应层的问题。

二、什么是协议？

协议就是一种约定，就比如我们生活中我们要发快递，将一个物品交给另一个人，我们在发快递的时候，不仅仅只是将物品给快递员，这样子快递员不知道要将快递发给谁，怎么联系收件人，快递拿到哪里才能交给收件人。而是我们在发快递的时候，会将物品放在快递盒子里打包，然后在快递盒子上添上快递信息，这样就能让我们知道快递是谁发来的，发到哪里，怎么联系对方。
而协议，就是一种类似与快递信息的产物，它是一种约定，一种我们双方都能看的懂，并从中获取到传输的信息的约定，在语言层面上，我们可以抽象的将其理解为协议就是一种结构体，这个结构体的组成双方都知道，而结构体，不就是由二进制码组成的吗，所以，协议是一种我们双方都可以看的懂，并且是在我们要发送的内容的基础上额外多出来的那部分二进制码。 类似于摩斯密码的东西，它需要双方都清楚的知道如何解码，也就是约定。所以我们的主机在看到协议的那部分二进制码的时候，我们不仅仅只是看到了那部分二进制码，更能理解它背后真正的含义。

三、思考：只要通信的两台主机，约定好协议就可以了吗？

首先，计算机的厂商很多，操作系统也很多，网络硬件也很多，那么假如，只是通信的两台主机约定协议，那么是不是不同的操作系统之间就不能通信了？
是不是新的主机想通信就得和另外一台主机制定新的协议？就好比：中国人要和外国人说话，就要用一种新的语言来说话吗？那显然是不可能的。
所以，这时候就需要制定一个统一的标准，让我们所有的主机都遵守这个约定，制定出来一个标准，让大家都来遵守，这就是网络协议。这样任意两台主机都能有一个共同的标准，就都能看的懂对方发来数据背后所蕴含的信息。

四、协议分层

1.协议为什么要分层？
协议分层的原因有两个方面：
首先，要制定协议，规模太大了，所以我们要分层去实现，以高内聚，低耦合的目的去实现，这样子我们在维护上更加方便，层和层之间的耦合度低，意味着我们可以分工去维护不同层。
其次，我们的问题也是层状的，
* 如何处理发来的数据
* 长距离传输的数据丢失问题
* 如何定位主机的问题
* 怎么保证数据准确到达下一个主机的问题
基于对问题的解决，我们制定协议也是分层的，每层协议解决对应层的问题。
2.协议如何分层？
协议分层，我们通常是采取OSI七层模型

• 物理层：物理层主要是一些网卡的硬件设备
• 数据链路层：主要是解决数据帧的识别和传送问题，主要是面对一些比特为错误或者数据帧丢失的问题
• 网络层：网络层解决的是我们的数据发到哪里的问题
• 传输层：传输层面对的是我们数据传送的可靠性问题，是否有数据丢失的情况。
• 会话层：何时建立连接？何时断开连接？
• 表示层：就比如传过来的数据是图片还是影音还是文字？
• 应用层：针对特定应用制定特定的协议，如http协议

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但对于我们日常搭建服务器而言，我们主要关心其中的五层，我们将这五层叫做TCP/IP协议，分别是 物理层 数据链路层 网络层 传输层 应用层。
但物理层由于是网卡这些硬件设备，所以通常我们也叫做TCP/IP四层协议。

五、数据是如何发送的？

首先，假如我们的应用层要发一个 你好 这样的消息给对方

然后 你好 这个消息就会传到下一层传输层，传输层对其进行封装消息，保证数据的可靠性。接着传到下一层
网络层对其再进行封装，来告知我们的 你好 这个消息是谁发来的，来源是谁，要发给谁，目的地是哪里？然后接着传到下一层。
数据链路层就将消息的数据帧处理，然后给物理层，通过网卡进行发送消息给对方网卡。


对于数据链路层而言：它的报文就是这里的报头 + 有效载荷

对于网络层而言：它的报头就是它封装的时候多出来的那部分，原本的东西就是有效载荷。

而当对方的网卡收到收到消息的时候，就会进行解包，将有效载荷传给它的上一层。

所以最后我们的应用层就会收到对方的消息。这种通信方式，对层和层之间进行解耦。
对于同一层而言，它认为它是在和对方同层在进行交流，因为同一层所用的协议相同，那么自然就可以看的懂对方发来的报头的具体含义，而不需要关心其他层的报头消息。这就实现了高内聚，低耦合的思想。

就比如：我们在打电话的时候，我们认为我们是在和对方直接进行交流，但实际上我们是在和电话进行交流，电话将我们的消息封装成一种无线电信号传给对方的电话，对方的电话接收到信号，然后再将信号进行解析成信息，然后再传给对方，对方就能听到我们说话。

在逻辑层面上，我们认为我们是在和对方直接进行交流，电话是在和电话进行交流，这就是层和层之间交流。