base中TCP/IP基础学习笔记

base中的网络模型的学习笔记

一.关于TCP/IP网络模型

引言

对于同一台设备上的进程间通信，有很多种方式，有管道、消息队列、共享内存、信号等方式，对于不同设备上的进程间通信，就需要网络通信，设备是多样的，所以要兼容各种各样的设备，就协商出了一套通用的网络协议。
网络协议是分层的。

内容

应用层

最上面的，直接能接触看到就是应用层，手机电脑的应用软件就是在应用层实现的。当两个不同设备的应用需要通信的时候，应用就把应用数据传给下一层，也就是传输层。
应用层只需要关注为用户提供应用功能，比如 HTTP,FTP,Telent
等。不用关注数据的传输。
应用层工作在用户态，传输层及以下在内核态。

传输层

应用层的数据包会传给传输层，传输层为应用层提供网络支持。
传输层有两个传输协议，分别是TCP和UDP。

1. TCP 的全称叫传输控制协议（Transmission Control Protocol），大部分应用使用的正是 TCP 传输层协议，比如 HTTP 应用层协议
2. UDP 相对来说就很简单，简单到只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。当然，UDP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应用层上实现就可以。
3. 需要传输的数据可能会非常大，如果直接传输就不好控制，因此当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度） ，就要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用重新发送整个数据包。在 TCP 协议中，我们把每个分块称为一个 TCP 段。

4. 端口

当设备作为接收方时，传输层则要负责把数据包传给应用，但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据，因此需要用一个编号将应用区分开来，这个编号就是端口。
端口是设备与外界通讯交流的出口。可以把 IP 地址看作是一栋大楼的地址，而端口则是大楼里不同房间的编号。
eg：
80 端口通常是 Web 服务器用的，而对于浏览器（客户端）中的每个标签栏都是一个独立的进程，操作系统会为这些进程分配临时的端口号。

由于传输层的报文中会携带端口号，因此接收方可以识别出该报文是发送给哪个应用。

网络层

1. 网络环节是错综复杂的，中间有各种的线路和分叉口，如果一个设备的数据要传输给另一个设备，需要在各种各样的路径和节点进行选择，传输层并不负责这功能。

2. 传输层协议只需要服务好应用即可，让其成为为应用间数据传输的媒介，帮助实现应用到应用的通信，而实际的传输功能就交给下一层，也就是网络层（Internet Layer）。

3. 网络层最常使用的是IP 协议（Internet Protocol），IP 协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上 IP 包头组装成 IP 报文，如果 IP 报文大小超过 MTU（以太网中一般为 1500 字节）就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的 IP 报文。

4. 网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备，我们一般用 IP 地址给设备进行编号

5. IP

   1. IP 地址是互联网协议地址，用于在网络中标识设备的位置。它就像现实生活中的家庭住址，是网络设备在网络中的身份标识。IP 地址分为 IPv4 和 IPv6 两种格式。
   2. 将 IP 地址分成两种意义：
      • 一个是网络号，负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」
      • 一个是主机号，负责标识同一「子网」下的不同主机；
   3. 要配合子网掩码才能算出IP地址的 网络号和主机号 。
   4. IPv4：是由 32 位二进制数组成，分成4段，每段是8位，通常用点分十进制表示，例如 192.168.1.1。它的地址空间有限。IPv6：是为了解决 IPv4 地址枯竭问题而推出的，它由 128 位二进制数组成，通常用冒号十六进制表示，例如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

6. 子网掩码计算网络号和主机号

   举例子
   比如 10.100.122.0/24，后面的/24表示就是 255.255.255.0 子网掩码。

   而255.255.255.0 的二进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」，一共多少个1？是 24 个1，为了简化子网掩码的表示，用/24代替255.255.255.0。知道了子网掩码，计算出网络地址和主机地址？

   1. 计算网络号

   将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行按位与运算，就可以得到网络号。
   IP地址：10.100.122.2
   00001010 1100100 1111010 00000010
   子网掩码：255.255.255.0
   11111111 11111111 11111111 00000000
   与运算可得
   网络号：
   00001010 1100100 1111010 00000000
   

