TCP/IP四層模型及四層模型與七層模型的對應關係

2022年01月29日01:23:02 科技 1922

物理層（七層中的第一層）

物理層：類似於說，你有台電腦，現在要聯網，咋聯？以前N年前，大家記不記得都是在電腦上插根線是吧，然後才能上網，結果現在就是聯個wifi就行了，還有中國美國之前聯網靠的是海底的光纜。所以物理層就指的就是這個，就是怎麼把各個電腦給聯結起來，形成一個網絡，這就是物理層的含義，物理層負責傳輸0和1的電路信號。芯片內常使用的邏輯電平為5v的TTL電平或CMOS電平，一般為正邏輯，即：邏輯0表示低電壓，邏輯1表示高電壓；不同種類的邏輯電平表示的具體電壓值不同；

一、數據鏈路層

我們通過物理層已經有傳輸的介質，並且也說了網絡中的0和1是怎麼表示的，但是怎麼傳，傳給誰現在是還不知道的。所以後來出來了以太網協議，以太網。一組電信號是一個數據包，叫一個幀（frame），每個幀分成兩個部分，標頭（head）和數據（data），標頭包含一些說明性的東西，比如說發送者、接收者和數據類型之類的。

以太網規定了，接入網絡里的所有設備都得有個網卡，每個網卡必須得包含一個mac地址，mac地址就是這個網卡的唯一標識。

mac地址：48位的二進制，但是一般用12個16進制數字表示，前6個16進制是廠商編號，後6個16進制是網卡流水號。

以太網的數據包怎麼從一個mac地址發送到另一個mac地址？

這個不是精準推送的，以太網裡面，如果一個電腦發個數據包出去，會廣播給局域網內的所有電腦設備的網卡，然後每台電腦都從數據包里獲取接收者的mac地址，跟自己的mac地址對比一下，如果一樣，就說明這是發給自己的數據包。

但是上面這種廣播的方式，僅僅針對一個子網（局域網）內的電腦，會廣播，一個電腦不能廣播數據包給全世界所有的其他電腦，是僅僅廣播給一個子網裡面的電腦的。

二、網絡層

子網內的電腦，通過以太網發個數據包，對局域網內的電腦，是廣播出去的。那麼怎麼知道哪些電腦在一個子網內呢？這就得靠網絡層了。

網絡層里有IP協議，IP協議定義的地址就叫做IP地址。IP地址有IPv4和IPv6兩個版本，目前廣泛使用的是IPv4，是32個二進制數字組成的，但是一般用4個十進制數字表示，範圍從0.0.0.0到255.255.255.255之間。

每台計算機，都會分配一個ip地址，ip地址的前24位（就是前面3個十進制數字），代表了網絡，後8位（就是最後1個十進制數字），代表了主機。如果幾台電腦是一個子網的，那麼前面的3個十進制數字一定是一樣的。

ARP：地址解析協議（Address Resolution Protocol），其基本功能為透過目標設備的IP地址，查詢目標設備的MAC地址，以保證通信的順利進行。其實就是在子網內進行廣播機器mac地址和ip的關係，子網中每個機器都知道其子網內所有機器的mac地址和ip的對應關係。它是IPv4中網絡層必不可少的協議，不過在IPv6中已不再適用，並被鄰居發現協議（NDP）所替代。

ARP工作流程：

主機A首先查看自己的ARP表，確定其中是否包含有主機B對應的ARP表項。如果找到了對應的MAC地址，則主機A直接利用ARP表中的MAC地址，對IP數據包進行幀封裝，並將數據包發送給主機B。
如果主機A在ARP表中找不到對應的MAC地址，則將緩存該數據報文，然後以廣播方式發送一個ARP請求報文。ARP請求報文中的發送端IP地址和發送端MAC地址為主機A的IP地址和MAC地址，目標IP地址和目標MAC地址為主機B的IP地址和全0的MAC地址。由於ARP請求報文以廣播方式發送，該網段上的所有主機都可以接收到該請求，但只有被請求的主機（即主機B）會對該請求進行處理。
主機B比較自己的IP地址和ARP請求報文中的目標IP地址，當兩者相同時進行如下處理：將ARP請求報文中的發送端（即主機A）的IP地址和MAC地址存入自己的ARP表中。之後以單播方式發送ARP響應報文給主機A，其中包含了自己的MAC地址。
主機A收到ARP響應報文後，將主機B的MAC地址加入到自己的ARP表中以用於後續報文的轉發，同時將IP數據包進行封裝後發送出去。

