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目錄
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一、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識簡介
二、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層模型
2.1 OSI七層模型
2.2 TCP/IP五層模型
2.3 協(xié)議層報文間的封裝與拆封?
三、IP協(xié)議
3.1 MAC地址?
3.2 IP地址
3.3 MAC地址與IP地址區(qū)別
一、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識簡介
互聯(lián)網(wǎng)通信的本質(zhì)是數(shù)字通信，任何數(shù)字通信都離不開通信協(xié)議的制定，通信設(shè)備只有按照約定的、統(tǒng)一的方式去封裝和解析信息，才能實現(xiàn)通信?；ヂ?lián)網(wǎng)通信所要遵守的眾多協(xié)議，被統(tǒng)稱為TCP/IP。
TCP/IP是一個協(xié)議族，包含眾多的協(xié)議。但對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)人員，可能聽到更多的是其中的應(yīng)用層協(xié)議，比如HTTP、FTP、MQTT等。
HTTP協(xié)議是Hyper Text Transfer Protocol（超文本傳輸協(xié)議）的縮寫，HTTP的應(yīng)用最為廣泛。比如大家日常使用電腦時的一個常規(guī)操作：打開電腦，打開瀏覽器，輸入網(wǎng)址，最后按下回車，這一刻你就開啟了HTTP通信。HTTP協(xié)議工作于架構(gòu)之上，瀏覽器作為HTTP客戶端通過URL向HTTP服務(wù)端即WEB服務(wù)器發(fā)送所有請求。Web服務(wù)器根據(jù)接收到的請求后，向客戶端發(fā)送響應(yīng)信息。借助這種瀏覽器和服務(wù)器之間的HTTP通信，我們能夠足不出戶地獲得來自世界各個角落的信息。另外，網(wǎng)頁不僅僅是大型服務(wù)器的專利，在物聯(lián)網(wǎng)風(fēng)潮盛行的今天，許多隨處可見的小型設(shè)備（空調(diào)、冰箱、插座、路由器等），都內(nèi)嵌網(wǎng)頁，在物理鏈路暢通的情況下，用戶可以用手機、平板電腦上的瀏覽器隨時隨地監(jiān)控這些設(shè)備。
FTP（File Transfer Protocol）是文件傳輸協(xié)議的簡稱。FTP是工作在應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。FTP使得主機間可以共享文件，用于在兩臺設(shè)備之間傳輸文件（雙向傳輸）。它也是一個客戶端-服務(wù)端框架系統(tǒng)。用戶可以通過一個支持FTP協(xié)議的客戶端程序，連接到在遠程主機上的FTP服務(wù)端程序，通過客戶端程序向服務(wù)端程序發(fā)出命令，服務(wù)端程序執(zhí)行用戶所發(fā)出的命令，并將執(zhí)行的結(jié)果返回到客戶機。FTP除了基本的文件上傳/下載功能外，還有目錄操作、權(quán)限設(shè)置、身份驗證機制，許多網(wǎng)盤的文件傳輸功能都是基于FTP實現(xiàn)的。
MQTT（消息隊列遙測傳輸）是IBM公司于1990年設(shè)計并推出的一款通信協(xié)議，于2014年正式成為了一個OASIS開放標準。近年來，MQTT的應(yīng)用呈現(xiàn)出爆炸性的增長勢頭，大有一統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的趨勢。另外，MQTT在物聯(lián)網(wǎng)以外的其他領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，比如許多公司在制作手機APP時，會使用MQTT來實現(xiàn)消息推送、即時聊天等功能。
二、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層模型
2.1 OSI七層模型
OSI（Open System Interconnection，開放系統(tǒng)互連）七層網(wǎng)絡(luò)模型稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，是一個邏輯上的定義和規(guī)范。OSI把網(wǎng)絡(luò)從邏輯上分為了7層，每一層都有相關(guān)、相對應(yīng)的物理設(shè)備，七層模型是一種框架性的設(shè)計方法，其最主要的功能使就是幫助不同類型的主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，它的最大優(yōu)點是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個概念明確地區(qū)分開來，概念清楚，理論也比較完整，通過七個層次化的結(jié)構(gòu)模型使不同的系統(tǒng)不同的網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)可靠的通訊。
| 分層名稱 | 功能 | 每層功能概覽 | |
|---|---|---|---|
| 7 | 應(yīng)用層 | 針對特定應(yīng)用的協(xié)議 |  |
| 6 | 表示層 | 設(shè)備固有數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)標準數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換 |  |
| 5 | 會話層 | 通信管理，負責(zé)建立和斷開通信連接(數(shù)據(jù)流動的邏輯通路)，管理傳輸層以下的分層。 |  |
| 4 | 傳輸層 | 管理兩個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，負責(zé)可靠傳輸(確保數(shù)據(jù)被可靠地傳送到目標地址) |  |
| 3 | 網(wǎng)絡(luò)層 | 地址管理與路由選擇 |  |
| 2 | 數(shù)據(jù)鏈路層 | 互聯(lián)設(shè)備之間換送和識別數(shù)據(jù)幀 |  |
| 1 | 物理層 | 以 "0"、"1" 代表電壓的高低、燈光的閃滅，界定連接器和網(wǎng)線的規(guī)格 |  |
2.2 TCP/IP五層模型
TCP/IP通訊協(xié)議采用了五層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。
- 物理層：?負責(zé)光/電信號的傳遞方式. 比如現(xiàn)在以太網(wǎng)通用的網(wǎng)線(雙絞 線)、早期以太網(wǎng)采用的的同軸電纜(現(xiàn)在主要用于有線電視)、光纖, 現(xiàn)在的wifi無線網(wǎng)使用電磁波等都屬于物理層的概念。物理層的能力決定了最大傳輸速率、傳輸距離、抗干擾性等，集線器(Hub)工作在物理層。
- 數(shù)據(jù)鏈路層：?負責(zé)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀的傳送和識別，例如網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動、幀同步(就是說從網(wǎng)線上檢測到什么信號算作新幀的開始)、沖突檢測(如果檢測到?jīng)_突就自動重發(fā))、數(shù)據(jù)差錯校驗等工作，有以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng), 無線LAN等標準. 交換機(Switch)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。
- 網(wǎng)絡(luò)層：負責(zé)地址管理和路由選擇，例如在IP協(xié)議中, 通過IP地址來標識一臺主機，并通過路由表的方式規(guī)劃出兩臺主機之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路(路由)，路由器(Router)工作在網(wǎng)路層。
- 傳輸層：負責(zé)兩臺主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，如傳輸控制協(xié)議 (TCP)，能夠確保數(shù)據(jù)可靠的從源主機發(fā)送到目標主機。
- 應(yīng)用層：負責(zé)應(yīng)用程序間溝通，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、網(wǎng)絡(luò)遠程訪問協(xié)議（Telnet）等，網(wǎng)絡(luò)編程主要就是針對應(yīng)用層。
2.3 協(xié)議層報文間的封裝與拆封?
