目錄

• 為什么網(wǎng)絡要分層？
• OSI模型 比對 TCP/IP模型
• TCP/IP 模型物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層應用層

這其實很好理解，隋朝開始就有吏部、戶部、禮部、兵部、刑部、工部了，一個龐大的組織要管理好必須要拆分出來，各有各的職責出了事情直接定位，每一層可以制定自己的標準來解決好自己層面上的事情。

再比如一個項目分dao數(shù)據(jù)庫層，緩存層，service層，controller接入層一樣，每一層專注自己的部分，關于優(yōu)勢，把高內聚，低耦合，可維護性強這些詞甩在網(wǎng)絡分層上面也是用得的，出了事情直接找負責那部分的那一層。

從專業(yè)角度來說，程序設計要求，復雜的程序都需要分層。

OSI模型（Open System Interconnection Reference Model開放系統(tǒng)互連參考模型），他只是一種參考概念模型，并沒有提供一個可以實現(xiàn)的方法，現(xiàn)在的因特網(wǎng)采用的是 TCP/IP 模型（五層），TCP/IP 網(wǎng)絡通信協(xié)議（四層）。

了解網(wǎng)絡發(fā)展史會發(fā)現(xiàn)OSI模型出現(xiàn)的時間比 TCP/IP 晚，是在 TCP/IP 模型基礎上面提出的，那時候 TCP/IP 協(xié)議應用已經(jīng)成型了，各大運營商們不想再換，再加上OSI模型有些設計冗余，因此因特網(wǎng)最終選擇了草根選手 TCP/IP。但是OSI在理論研究上面具有很大參考價值，所以各大教材都會提到OSI模型.

有這五層模型進行分工合作，就可以用tcp/ip協(xié)議將計算機連起來通信啦。

聲音傳信靠聲波，鴿子傳信靠電磁波，電流傳信靠電波。物理層需要解決利用傳輸介質傳輸比特流的問題。

以打魂斗羅為例（這個游戲有點暴露年齡），首先可以使用一個鍵盤，兩個人一起打，這樣沒問題但是也太影響體驗了。

兩個人兩臺電腦聯(lián)機打，兩臺電腦最簡單的通信方式是一根雙絞線，兩個水晶頭，交叉接法，連接兩個電腦的網(wǎng)卡，分別配置‘ip地址’，‘子網(wǎng)掩碼’，‘默認網(wǎng)關’使之成為一個網(wǎng)絡，這兩臺電腦就組成了一個最簡單的局域網(wǎng)，可以聯(lián)機打魂斗羅啦！

如果第三個人想加進來，就可以買一個有多個口的集線器（hub）設備，將三個人的電腦都連起來。集線器是純物理工作，將自己收到的字節(jié)全部復制到其他的端口，其他機器看著收進來，這樣就實現(xiàn)了三個人一起 happy 了。

一個網(wǎng)吧人都想加入進來，可以加上交換機，交換機互聯(lián)，形成網(wǎng)絡拓撲。一個網(wǎng)吧人辣么多，必須要暢快啊，因此交換機是具有 MAC 地址學習功能的，有利于更快找到目標機器。不過交換機是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的。

一個城市的人都想加進來，就需要移動聯(lián)通電信這樣的運營商到處鋪電纜光纖，建立基站了，才能像我們如今這樣無論身處何處，都能”每晚八點，王者峽谷見“了。

數(shù)據(jù)鏈路層也叫做MAC層，Medium Access Control即媒體訪問控制，專業(yè)詞叫做“多路訪問控制”。

1. 以太網(wǎng)協(xié)議

物理層里面，已經(jīng)幫你把電信號轉化成數(shù)字信號 010101001 形式，但是兩臺機器要交流總不可能一個 bit 一個 bit 的 0101 交流，如果別人和你說話總是故意一個字一個字的蹦估計你早就火了。

數(shù)據(jù)鏈路層就是要負責把這些無窮盡的 010011001 封裝成一個個幀來進行傳輸，這時以太網(wǎng)協(xié)議就誕生了，幀也叫做以太網(wǎng)幀，以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)定成幀的各項規(guī)則，例如多少位成一個幀等。以太網(wǎng)協(xié)議如下：

三個人一起互聯(lián)打格斗游戲，游戲是有嚴格的角色和順序的，隨便一個人發(fā)出信號，這一層主要就是解決這三個問題：

• 發(fā)給誰，誰接收？
• 先接收哪個信號，順序怎么辦？
• 發(fā)錯了怎么辦？

為什么叫”媒體訪問控制“，控制的就是這些。

2. MAC地址

數(shù)據(jù)發(fā)給誰接收，最早是只有集線器沒有交換機的，三臺電腦每臺電腦發(fā)送信號都是通過廣播的方式，廣播出去哪一臺電腦需要處理呢，每臺電腦都需要一個標識能夠在數(shù)據(jù)鏈路層表示自己，MAC地址由此誕生，對應的物理設備是網(wǎng)卡接口，每塊網(wǎng)卡的mac地址都是全球唯一的，生產(chǎn)時就固定了。但是網(wǎng)絡通信中，卻不用mac地址進行通信，而是ip地址，讀者可以思考一下原因留言答出。

