OSI七层模型

　　七层网络结构：

　　应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

　　一般也作五层 应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层（实体层）

　　引申问题：TCP/IP协议与http协议的区别：

　　　　TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：“我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP 文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

• 物理层

　　实体层。如果我们的电脑需要联网，那么首先需要网线（光缆、电缆、无线电波）等方式都可以，主要规定网络传输的一些电器特性，作用是传输0和1这样的电信号。因为单纯传输0和1是没有意义的，所有引出了数据链路层。

　　（1）数据通信的基础知识：

（韩玉刚老师16课时）

• 数据链路层

　　多少个电信号算一组，每一个信号位有什么意义，即在实体层的基础上确定了0和1的分组方式，也就我们常说的以太网协议。以太网规定一组电信号构成一个数据包，我们将它叫做帧， 每个帧又分为以下两个部分：其中head称之为标头（固定长度18byte）、data（46byte~1500byte）即数据。标头包含了数据包的说明项（如发送者、接受者、数据类型等），如果数据的长度大于最大长度即1518的话，数据就不得不分为多个组发送。

　　　　　　① 回到一个问题，标头的中的发送者和接受者是根据什么标识的呢？  数据包必须从一块网卡传输到另外一个网卡上面，而每一个网卡就会有一个地址，即数据包的发送地址和接收地址，（也称之为Mac地址）每一个网卡在出厂的时候都会有一个全世界唯一的Mac地址，长度为48Bit。 通常使用12个16进制数来表示。（如：14:5c:89:96:44:c1）注意：（有的软件可以更改计算机的Mac地址）前6个16进制数是代表厂商的编号，后6个代表厂商的网卡流水号。

　　　　②广播： 以太网数据包必须知道接收方的Mac地址才能将数据发送，在知道Mac地址的情况下是怎样发送的呢？以太网中并不是将数据包一对一准确地传输到方法，而是采用一种广播的形式，向本网络的所有计算机发放，让每台收到数据的计算机自行判断是不是接收方。如下图中，1好计算机向2号计算机发送数据包，同一个网络中的3,4,5也接受到这个包，它们读取包头找到接收方的Mac地址，然后与自身Mac地址对比，如果都相同就接受该包，否则就丢弃。

　　同一子网中用广播的形式还可行，但是如果不是属于同一子网，全球有成败一计算机，如果不同子网之间任然以以太网广播形式发送数据，显然是不现实的，所以不属于同一子网络的话就有了路由的方式发送数据。路由的意思即如何向不同的子网络去分发数据包，遗憾的是Mac地址只与厂商有光，和网络环境无关，这就导致了网络层的诞生。

• 网络层

　　网络层引入了一套新的地址，让我们能够区分不同的计算机是否在同一子网内，这个地址即网址。于是计算机就有了两个地址，一个就mac地址，一个就是网络地址，两种地址之间没有任何联系，mac地址绑定在网卡之上，网络地址由管理员分配的，网络地址确定计算机所在的子网络，mac地址负责将数据包发送到子网络中的目标网卡上。逻辑上就能知道是先处理网络地址然后处理mac地址的。由此又引入了ip协议。

• ip协议

　　①ip协议定义的地址叫做ip地址，目前广泛使用ipv4， ipv4中一个ip地址由32个二进制位组成，习惯分为4段10进制数字，(192.168.0.1)范围（0.0.0.0~255.255.255.255）互联网上的每一台计算都会分配到一个ip地址，一个ip地址分为两部分 ，假设192.168.0代表网络，后面一个3代表主机。同一子网的网络部分必然相同，事实上一个给一个ip地址我么是无法准确判断哪个部分为网络部分，（可以是前面24为，也可以是前面的16位），那么如何准确判断两个计算机是否属于同一子网络呢？就必须用到子网掩码，子网掩码表示子网络特征的参数，形式上类似ip地址（32位二进制数字），其网络部分全部是二进制1，主机部分全部是二进制0.于是假如一个ip地址的前24为表示网络部分，后8为表示主机部分的话，它的ip地址就为11111111-11111111-11111111-00000000，用10进制表示为225.225.225.0

　　②ip数据包：根据ip协议发送的数据就叫ip数据包，ip的数据包也分为标头和数据两个部分，部分如下左图所示：其中必定包含了ip的地址信息，实际上ip数据包是直接放入以太网数据包的数据部分的，所以不用修改以太网的规格，这就是互联网分层结构的一个好处，上层的变动不会涉及下层的结构。于是以太网的数据包可以看做如下右图所示：标头（20-60个byte）主要包含版本号，长度，ip地址等信息。data（最大65515byte）于是当data的大小超过了以太网数据最大值的时候，就会将ip分割为多个以太数据包发送出去。通常发送数据情况下，对方的ip地址是已知的，但是mac地址不得而知，于是就有了ARP协议的存在。

