多图慎入，从四层模型看网络是怎么链接的

你们好， 我是公众号：java小杰要加油，
今天来分享一个关于计算机网络的知识点—— 网络究竟是怎么链接的？

• 话很少说，直接开车

浏览器生成消息且发送

• 发送一个消息的整体流程以下

生成HTTP请求消息

举个栗子，当咱们在浏览器输入https://www.jdl.cn/img/servic...网络地址的时候

• 浏览器首先会对URL进行解析

  • https：表示访问数据源的机制，也就是协议
  • www.jdl.cn: web服务器名称
  • img ：表示目录名
  • service.843585b7.png：表示文件名

而后就要生成HTTP消息了，它大概长这样

这些字段具体内容是什么能够参考这篇文章五千来字小做文，是的，咱们是有个HTTP。

DNS域名解析为IP地址

浏览器生成了这个HTTP消息后，它要往哪里发送呢？固然是服务器啦，因此就要解析这个域名对应的是哪台服务器，IP地址是什么，由于IP地址很差记，因此才有了对应的域名，便于咱们人类记忆。

1. 浏览器会检查缓存有没有这个域名对应的ip地址
2. 操做系统会检查缓存（就是咱们日常说的hosts文件）
3. 操做系统会发送给本地区的DNS服务器，让它帮忙解析下

DNS服务器接受来自客户端的查询，包括如下三个内容

• 域名： 服务器，邮件服务器的名称
• Class： 在最先设计DNS时，DNS在互联网之外的其余网络中的应用也被考虑到了，而Class就是用来识别网络信息的，不过现在除了互联网就没有其余网络了，所以Class的值永远表明互联网的IN

• 记录类型： 表示域名对应何种记录类型

  • A记录时，域名直接对应IP地址
  • CNAME时，此域名对应其余域名
  • MX时，表示域名对应的是邮件服务器

  对于不一样的记录类型，响应数据也不同

域名的层次结构

• 越靠右层次越高，从右向左一级一级的划分 : 例如 www.jdl.cn 就是cn->jdl->www
• 具备这种层次结构的域名信息都会注册到DNS服务器中，而每一个域都是做为一个总体来处理的

客户端和DNS服务器交互流程大概以下

• 上级DNS服务器中要注册其下级域的DNS服务器IP地址，而后上级DNS服务器IP地址要注册到更上一级的DNS服务器中，这次类推
• 根域的DNS服务器信息保存到互联网中全部的DNS服务器中，这样的话，全部的DNS服务器都会找到根域，而后一级一级的往下找，直到找到本身想要的那个域名
• 分配给根域的IP地址仅有13个，就是顶级域名（com,cn等）对应的ip地址

具体交互就是下面这样

可是一台服务器存不下这么多，因此通常都是DNS服务器大接力来寻找这个ip地址，图以下

客户端找到最近的DNS服务器，查找www.jdl.cn的信息，但是最近的DNS服务器没有这个信息，就转发到了根域服务器下，通过判断发现是cn的顶级域名的，因而根域DNS服务器会返回它所管理的cn域中的DNS服务器的ip地址，接下来，最近的这个DNS服务器又回去访问com域名的服务器，以此类推，最终会找到 www.jdl.cn这个服务器的IP地址

委托协议栈发送消息

知道了IP地址后，就能够委托操做系统内部的协议栈向这个目标IP地址发送消息了

• 协议栈的内部结构

• 浏览器、邮件等通常应用程序收发数据时用TCP
• DNS查询等收发较短的控制数据用UDP

网络分层

• OSI七层模型

开放式系统互联通讯参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织提出，一个试图使各类计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。定义于ISO/IEC 7498-1。

• TCP/IP四次模型

  • 应用层： HTTP、DNS、FTP
  • 传输层： TCP、UDP
  • 网络层： IP
  • 网络接口层

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）TCP/IP协议不只仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是由于在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具表明性，因此被称为TCP/IP协议