有了身份了，以太網(wǎng)幀里面源MAC 和目標 MAC都有了，就能找到相應目標機器，數(shù)據(jù)包在鏈路上廣播，目標MAC的網(wǎng)卡就能判定這個是給自己的，將其收進來打開。IP數(shù)據(jù)包收進來之后，拿掉MAC頭，打開IP包發(fā)現(xiàn)IP包的地址也是自己的，再拿掉 ip 頭，根據(jù) tcp 頭里面對應端口xxx了，這個端口正好是我的打開的 QQ 監(jiān)聽的端口，就找到了微信這個進程扔給 QQ 處理了。返回也是一樣的，源MAC就變成了目標MAC。

3. ARP協(xié)議

有個問題就是，一個數(shù)據(jù)包過來，怎么找到對應的主機呢？網(wǎng)路里面最開始肯定是誰也不認識誰，當機器不多的時候，可以把目標機器的 MAC 地址直接放進數(shù)據(jù)包里，但是如果有 n 臺機器呢？一個網(wǎng)吧的人一起玩格斗，總不可能一個個去問哎，兄弟你的 MAC 地址是啥？，這種操作太騷了，于是就有了 ARP 協(xié)議。

在局域網(wǎng)里面，如果知道了 IP 地址不清楚MAC地址，那么就廣播吧，發(fā)送一個廣播包，誰是這個 IP 誰來回答，回答的包里面會帶上自己的 MAC 信息。為了防止每次都 ARP 廣播，機器本地會進行 ARP 廣播結果緩存，交換機就是具有 MAC 地址學習能力的設備，學習完之后就能精準找到主機，不需要廣播，這里再次提到了交換機為什么工作在數(shù)據(jù)鏈路層了。

上面其實已經(jīng)提到過一些 IP 地址，計算機網(wǎng)絡世界里面，都是通過 IP 地址來進行定位的，怎么配置自己的ip地址呢？

• 其實可以使用 ifconfig(window系統(tǒng)是ipconfig)
• 也可以if addr，將網(wǎng)卡up一下就可以
• 電腦小白可以打開自己的電腦網(wǎng)絡配置中心更改IP地址就行。

現(xiàn)實中我們的網(wǎng)絡是由一個個局域網(wǎng)組成的復雜網(wǎng)絡拓撲，每個局域網(wǎng)處于同一個網(wǎng)段，MAC地址相當于這個人的 DNA，能精準到一個人，但是卻是沒有定位尋址功能的，MAC 地址沒有為尋址功能設計編號，出廠后網(wǎng)卡在哪里被使用不知道，中國可以用進口的美國產(chǎn)的網(wǎng)卡，但是 ip地址是有設計尋址功能的，每個地區(qū)的 ip，就像物流地址一樣能一層層定位到一個人的具體位置，黑客找人很多就是根據(jù)ip地址的。

如果局域網(wǎng)內只有幾臺主機，自己配置一下 ip 地址玩玩也是可以的，但是如果一個學校的電腦都需要網(wǎng)管來一個一個配置的話，那就不好玩了，所以我們需要一個可以自動配置ip的協(xié)議，即 DHCP。

每臺主機要加入一個網(wǎng)絡的時候，肯定是初來乍到什么情況也懂，只知道自己的 MAC地址，因此這個時候還是靠廣播，使用 ip 地址 0.0.0.0 發(fā)送一個廣播包，發(fā)給目的地址 255.255.255.255 ,封裝在 UDP 協(xié)議里面,UDP 封裝在 BOOTP 里面（DHCP的前身），DHCP SERVER收到帶有 MAC 地址的包，在沒有 ip 地址的情況下就知道是誰在索要 ip 了，因此就給他子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)關和 ip 信息，然后這臺新來的機器就可以歡快的加入局域網(wǎng)大家庭了。

說了這么多還都是在局域網(wǎng)內小打小鬧，外面的網(wǎng)絡那么精彩，如果想要出國玩玩第一件事就是解決護照，才能通過海關，前面不止一次說到網(wǎng)卡配置的時候需要配置網(wǎng)關。假如你配置的ip是192.168.1.100，旁邊兄弟的是192.168.10.100,然后我要訪問他，來看看電腦是怎么理解的，以下是linux的處理方式：