每個電腦都可以搞多個網卡的，不是只有一個網卡，一般筆記本電腦都有以太網網卡和wifi網卡，發送數據包的時候要決定走哪個網卡。其中有一個關鍵的設備路由器也是擁有多個網卡的；

路由器（Router）：是用於連接多個邏輯上分開的網絡，所謂邏輯網絡是代表一個單獨的網絡或者一個子網。當數據從一個子網傳輸到另一個子網時，可通過路由器來完成。因此，路由器具有判斷網絡地址和選擇路徑的功能，它能在多網絡互聯環境中，建立靈活的連接，可用完全不同的數據分組和介質訪問方法連接各種子網，路由器只接受源站或其他路由器的信息，屬網絡層的一種互聯設備。

路由器的主要工作就是為經過路由器的每個數據幀尋找一條最佳傳輸路徑，並將該數據有效地傳送到目的站點。由此可見，選擇最佳路徑的策略即路由算法是路由器的關鍵所在。為了完成這項工作，在路由器中保存着各種傳輸路徑的相關數據――路徑表（RoutingTable），供路由選擇時使用。路徑表中保存着子網的標誌信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路徑表可以是由系統管理員固定設置好的，也可以由系統動態修改，可以由路由器自動調整，也可以由主機控制。

路由表說白了就是一條發送消息給目標機器的一個最優路徑，其中會經過一些路由器到達目標機器，如下圖所示，以中間經過三個路由器為例，看一下路由表的生成：

網絡層流程圖

我們通過數據鏈路層知道數據傳輸是需要知道mac地址在進行廣播的，如果你需要向不同子網的機器發送消息時需要知道其ip；

1、通過ARP表找到路由器對應的mac地址，其實就是網關的mac地址，因為是發送給其他子網的，所以需要將消息先給路由器，路由器會根據目前ip地址算出一個最優路徑，在將消息傳遞給下一個路由器；

2、路由器之間也是通過廣播來傳遞消息的，所以需要將以太網包中的目標mac地址修改為下一個路由器的mac地址，在通過路由器的另一個網卡來廣播消息，下一個路由器發現mac地址是自己就會接收消息；

3、判斷目標ip機器是否在自己的子網中，不是則修改mac地址為下一個路由器的mac地址，在繼續廣播，如果是在自己子網中則進行子網內廣播，目標機器接收之後判斷是給自己的則會進行解析；

三、傳輸層

一台機器上，是很多個程序用一個網卡進行網絡通信的，比如說瀏覽器、QQ、視頻直播，這些軟件都用了一個網卡往外面發送數據，然後從網卡接收數據，所以其實還有一個端口的概念，系統在啟動時會監聽一個端口，如果該端口被佔用了會進行切換端口；

傳輸層協議主要有兩個

TCP(Transmission Control：Protocol)
UDP(User Datagram Protocol)

TCP即傳輸控制協議，是一個可靠的、面向連接的協議。它允許網絡間兩台主機之間無差錯的信息傳輸。TCP協議還進行流量控制，以避免發送過快而發生擁塞。不過這一切對用戶都是透明的。

UDP即用戶數據報協議，它採用無連接的方式傳送數據，也就是說發送端不關心發送的數據是否到達目標主機，數據是否出錯等。收到數據的主機也不會告訴發送方是否收到了數據，它的可靠性由上層協議來保障。

四、應用層

應用層將會話層、表示層和應用層合成一層，應用層比較常見的協議則為http協議，進行網絡通信，規定了數據解析的格式，如：文本數據，網頁數據，郵件數據等；

http數據傳輸時有時會通過域名去傳輸數據，但是我們之前網絡層是通過ip協議進行地址解析傳輸數據的，那域名怎麼處理呢？域名則會通過DNS解析成ip之後進行後續的處理；

DNS是什麼?

DNS 全名叫 Domain Name Server，中文俗稱“域名服務器”,在Internet上域名與IP地址之間是一一對應的，域名雖然便於人們記憶，但機器之間只能互相認識IP地址，它們之間的轉換工作稱為域名解析，域名解析需要由專門的域名解析服務器來完成，DNS就是進行域名解析的服務器。DNS 是一個分布式數據庫，提供了主機名和 IP 地址之間相互轉換的服務。這裡的分布式數據庫是指，每個站點只保留它自己的那部分數據。