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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指由通信線路互相連接的許多自主工作的計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集合體，各個(gè)部件之間以何種規(guī)則進(jìn)行通信，就是網(wǎng)絡(luò)模型研究的問題。
今天給大家普及一些網(wǎng)絡(luò)模型的知識(shí)，希望能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?/p>
網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)典圖片：
TCP/IP分層模型（TCP/IP Layening Model）被稱作因特網(wǎng)分層模型(Internet Layering Model)、因特網(wǎng)參考模型(Internet Reference Model)。
在每一層都工作著不同的設(shè)備，比如我們常用的交換機(jī)就工作在數(shù)據(jù)鏈路層的，一般的路由器是工作在網(wǎng)絡(luò)層的。
針對(duì)上面的模型，我們來舉個(gè)例子：
兩臺(tái) pc 通過交換機(jī)連上一個(gè)云服務(wù)器，我們假設(shè)都是通過網(wǎng)線來連接的。TCP/IP協(xié)議被組織成四個(gè)概念層，其中有三層對(duì)應(yīng)于ISO參考模型中的相應(yīng)層。
ICP/IP協(xié)議族并不包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，因此它不能獨(dú)立完成整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能，必須與許多其他的協(xié)議協(xié)同工作。
1、物理層
物理層可以理解為硬件層，負(fù)責(zé)光電信號(hào)傳遞方式。集線器工作在物理層，以太網(wǎng)協(xié)議。
這里的網(wǎng)絡(luò) pc 和交換機(jī)通過 phy連接，交換機(jī)也是通過 phy 和云連接。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)也是通過 phy 發(fā)送出去的。
2、數(shù)據(jù)鏈路層
負(fù)責(zé)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀的傳輸和識(shí)別。交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。例如網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，幀同步，沖突檢測(cè)，數(shù)據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)等工作。
這一層加入了全球唯一的 MAC 地址，可以通過 MAC 地址讓對(duì)方知道自己是哪個(gè)設(shè)備，告訴別人我是誰(shuí)。
物理層完成了數(shù)據(jù)的傳輸，需要對(duì)0和1的定義進(jìn)行規(guī)定。在傳輸0，1之后還需要對(duì)01進(jìn)行分組。
Ethenet 和 Wifi 基本就是屬于這個(gè)層次， wifi 協(xié)議其實(shí)就是解決的一個(gè)鏈路和物理層的問題，在更往上的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層一般就是 TCP/IP 協(xié)議。
3、網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層是出現(xiàn)一些規(guī)范來進(jìn)行約束，負(fù)責(zé)地址管理和路由選擇。路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層。
網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)以下任務(wù):
（1）邏輯編址。將上層傳遞下來的數(shù)據(jù)添加邏輯地址信息(即IP地址)形成數(shù)據(jù)包。邏輯編址對(duì)與普通的通信服務(wù)是必須的，在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中僅使用物理地址是不合適的，因?yàn)椴煌W(wǎng)絡(luò)可以使用不同的物理地址格式。因此，需要一種通用的編址系統(tǒng)，用來唯一標(biāo)志每一個(gè)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)不同種物理網(wǎng)絡(luò)間通信。
習(xí)慣上，我們用分成四段的十進(jìn)制數(shù)表示IP地址，從0.0.0.0一直到255.255.255.255?；ヂ?lián)網(wǎng)上的每個(gè)設(shè)備，都會(huì)分配到一個(gè)IP地址。這個(gè)地址分成兩個(gè)部分，前一部分代表網(wǎng)絡(luò)，后一部分代表設(shè)備。