　　③ ARP协议：假设存在2台计算机，当两个计算机不属于同一子网络的时候，没法知道对方的mac地址，只能将数据包传送到两个子网络连接的网关处处理，当两个主机在同一个子网络的时候就可以使用ARP协议得到对方的mac地址，ARP协议是怎门做的呢？ARP协议发出一个数据包（也包含在以太网的数据包中）此包中包含了查询主机的ip地址和对方的mac地址。（此mac地址是用临时的6组16进制的数字表示一个广播地址）于是所在子网的每台主机都会收到该数据包，收到之后就会取出该包里面的ip地址，然后和自己的ip地址做一个比较，如果是相同的话就做回复，并上报自己的mac地址。如果不相同就丢弃该包。有了ARP协议之后，就可以得到同一个子网络内的主机mac地址。然后把数据发送至任意主机。   引出一个问题：我们在上网的时候同时打开了多个程序，（如浏览器和qq聊天），当我们接受一个数据包的时候，数据包是如何知道它是属于哪个程序的呢？于是就引入了一个参数：端口。

　　④端口：每一个数据包发送到主机的特定端口上，所以不同的程序会取到自己的数据，端口好都是0~65535之间的整数。正好16个二进制位。其中0-1023端口是系统占用的，（本地启动一个80端口可能会提示权限不够）

• 传输层

　　传输层的功能就是建立端口到端口之间的通信，相比之下，网络层是主机与主机之间的通信，只要确定主机和端口就可以实现程序之间的交流。所以unix系统中，把主机加端口叫做套接字（socket）有了它之后就进行网络编程了。网络编程的两个协议：

　　①UDP协议：格式就是在数据前面加上端口号。UDP数据包也由标头和数据包组成，如下左图：标头部分定义发出的端口和接收端口，data部分为具体的内容。然后将整个UDP的数据包又放到ip数据包的数据部分，前面说过ip数据包又是放到以太网数据包中的，所以整个以太网数据包又成了下面右图样子：UDP标头部分只有个字节。总长度不超过65535字节，正好可以放进一个ip数据包。优点：简单易实现。缺点是可靠性差。于是引入了TCP协议。

　　②TCP协议：可以理解为有确认机制的UDP协议。每发出数据包都进行确认，如有遗失就重发。TCP有三次握手。可以保证数据不会丢失，缺点是过程实现复杂，消耗资源大，TCP数据包没有长度限制，通常限制不超哥ip数据长度。确保单个的tcp包不被分割。　TCP数据包是面向连接（如打电话先拨号建立连接）UDP是无连接的。即发送数据之前不需要建立连接。

　　三次握手：

• 应用层（所有能产生网络流量的程序）

　　由于互联网是开放的网络架构，数据的来源五花八门，所以需要事先约定一些格式，不然根本没有办法解读。应用层的作用就是规定应用程序的数据格式。

　　回到下图：图中1号计算机需要与4号计算机通信，由于1和4不在同一个子网内，于是先需要将数据包发送给子网1 的网关（geteway）也可以理解为路由器，网关1通过路由协议发现4计算机处于2关内，所以网关1会将数据发送给网关2然后由网关2再将数据发送给4号计算机。1号计算机要将数据发送给网关1的话，必须知道网关1的mac地址，所以数据包的目标地址分两种情况：

　　1：当通信的计算机属于同一个子网络，只需要知道对方的mac地址和ip地址即可。

　　2：当通信双放不在同一个网络。 需要知道网关的mac地址和对方计算机的ip地址。

　　（1）动态ip地址：计算机开机之后自动分配到一个ip地址， 不会被别人设定，使用的协议叫DHCP协议（属于应用层的协议，建立在UDP协议之上所以其整个协议的数据包结果如下：）此协议规定：在每一个子网中，有一台叫做DHCP服务器的计算机专门负责此网络内的ip地址。所以有新的计算机加入到子网中，必须向DHCP服务器发送一个DHCP请求数据包，去申请一个ip地址和相关的网络参数。

经典面试题：访问网络的过程：

　　在浏览器中输入url，然后改url会经过DNS（DomainNameSystem）解析而得到服务器的ip地址。

　　如下图所示：蓝色为交换机，右边为服务器，左边为客户计算机，m开头表示mac地址，15.0.0.2表示ip地址。在数据传输的过程中间，ip地址决定了数据包最终到哪里去，mac地址决定数据在路由器中怎么走。

由于数据在传输过程中数据包后面携带的mac地址一直是原mac地址和目标路由器的mac地址，所以它是变化的，服务器在拿到数据的时候是不可能知道客户端的mac地址的，但是可以知道ip地址。

　　数据封装的过程：

注意：数据帧中的FCS为校验码，校验是否数据完整无异常。

　　OSI模型对计算机网络故障排错的指导意义

　　　　网络排错应该由底层往高层排查，应为高层是基于底层实现的。

　　　　1.物理层故障，首先查看链接状态，发送和接受的数据包是否正常。

　　　　2.数据连路程故障， MAC冲突， ADSL欠费， 网速没有办法协商一致， 计算机链接遇到所悟的VLAN

　　　　3.网络层故障 配置错误的IP地址，子网掩码、或网关、路由器没有配置到达目标网络的路由

　　　　4.应用层故障，应用程序配置错误