客户端服务器传递数据流程

• 一个数据包从客户端到服务端中间通过每一层都须要加工处理
• 客户端这边须要不断的给数据包添加头部
• 服务端这边须要不断的拆分这个数据包

三次握手

当两台计算机要传递数据的时候，必定要先链接，得通过TCP三次握手吧（仅仅指指走TCP协议须要链接的），咱们日常都说TCP链接要通过三次握手，咱们就来看一下到底什么是TCP三次握手，如图所示

• 客户端要发送的时候，主动从closed状态打开，服务器启动后就一直处于监听LISTEN状态
• 客户端发送 SYN = 1,seq = x 给服务端，客户端处于SYN_SEND状态。
• 服务端收到后给客户端发送 SYN = 1,ACK =1, seq = y,ack = x+1。此时服务端处于SYN_RCVD状态
• 客户端收到后发送ACK =1, seq = x+1,ack = y+1给服务器，此时客户端状态是ESTAB-LISHED
• 服务端收到后状态变为ESTAB-LISHED

• 三次握手经过后，就表明客户端和服务端能够传递数据包进行交互啦
• 咱们说到SYN，ACK,seq,ack这些又是什么呢？这些实际上是TCP数据包里的属性，咱们接着往下看(在传输层中有解释)

应用层

HTTP数据包拆分

• 通常HTTP请求消息不会太长，一个网络包就能装的下
• 发送缓冲区中的数据若是超过MSS的长度，就会被以MSS长度进行拆分放进单独的网络包中

• MTU（Maximum Transmission Unit）: 一个网络包的最大长度，以太网中通常是1500字节
• MSS（Maximum Segment Size）: 除去头部以后，一个网络包所容纳的TCP数据的最大长度

传输层

• 而后上面应用层的这个网络包再加上TCP头部

TCP报文格式

• 源端口号（16位）： 发送网络包的端口号
• 目的端口号（16位）： 网络包的接受方的端口号
• 序号（发送数据的顺序编号）（32位）： 发送方告知接收方已经收到了全部数据的第几个字节
• 确认序号（接收数据的顺序编号）（32位）： 接收方告知发送方接收方已经收到了全部数据的第几个字节
• 头部长度（4位）： 表示数据的起始部分，数据偏移量
• 保留（6位）： 该字段为保留，如今未使用

• 控制位（6位）： 该字段中的每一个比特位分别表示如下通讯控制的含义

  • URG： 表示紧急指针字段有效
  • ACK： 表示接收数据序号字段有效，通常表示数据已被接收方收到
  • PSH: 表示经过flush操做发送的数据
  • RST: 强制断开链接，用于异常中断的状况
  • SYN: 发送方和接收方相互确认序号，表示链接操做
  • FIN: 表示断开操做
• 窗口大小（16位）： 接收方告知发送方窗口大小（即无需等待确承认一块儿发送的数据）
• 校验和（16位）： 用来检查是否出现错误
• 紧急指针（16位）： 表示应急处理的数据位置
• 可选字段（可变长度）： 除了上面的固定头部字段外，还能够添加可选字段，但除了链接操做外，不多使用可选字段

还记得三次握手提到过的各类序号吗，就是这个报文里的属性

网络层

• 而后上面这个网络包再加上IP头部

IP报文格式

• 版本号（4比特）： IP协议版本号，目前是版本4
• 头部长度（4比特）： IP头部的长度，可选字段可致使头部长度的变化，所以这里须要指定头部的长度
• 服务类型（TOS）(8比特)： 表示包传输优先级。最初的协议规格里对这个参数的定义很模糊，最近DIFFServ规则从新定义了这个字段的用法
• 总长度（16比特）： 表示IP消息的总长度
• ID号（16比特）： 用于识别包的编号，通常为的序列号。若是一个包被IP分片，则全部分片都拥有相同的ID
• 标志（Flag）(3比特)： 该字段有3个比特，其中2个比特有效，分别表明是否容许分片，以及当前分片是否为分片包
• 分片偏移量（13比特）： 表示当前包的内容为整个IP消息的第几个字节开始的内容
• 生存时间（TTL）（8比特）： 表示包的生存时间，这是为了不网络出现回环时一个包永远在网络中打转。每通过一个路由器，这个值就会减一，减到0的是hi这个包就会被丢弃