目前廣泛采用的是IPv4協(xié)議，這個(gè)協(xié)議規(guī)定，網(wǎng)址由32個(gè)bit組成。
怎樣才能從IP地址，判斷兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是否屬于同一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)呢？
這就要用到另一個(gè)參數(shù)'子網(wǎng)掩碼'(subnet mask)，在形式上類似IP地址，也是一個(gè)32位二進(jìn)制數(shù)字，它的網(wǎng)絡(luò)部分全部為1，主機(jī)部分全部為0。
方法是將兩個(gè)IP地址與子網(wǎng)掩碼分別進(jìn)行 AND 運(yùn)算（兩個(gè)數(shù)位都為1，運(yùn)算結(jié)果為1，否則為0），比較結(jié)果是否相同，如果是的話，就表明它們?cè)谕粋€(gè)子網(wǎng)絡(luò)中，否則就不是。
【總結(jié)：IP協(xié)議的作用主要有兩個(gè)，一個(gè)是為每一臺(tái)計(jì)算機(jī)分配IP地址，另一個(gè)是確定哪些地址在同一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。
（2）路由選擇。當(dāng)許多獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起組成互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，這些連接的設(shè)備就要選擇合適的路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，使其能夠到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。
在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)路徑可能并不唯一，選擇何種路徑到達(dá)，是路由選擇要解決的。
4、傳輸層
傳輸層(Transport Layer)也稱四層，這一層的處理單位是報(bào)文段(Segment，TCP時(shí)使用)/用戶數(shù)據(jù)報(bào)(User Datagram，UDP時(shí)使用)。傳輸層在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)進(jìn)程實(shí)體之間提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸。
傳輸層主要功能是:對(duì)一個(gè)進(jìn)行的對(duì)話或連接提供可靠的傳輸服務(wù)，在通向網(wǎng)絡(luò)的單一物理連接上實(shí)現(xiàn)該連接的復(fù)用，在單一連接上提供端到端的序號(hào)與流量控制、差錯(cuò)控制及恢復(fù)等服務(wù)。
因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層不一定保證服務(wù)的可靠，而用戶也不能直接對(duì)通信子網(wǎng)加以控制，因此在網(wǎng)絡(luò)層之上，加一層即傳輸層以改善傳輸質(zhì)量。
傳輸層負(fù)責(zé)以下任務(wù):
（1）進(jìn)程標(biāo)識(shí)。TCP和UDP利用端口號(hào)來標(biāo)記不同的進(jìn)程。例如:FTP服務(wù)使用的TCP端口號(hào)是21;HTTP協(xié)議默認(rèn)使用TCP的80端口;Telnet使用的TCP端口號(hào)是23。
（2）分段與重新安裝。應(yīng)用層提交給傳輸層數(shù)據(jù)有可能很大，一個(gè)報(bào)文段沒有辦法容納時(shí)，就需要進(jìn)行分割成合適的大小，用在接收端還原成原始的應(yīng)用層數(shù)據(jù)，這就是分段和重新安裝的含義。
（3）連接控制。TCP作為一個(gè)面向連接協(xié)議，需要連接建立，使用和釋放的過程;于此對(duì)應(yīng)，UDP作為一個(gè)無(wú)連接的協(xié)議，采取的是“隨到隨發(fā)”的方式傳輸數(shù)據(jù)，不需要在發(fā)送前建立連接、發(fā)送后斷開連接，但不能保證數(shù)據(jù)包的可能傳送。
（4）流量控制。如同數(shù)據(jù)鏈路層一樣，傳輸層也負(fù)責(zé)流量控制。但傳輸層的流量控制是在端前端的意義上實(shí)現(xiàn)的，而不是一條鏈路。
（5）差錯(cuò)控制。和數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制類似，只是傳輸層的流量控制是在端到端的意義上實(shí)現(xiàn)的，而不是一條鏈路上。
4.1 UDP協(xié)議
包含端口號(hào)最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)就是UDP協(xié)議，他的格式幾乎就只是在數(shù)據(jù)前加上發(fā)送端口和接收端口而已。
4.2 TCP協(xié)議