   2. 计算主机号

   将255.255.255.0取反后与IP地址进行按位与运算，就能的到主机号

   3. 在寻址过程中，先找网络号（子网），再找主机号

7. 路由

   1. IP 协议还有另一个重要的能力就是路由。
   2. 实际场景中，两台设备并不是用一条网线连接起来的，而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的，那么就会形成很多条网络的路径，因此当数据包到达一个网络节点，就需要通过路由算法决定下一步走哪条路径。
   3. 路由器寻址工作中，就是要找到目标地址的子网，找到后进而把数据包转发给对应的网络内。

8. ，IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下一个目的地该朝哪个方向走，路由则是根据「下一个目的地」选择路径。寻址更像在导航，路由更像在操作方向盘

网络接口层

1. 生成了 IP 头部之后，接下来要交给网络接口层（Link Layer）在 IP 头部的前面加上 MAC 头部，并封装成数据帧（Data frame）发送到网络上。
2. IP 头部中的接收方 IP 地址表示网络包的目的地，通过这个地址我们就可以判断要将包发到哪里，但在以太网的世界中，这个思路是行不通的

3. 以太网

   什么是以太网呢？
   • 电脑上的以太网接口，Wi-Fi接口，以太网交换机、路由器上的千兆，万兆以太网口，还有网线，它们都是以太网的组成部分。
   • 以太网就是一种在「局域网」内，把附近的设备连接起来，使它们之间可以进行通讯的技术。
4. 以太网在判断网络包和 IP 的方式不同，必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而MAC 头部就是干这个用的，所以，在以太网进行通讯要用到MAC 地址。
5. MAC 头部是以太网使用的头部，它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息，我们可以通过ARP 协议获取对方的 MAC 地址。
6. 所以说，网络接口层主要为网络层提供「链路级别」传输的服务，负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用 MAC 地址来标识网络上的设备。

总结

TCP/IP 网络通常是由上到下分成 4 层，分别是应用层，传输层，网络层和网络接口层。

1. 应用层： 应用数据
2. 传输层： 应用数据 TCP头
3. 网络层： 应用数据 TCP头 IP头
4. 网络连接层：应用数据 TCP头 IP头 帧头
   网络接口层的传输单位是帧（frame），IP 层的传输单位是包（packet），TCP 层的传输单位是段（segment），HTTP 的传输单位则是消息或报文（message）。但这些名词并没有什么本质的区分，可以统称为数据包。

之后补充（浅了解）

五层模型（物，数，网，传，应）

1. 物理层（Physical Layer）：主要负责处理物理介质上的信号传输，如电缆、光纤、无线信号等。它定义了物理接口的特性，包括接口的形状、引脚数量、信号的电气特性（如电压、电流等）。例如，常见的以太网使用双绞线作为传输介质，物理层规定了双绞线的线序、传输速率（如 10Mbps、100Mbps、1000Mbps 等）等。
2. 数据链路层（Data Link Layer）（感觉是网络接口层）：主要负责将物理层接收到的信号转换为数据帧，并进行差错控制和流量控制。它将物理层提供的原始比特流组织成数据帧，每个数据帧包含源 MAC 地址、目标 MAC 地址、数据和帧校验序列等信息。MAC 地址（Media Access Control Address）是数据链路层用于标识网络设备的物理地址，长度为 48 位，全球唯一。例如，在局域网中，当一台计算机向另一台计算机发送数据时，数据链路层会将数据封装成数据帧，填写源 MAC 地址和目标 MAC 地址，然后通过物理层发送出去。

七层模型（物，数，网，传，会，表，应）

1. 会话层（Session Layer）：主要负责建立、管理和终止会话。会话是指两个应用程序之间的通信过程，会话层可以在会话过程中进行会话的同步、控制会话的顺序等。例如，在一个远程登录（Telnet）会话中，会话层负责建立和维护用户与远程主机之间的连接，当用户退出登录时，会话层会终止会话。
2. 表示层（Presentation Layer）：主要负责处理数据的表示、转换和加密。它将应用层的数据转换为适合网络传输的格式，如进行数据的编码、加密、解密等操作。例如，在不同的操作系统之间进行文件传输时，可能需要进行文件格式的转换（如文本文件的编码转换），表示层就负责这些操作。