1、网络通信原理

　　互联网的本质就是一系列的网络协议, 统称为互联网协议.

　　互联网协议的功能：定义计算机如何接入internet,以及接入internet的计算机通信的标准。

　　互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层.

 　　对于tcp\ip 五层协议, 每层运行常见物理设备有以下几种:

2、tcp\ip五层协议模型讲解　

　　　　我们将应用层,表示层,会话层并作应用层,从tcp／ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能,搞清楚了每层的主要协议就理解了整个互联网通信的原理.

　　　　首先,用户感知到的只是最上面一层应用层,自上而下每层都依赖于下一层,所以我们从最下一层开始切入,比较好理解.

　　　　每层都运行特定的协议,越往上越靠近用户,越往下越靠近硬件.

　　2.1  物理层

　　　　孤立的计算机之间要想一起玩,就必须接入internet,言外之意就是计算机之间必须完成组网.

　　　　物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号),高电压对应数字1,低电压对应数字0

　　2.2  数据链路层

　　　　单纯的电信号0和1没有任何意义,必须规定电信号多少位一组.

　　　　数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式.

　　　　以太网协议----ethernet

　　　　　　　以太网协议规定: 一组电信号组成一个数据包(叫做帧), 每一帧数据由报头(head)和数据体(date)组成.

　　　　　　　报头(18个字节): 源Mac地址+目标Mac地址+数据类型

　　　　　　　data数据包含: (最短46字节,最长1500字节)

　　　　　　　每组数据包的大小: head长度＋data长度＝最短64字节,最长1518字节,超过最大限制就分片发送

　　　　通信方式: 广播 　　　　

　　　　　　ethernet(以太网) 采用最原始的方式,广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠吼. 这个包会以广播的方式在发送端所处的子网内传输, 所有主机接收后拆开包, 发现目标ip为自己的, 就响应, 返回自己的mac.

　　2.3  网络层　　

　　　　有了ethernet、mac地址、广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了,问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的,那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式,那么一台机器发送的包全世界都会收到,数以万计的机器发送巨量的包不仅会造成网络拥堵瘫痪, 而且数据还不安全.

 　　　　网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网,这套地址即网络地址.

 　　　　IP协议

 　　　　　　规定网络地址的协议叫ip协议, 它定义的地址称之为ip地址, 一个ip地址通常写成四段十进制数,例：172.16.10.1.

 　　　　　　IP协议的作用主要有两个:

　　　　　　　　1,是为每一台计算机分配IP地址

　　　　　　　　2, 是确定哪些地址在同一个子网络(通过子网掩码和and运算), 如果不是一个子网内的, 就通过Arp协议获取网关的Mac地址.

　　　　IP数据包也分为head和data部分, IP数据包直接放入以太网包的data部分.

　　　　　　以太网数据包的”数据”部分, 最长只有1500字节. 因此, 如果IP数据包超过了1500字节, 它就需要分割成几个以太网数据包, 分开发送了.

　　　　Arp协议

　　　　　　计算机通信基本靠吼, 即广播的方式, 所有上层的包到最后都要封装上以太网头, 然后通过以太网协议发送, 以太网通信是基于mac的广播方式实现, 计算机在发包时,获取自身的mac是容易的, 如何获取目标主机的mac, 就需要通过arp协议.

　　　　arp协议功能: 广播的方式发送数据包, 获取目标主机的mac地址.

　　　　具体的IP包长什么样子? 

　　　　如果不在同一个子网内, 将IP包里的目标Mac替换成获取到的网关Mac.

　　2.4  传输层

　　　　网络层的IP帮我们区分子网, 以太网层的Mac帮我们找到主机, 但是只找到主机没用，程序之间进行的沟通啊像QQ、浏览器和京东服务器, 大家使用的都是应用程序, 你的电脑上可能同时开启qq, 暴风影音等多个应用程序, 那么我们通过IP和Mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

　　　　传输层功能：建立端口到端口的通信(端对端通信)    

　　　　　　注意: 端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

　　　　tcp协议

　　　　　　TCP把连接作为最基本的对象, 每一条TCP连接都有一个套接字（socket）, 端口号拼接到IP地址即构成了套接字, 例如IP地址为192.3.4.16, 而端口号为80, 那么得到的套接字为192.3.4.16:80.当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时, 它会发送一个通信请求, 这个请求必须被送到一个确切的地址. 在双方“握手”之后, TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex，双方都可以收发消息) 的通信. 这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路, 直到它被一方或双方关闭为止.

　　　　tcp协议和udp协议的对比:

　　　　　tcp: 提供的是面向连接、可靠的字节流服务. 当客户和服务器彼此交换数据前, 必须先在双方之间建立一个tcp连接, 之后才能传输数据. tcp提供超时重发, 丢弃重复数据, 检验数据, 流量控制等功能, 保证数据能从一端传到另一端. 

　　　　　udp: 是一个简单的面向数据报的运输层协议. udp不提供可靠性, 它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去, 但是并不能保证它们能到达目的地. 由于udp在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接, 且没有超时重发等机制, 故而传输速度很快.

　　　　tcp的三次握手,四次挥手?(具体见后章节)

　　2.5  应用层

　　　　应用层功能: 规定应用程序的数据格式.

　　　　　例：tcp协议可以为各种各样的程序传递数据, 比如Email、WWW、FTP等等. 那么, 必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式, 这些应用程序协议就构成了”应用层”.

网络通信之全流程示意图

3、socket