计算机网络中的五层协议结构
计算机网络中的五层协议结构
应用层
任务:为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口 ，通过应用进程间的交互完成特定网络应用。应用层定义的是应用进程间通信和交互的规则
常用协议：HTTP、SMTP、FTP、ping、telnet、DNS、DHCP等
http协议（超文本传输协议)
主要特点:
- 支持客户/服务器模式
- 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径；请求方法常用GET、HEAD、POST等，每种方法规定了客户与服务器联系的不同类型；HTTP协议简单，服务器程序规模小，通信速度较快
- 灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象；正在传输的数据类型由Content-Type加以标记
- 无连接：无连接是指每次连接只处理一个请求；服务器处理完客户请求，并收到客户应答后，即断开连接，节省传输时间
- 无状态：无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力；应答较快，但传输数据量较大
HTTP请求
- 三部分组成：请求行、消息报头、请求正文
- 格式：Method Request-URI HTTP-Version CRLF
- Method:请求方法，GET、POST等
- Request-URI:请求的HTTP协议版本
HTTP状态码
- 由三位数字组成，首数字定义响应类别
- 1xx:指示信息，表示请求已接收，继续处理；
- 2xx:成功
- 3xx:重定向，要完成请求必须进行更进一步的操作；
- 4xx:客户端错误，请求有语法错误或请求无法实现
- 5xx:服务器端错误：服务器未能实现合法的请求
常见状态代码
- 200：OK,请求成功；
- 400：Bad Request,请求有语法错误，不能被服务器所理解；
- 401：Unauthorized,请求未经授权；
- 403：Forbidden,服务器收到请求，但是拒绝提供服务；
- 404：Not Found,请求资源不存在；
- 500：Internet Server Error,服务器发生不可预期的错误；503：Server Unavailable,服务器不能处理客户请求
运输层
运输层是在进程间传输报文，同时TCP协议、UDP协议是TCP/IP中最具有代表性的传输层协议
TCP协议：面向连接、可靠的流协议。
连接是指两个应用程序为了相互传递信息而专有的、虚拟的通信线路，也叫做虚拟电路。流是指不间断的数据结构，类似于管道中的水流。可靠性指TCP协议提供可靠性传输，实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具有“流量控制”、“拥塞控制”提供网络利用率等众多功能。
TCP协议应用场景
效率要求相对低，但对准确性要求相对高的场景。因为传输中需要对数据确认、重发、排序等操作，相比之下效率没有UDP高。例如(文件传输（准确高要求高、但是速度可以相对慢）、接受邮件、远程登录)
TCP详解
TCP通过校验和、***、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。
连接管理
数据通信之前必须先做好连接工作，在TCP中连接的建立需要三次握手，同时在通信结束时会进行断开连接的处理（四次挥手）。一个连接的建立与断开，正常过程至少需要来回送7个包才能完成。
连接的建立和断开
在TCP中，当发送端的数据到达主机时，接收端主机会返回一个已收到消息的通知，这个消息叫ACK（确认应答，Positive Acknowledgement）。如果没有收到ACK，那么很可能出现了丢包或者返回的确认在途中丢失，此外，也可能是由于其他原因，ACK延迟到达。发送方没有收到ACK的话就会进行重发，但是针对延迟和ACK丢失的情况，会存在重复发送和接收。于是我们就引入了一种机制，来识别是否已经接收数据，又能识别是否已经接收。
UDP协议：无连接、不具有可靠性的数据报协议。
UDP是一种不提供不必要服务的轻量级运输协议，它仅提供最小服务当进程将一个报文发送进UDP套接字时，UDP协议并不保证该报文将达到接受进程，而且到达接受进程的报文也可能是乱序到达的
UDP协议应用场景
效率要求相对高，对准确性要求相对低的场景。例如：QQ聊天、在线视频、网络语音电话（即时通讯，速度要求高，但是出现偶尔断续不是太大问题，并且此处完全不可以使用重发机制）、广播通信（广播、多播）。
UDP详解
UDP是User Datagram Protocol缩写。UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务。并且它是将应用程序发来的数据在收到的那一刻，立即按照原样发送到网络上的一种机制。
UDP的存在和特点
- 无需建立连接（减少延迟）
- 实现简单：无需维护连接状态
- 头部开销小
- 没有拥塞控制：应用可以更好的控制发送时间和发送速率
UDP头部
UDP的头部是由源端口号、目标端口号、包长和校验和组成。checksum主要是用来检测UDP段在传输中是否发生了错误。还有就是，校验和计算中也需要计算UDP伪头部，伪头部包含IP头部的一些字段。我们刚才介绍了识别一个通信需要5项信息，而UDP头部只有端口号，余下的三项在IP头部，所以引入了伪头部的概念。（IPv6的IP头部没有校验和字段）
UDP伪头部:目前有一些场景需要兼顾可靠性和高效性
网络层
为主机提供数据传输服务。而传输层协议是为主机中的进程提供数据传输服务。网络层把传输层传递下来的报文段或者用户数据报封装成分组。
任务
负责对数据包进行路由选择和存储转发
- 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段和用户数据报封装成分组（IP数据报）或包进行传送。
- IP协议:逐跳发送模式；根据数据包的目的地IP地址决定数据如何发送；如果数据包不能直接发送至目的地，IP协议负责寻找一个合适的下一跳路由器，并将数据包交付给该路由器转发
- ICMP协议：因特网控制报文协议，用于检测网络连接
数据接口层
网络层针对的还是主机之间的数据传输服务，而主机之间可以有很多链路，链路层协议就是为同一链路的主机提供数据传输服务。数据链路层把网络层传下来的分组封装成帧
任务
负责分配MAC地址
- 两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻的链路上传送帧（frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息。
- 网卡接口的网络驱动程序，处理数据在物理媒介上的传输；不同的物理网络具有电气特性，网络驱动程序隐藏实现细节，为上层协议提供一致接口
- 常用协议：地址解析协议（ARP）和反地址解析协议（RARP）,实现IP地址与机器物理地址（MAC地址）之间的转换
MAC
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址
物理层
考虑的是怎样在传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层感觉不到这些差异。
各层对应的工作设备
- 物理层：中继器、集线器
- 数据链路层：网桥或交换机
- 网络层中继系统：路由器
- 网络层以上的中继系统：网关