• 协议号（8比特）： 协议号表示协议的类型（如下均为16进制）

  • TCP: 06
  • UDP: 17
  • ICMP: 01
• 头部校验和（16比特）： 用于检查错误，如今已经不在使用
• 发送方IP地址（32比特）： 网络包发送方的IP地址
• 接收方IP地址（32比特）： 网络包接收方的IP地址
• 可选字段（可变长度）： 除了上面的固定头部字段外，还能够添加可选字段，但除了链接操做外，不多使用可选字段

• 而后这个网络包再加上MAC头部

MAC数据包

• 接收方MAC地址(48比特)： 网络包接收方的MAC地址，在局域网中使用这一地址来传输网络包
• 发送方MAC地址(48比特)： 网络包发送方的MAC地址，接收方经过它来判断是谁发送了这个网络包

• 以太类型（16比特）： 使用的协议类型。下面是一些常见的类型，通常在TCP/IP通讯中只是用0800和0806这两种。

  • 0000-05DC： IEEE 802.3
  • 0800 : IP协议
  • 0806 : ARP协议
  • 86DD : IPV6

MAC地址 VS IP地址

• IP头部前面还会加上MAC头部
• 为何须要MAC数据包呢？由于在以太网的世界中，TCP/IP这个思路是行不通的。
• 以太网在判断网络包目的地时和TCP/IP的方式不一样，所以必须采用想匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而MAC地址就是干这个的
• 发送方MAC地址：MAC地址是写在网卡生产时写入ROM里的，只须要将这个值读取出来写入MA头部就行了

发送方的MAC地址还比较容易获取到，可是接收方的MAC地址就不太容易获取到了

ARP广播

• ARP :Addresss Resolution Protocal 地址解析协议
• 根据IP地址查询接收方MAC地址的时候会用到ARP广播
• 在同一个子网中，利用广播对全部设备提问 XXX这个ip地址是谁的，其余设备发现本身的ip地址是这个xxx的话，那么他就会把它的MAC地址告诉提问者，这样就会检测到接收方的MAC地址了，若是发现本身的ip地址不是这个XXX，那么则会丢弃这个消息并不去理会。

• 若是每次都去广播的话，那么网络中就会增长不少ARP包，因此为了提升效率，咱们有ARP缓存在内存中。查询以前先去查询ARP缓存。

• 当目的地的IP地址对应的MAC地址变了的话，那么这个MAC缓存就会出问题，因此为了不这种问题发生，这个缓存几分钟后会被删除，很是简单粗暴。

  • 静态ARP： 手工维护，不会自动失效
  • 动态ARP： 会过段时间自动失效（文中说的就是它）

• IP 模块负责添加以下两个头部：

  • MAC头部： 以太网用的头部，包含MAC地址
  • IP头部： IP用的头部，包含IP地址

整体数据包

这个时候的数据包变成了这个样子

• MTU（Maximum Transmission Unit）: 一个网络包的最大长度，以太网中通常是1500字节
• MSS（Maximum Segment Size）: 除去头部以后，一个网络包所容纳的TCP数据的最大长度
• 而后这数据包，沿着网卡出去，到集线器，路由器一顿传输（中间涉及到电信号转换等等），到达服务端那边，再一层一层的扒皮（前往中说过，一层一层的拆分数据包）

断开链接

四次挥手

两台计算机最后链接结束后要断开链接，进行四次挥手

其实 三次握手， 四次挥手还有好多好多知识点要说，像什么为何握手须要三次，而挥手须要四次啦这些问题，之后我会单独和你们聊这个,记得收看呀