标签：协议 字节 IP 编程 通信 基础知识 地址 LINUX 数据
1、OSI 开放模型
OSI 模型相关的协议已经很少使用，但其本身却非常通用，它是一个理想化的模型，尚未有完整的实现。 该模型共有七层结构，由低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。每层 的主要功能如下：
物理层：为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。也就是说，物理层的主要任务是去解决两个硬件之间怎么通信的问题，常见的物理媒介有光纤、电缆、中继器、架空明线等。它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。
数据链路层：通过各种控制协议，将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路，规定在单个链路上如何传输数据。它的具体工作就是接收来自物理层的位形式数据流，并封装成帧转至上一层；同样也会将来自上层的数据拆位形式的数据流转至物理层。
网络层：通过路由选择算法，为报文（网络层的数据单位，由上一层打包而来）通过通信子网选择适当的路径。
传输层：监控数据传输服务的质量，保证报文传输的正确性，为上下层建立稳固可靠的传输服务。
会话层：建立并管理应用程序之间的通信。
表示层：负责数据格式转换，将上层应用程序处理的信息转换为适合下层网络传输的格式，或将下层网络数据到达的格式转换为上层应用程序能处理的信息。
应用层：该层是计算机用户以及各种应用程序和网络之间的接口，功能是直接向用户提供服务。
那么网络体系为何要分层呢？目的是为了便于维护，如果在开发的中途有某个部分需要修改，那么就无需全部替换，只需要将需要改动的层进行修改，每层只需做好自己的任务即可，相互不干扰。
巧记：物、链、网、传、会、表、应。
2、TCP/IP 协议
计算机与网络设备之间如果要相互通信，双方就必须基于相同的方法，比如如何探测到通信目标，由哪一边先发起通信，使用哪种语言进行通信，怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件，操作系统之间的通信，所有这一切 都需要一种规则，而我们就将这种规则称为协议。
TCP/IP 是互联网相关各类协议族的总称，一共分为四层：物理层与网络接口层、网络层、传输层、应用层，也有一种说法是分为五层，即将第一层再次拆分。TCP/IP
协议囊括了不同层级的各种协议，这就是协议族的概念。
物理层与网络接口层：
【物理地址】也叫做
MAC
，使用
48
位数据作为全球网络的唯一身份表示，主要协议为
ARP/RARP
。
【
ARP
】通过
IP
地址找到物理地址。
【
RARP
】通过物理地址找到
IP
地址。
网络层：
【
IP
】分为
IPv4
和
IPv6
，更详细的
IP
地址相关知识在下文使用单独章节讲述。
【
ICMP
】
Internet
控制管理协议
- Ping
【
IGMP
】
Internet
分组管理协议
-
广播与组播等
传输层：
【
TCP
】提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据无丢失、无重复、无失序、无乱序的到达，多用于需要高可靠通信的场景，例如文件传输；
【
UDP
】提供无连接且不可靠的传输服务，以为不需要连接所以效率更高，多用于给出响应较困难的网络通信场景，例如流媒体传输；
应用层：
【
HTTP/HTTPS
】加密
/
无加密的超文本传输协议
【
SSH
】安全外壳协议，用于远程登录
【
RTP/RTSP
】音频传输协议，用于安防监控
3、套接字
Socket，被称为网络套接字，是一个特殊的文件描述符，也可以认为是网络编程中的一种资源，一种通信机制。Socket屏蔽了各个协议的通信细节，提供了针对 TCP/IP
协议编程的一套接口，通过这个接口就可以统一便捷的使用协议功能，这使得程序员无需过多关注协议本身而将重点放在应用需求上。
在编写程序时，socket
可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点，这个单词的本意是“插座”，开发者只需将通信使用的协议族、设备 IP
地址、进程使用的端口号这三个数据与
socket
绑定起来，应用层就可以和传输层通过套接字接口，区分来自不同应用进程的数据包或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。
4、IP 地址
本质上，IP
地址是允许网络设备之间发送信息的标识符：它们包含位置信息，并使设备可进行通信。互联网需要一种区分不同计算机、路由器和网站的方法。IP
地址提供了一种实现此目标的方式，并且是互联网工作原理中的关键组成部分。如果一台设备想要在互联网或局域网中进行通信，那么它必须要拥有一个 IP
地址。
IP 地址通常的形式为由字符
'.'
分隔的十进制数字，这种形式在程序中称为“点分十进制字符串”形式，也是计算机用户最常见的 IP
地址形式，其本质是一个无符号
32
位整型值，每
8 bits
数据用一个十进制数字表示，用点进行分隔，就转换成了我们常见的点分十进制字符串形式，这类 IP
地址被称为
IPv4
地址。
5、端口号
端口号的概念很好理解，试想设备 A
和设备
B
之间相互传输数据，如果仅知道对方的
IP
地址，那么只能将数据包送到目标设备中，但无法明确的将数据转交给某个进程去处理，端口号即是用来区分主机收到的数据包应当转交给哪个进程去处理。
在程序中，
端口号这个数值使用 unsigned short 进行存储
，最大值为
65535
。其中
0-1023
号一般分配给系统固定的任务进行使用，例如 ssh
协议进程使用
22
号、
ftp
协议进程使用
21
号、
tftp
协议进程使用
69
号等。开发者在进行程序开发时，如果需要使用固定端口，尽量使用较大值的端口号或提前查看系统正在占用的端口号，避免与系统任务
产生冲突。
6、字节序
字节序，就是用来规定大于 1
个字节类型的数据在内存中存放时使用的格式，分为大端字节序和小端字节序，通常也是跨平台编程和网络编程中需要考虑的问题。在进制中，左侧位的数据叫做高位数据，右侧位的数据叫做低位数据；
在内存中，值相对较小的地址编号对应的内存叫做低位地址内存，反之称为高位地址内存，大端小端的概念如下：
大端字节序：
高位数据存放在低位地址内存，低位数据存放在高位地址内存；
小端字节序：
高位数据存放在高位地址内存，低位数据存放在低位地址内存。
为何在网络编程中需要讨论字节序的概念呢？试想，如果设备 A
和设备
B
通信，但两个设备本身使用不同的字节序存储多字节类型数据，那么设备 A
传输的原始数据的格式放在设备
B
中表达就不是原意了，因此在网络传输中规定，所有多字节类型数据经过网络传输前统一转换为网络字节序（即大端字节序），等数据传输完毕到达设备之后，再转换为主机字节序（大端或小端，由设备的 CPU
架构决定）。
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