網(wǎng)關大家可以理解成工作在網(wǎng)絡層的路由器，它有多個網(wǎng)卡分別連著不同的局域網(wǎng)，每個網(wǎng)卡的 ip 地址都和對應局域網(wǎng)在同一個網(wǎng)段,工作時就像機場，你拿著哪一國護照就往哪一國送，會將 MAC 頭和 IP 頭都取下來，然后判斷內容看將包往哪里轉發(fā)。路由里面又分為靜態(tài)路由動態(tài)路由，路由算法等復雜的邏輯。

如果你有超強的記憶力的話，當然可以 12.34.45.56 這樣的方式去訪問百度，就跟純敲電話號碼去給一個人打電話一樣，但是大多數(shù)人都是直接翻看通訊錄找名稱來打電話吧，網(wǎng)絡世界也是一樣，需要域名來標示一個ip，于是你就可以通過 www.baidu.com 來訪問百度了。域名就是網(wǎng)絡世界里面的通訊錄。

想象一下，全世界都靠一個通訊錄找人，它一旦掛了那么地球村就 gg 了，因此 dns 服務器一定得高可用，高并發(fā)，分布式，這么復雜第一反應肯定是分層設計的嘛，思想都是相通的，于是就有了根DNS服務器，頂級域DNS服務器，權威DNS服務器，如下：

樹狀結構，訪問就需要遞歸了，為了提高ip解析性能，就需要緩存了，很多運營商（移動電信聯(lián)通）會就近部署DNS緩存服務器，DNS解析流程如下：

訪問一個地址都要這么復雜，找這么多層，現(xiàn)實中多等一秒都難受，那么就要想辦法盡量走緩存拿數(shù)據(jù)，全球有那么多數(shù)據(jù)中心，我們不遠的地方都有數(shù)據(jù)中心，何不在這些數(shù)據(jù)中心里面部署一些機器來做緩存集群緩存部分數(shù)據(jù)呢？于是cdn的角色就出來了，這里不細講其具體形態(tài)，無外乎又是分層，高可用設計。

### TCP，UDP

像物流系統(tǒng)一樣，接單之后選好了路徑，就要運貨了，交通情況那么復雜，運貨過程中肯定會遇到擁堵，丟貨，超時等一系列問題，傳輸層就是為了解決這些問題而設計的。主要有 UDP 協(xié)議和 TCP 協(xié)議，他們之間最主要的區(qū)別就是UDP不可靠，TCP可靠。

UDP 協(xié)議適用于對丟包不敏感的應用，不需要建立連接，速度快，以上說到的 ARP, DHCP 都是基于UDP協(xié)議的，還有直播的流媒體協(xié)議，早期對實時性要求高的游戲，物聯(lián)網(wǎng)和移動通信領域等等。

TCP要保證可靠傳輸，就要考慮到保證順序，丟包處理，維護連接，流量控制，和擁塞控制等問題，因此就出現(xiàn)了復雜的三次握手，四次揮手，還要維護 TCP 狀態(tài)機等。擁塞控制是通過擁塞窗口來解決的，順序，丟包處理，流量控制對應滑動窗口。

試想一下數(shù)據(jù)跋山涉水的到達了你的電腦，然后呢咋辦，你同時開了微信，QQ，釘釘，別人給你發(fā)條消息你總要運送到對應的程序吧，這樣才算最終到達，這里不妨把每個應用都理解成一個程序，端口的需要就體現(xiàn)出來了，這個端口在你電腦是不會重復的，要不然數(shù)據(jù)過來就沒法判斷了，很多人在玩 tomcat 的時候，開兩個8080端口都會遇到報錯吧。

到了應用層，就會比較具體了，畢竟我們看得見，每個人都有不同的需求，比如 A 需要發(fā)郵件，B 需要下訂單，C 需要下載文件，這層需要解決告訴對方，我要干什么的問題，根據(jù)干的事情不一樣，又會催化出各種不同的協(xié)議來最好解決你的需求。

http是最早的協(xié)議，其中分為了POST，DELETE，PUT，GET等請求,對應向服務器增刪改查數(shù)據(jù)，然后發(fā)展到http2.0通過壓縮，分幀，二進制編碼，多路復用等技術提升性能，最后發(fā)展到https，通過改進加密技術來提高安全性。

應用層協(xié)議 = TCP/UDP + PORT端口號

• HTTP = TCP + 80
• HTTPS = TCP + 443
• RDP(遠程桌面協(xié)議) = TCP + 3389
• FTP協(xié)議 = TCP + 21
• TELNET = TCP + 23
• SMTP = TCP + 25
• DNS = UDP + 53
• TFTP = UDP + 69
• SNMP = UDP + 161
• RIP = UDP + 520