UDP協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但是缺點(diǎn)是可靠性較差，一旦數(shù)據(jù)包發(fā)出，無(wú)法知道對(duì)方是否收到。
為了解決這個(gè)問題，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，TCP協(xié)議就誕生了。這個(gè)協(xié)議非常復(fù)雜，但可以近似認(rèn)為，它就是有確認(rèn)機(jī)制的UDP協(xié)議，每發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)包都要求確認(rèn)。如果有一個(gè)數(shù)據(jù)包遺失，就收不到確認(rèn)，發(fā)出方就知道有必要重發(fā)這個(gè)數(shù)據(jù)包了。
因此，TCP協(xié)議能夠確保數(shù)據(jù)不會(huì)遺失。它的缺點(diǎn)是過程復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難、消耗較多的資源。
TCP數(shù)據(jù)包和UDP數(shù)據(jù)包一樣，都是內(nèi)嵌在IP數(shù)據(jù)包的'數(shù)據(jù)'部分。TCP數(shù)據(jù)包沒有長(zhǎng)度限制，理論上可以無(wú)限長(zhǎng)，但是為了保證網(wǎng)絡(luò)的效率，通常TCP數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度不會(huì)超過IP數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度，以確保單個(gè)TCP數(shù)據(jù)包不必再分割。
5、應(yīng)用層
應(yīng)用層包括所有的高層協(xié)議。應(yīng)用層不僅直接和應(yīng)用程序接口而且提供常見的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。
比起其它層來說，應(yīng)用層需要的標(biāo)準(zhǔn)最多，但隨著應(yīng)用層的發(fā)展，各種特定應(yīng)用服務(wù)的增多，應(yīng)用服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化開展了許多研究工作。
應(yīng)用層就是根據(jù)之前的層次來封裝一些場(chǎng)景應(yīng)用，比如我們正常的網(wǎng)址，就是 http協(xié)議。
其他還有 ftp 等等之類的，具體看上面那個(gè)圖，看起來還是非常不錯(cuò)的。
舉例來說，TCP 協(xié)議可以為各種各樣的程序傳遞數(shù)據(jù)，比如 Email、WWW、FTP等等。那么，必須有不同協(xié)議規(guī)定電子郵件、網(wǎng)頁(yè)、FTP數(shù)據(jù)的格式，這些應(yīng)用程序協(xié)議就構(gòu)成了'應(yīng)用層'。
WIFI其實(shí)只是把賦予設(shè)備MAC地址，連接上網(wǎng)絡(luò)，并分配好IP，或者是作為AP給別的設(shè)備分配IP等等，而要真正的傳輸數(shù)據(jù)，使用的仍然是TCP 或者 UDP協(xié)議。
經(jīng)過上面的層次封裝之后，如果我們要發(fā)送數(shù)據(jù)就變成了這樣。
發(fā)送的時(shí)候每一層就封裝上自己的東西，接收的時(shí)候，每一層就剝離掉其他層次，拿到自己那一層的數(shù)據(jù)。
相關(guān)協(xié)議:
遠(yuǎn)程登陸協(xié)議(Telnet)：允許用戶登陸到遠(yuǎn)程系統(tǒng)并訪問遠(yuǎn)程系統(tǒng)的資源，而且可像本地用戶一樣訪問遠(yuǎn)程系統(tǒng)。
簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)：最初只是文件傳輸?shù)囊环N類型，后來慢慢發(fā)展成為一種特定的應(yīng)用協(xié)議。
文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocol，F(xiàn)TP)：提供在兩臺(tái)機(jī)器之間進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳送的手段。
超文本傳輸協(xié)議(Hyper Text Transfer Protocol ，HTTP)：用于從WWW上讀取頁(yè)面信息。
其他應(yīng)用層協(xié)議：例如將網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)的名字地址映射成網(wǎng)絡(luò)地址的域名服務(wù)(Domain Name Service，DNS);用于傳輸網(wǎng)絡(luò)新聞的網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議(Network News Transfer Protocol，NNTP)等等。
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