網(wǎng)絡(luò)模型中每一層都有自己的協(xié)議定制方案(物理層除外)，每個協(xié)議定制方案都有自己的協(xié)議首部(報頭)，當用戶發(fā)送數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)向下交給傳輸層，這是處于應(yīng)用層的操作，對用戶的數(shù)據(jù)進行封裝添加相應(yīng)的協(xié)議首部(報頭)，比如MQTT、HTTP等協(xié)議，最后應(yīng)用層通過調(diào)用傳輸層的接口來將數(shù)據(jù)遞交到傳輸層中。傳輸層會在數(shù)據(jù)前面加上傳輸層首部（此處以TCP協(xié)議為例，圖中的傳輸層首部為TCP首部，也可以是UDP首部），然后向下交給網(wǎng)絡(luò)層。同樣地，網(wǎng)絡(luò)層會在數(shù)據(jù)前面加上網(wǎng)絡(luò)層首部（IP首部），然后將數(shù)據(jù)向下交給鏈路層，鏈路層會對數(shù)據(jù)進行最后一次封裝，即在數(shù)據(jù)前面加上鏈路層首部（此處使用以太網(wǎng)接口為例），然后將數(shù)據(jù)交給網(wǎng)卡。最后，網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理鏈路上的電平信號，數(shù)據(jù)就這樣被發(fā)送到了網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)的發(fā)送過程，可以概括為TCP/IP的各層協(xié)議對數(shù)據(jù)進行封裝的過程，如圖所示：
當設(shè)備的網(wǎng)卡接收到某個數(shù)據(jù)包后，它會將其放置在網(wǎng)卡的接收緩存中，并告知TCP/IP內(nèi)核。然后TCP/IP內(nèi)核就開始工作了，它會將數(shù)據(jù)包從接收緩存中取出，并逐層解析數(shù)據(jù)包中的協(xié)議首部信息，并最終將數(shù)據(jù)交給某個應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)的接收過程與發(fā)送過程正好相反，可以概括為TCP/IP的各層協(xié)議對數(shù)據(jù)進行解析的過程。?
三、IP協(xié)議
IP協(xié)議（Internet Protocol），又稱之為網(wǎng)際協(xié)議，IP協(xié)議處于網(wǎng)絡(luò)層工作，它是整個TCP/IP協(xié)議棧的核心協(xié)議，上層協(xié)議都要依賴IP協(xié)議提供的服務(wù)，IP協(xié)議負責(zé)將數(shù)據(jù)報從源主機發(fā)送到目標主機，通過IP地址作為唯一識別碼，簡單來說，不同主機之間的IP地址是不一樣的，在發(fā)送數(shù)據(jù)報的過程中，IP協(xié)議還可能對數(shù)據(jù)報進行分片處理，同時在接收數(shù)據(jù)報的時候還可能需要對分片的數(shù)據(jù)報進行重裝等等。底層網(wǎng)絡(luò)的差異化(以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等)，可以通過IP協(xié)議進行統(tǒng)一化，IP協(xié)議以上的網(wǎng)絡(luò)層都可以看作為相同協(xié)議。
3.1 MAC地址?
MAC(Media Access Control)地址，意譯為媒體訪問控制，或稱為物理地址，MAC地址是計算機的唯一位硬件編號，在網(wǎng)卡出廠時就已經(jīng)確定，不能修改，其長度為48位，6個字節(jié)，一般用16進制數(shù)字加上冒號的形式來表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)，MAC地址用來識別數(shù)據(jù)鏈路層中相連的節(jié)點。
3.2 IP地址
在TCP/IP設(shè)計之初，為了標識互聯(lián)網(wǎng)中的每臺主機的身份，設(shè)計人員為每個接入網(wǎng)絡(luò)中的主機都分配一個IP地址（Internet Protocol Address），是一個32位的整數(shù)地址，只有合法的IP地址才能接入互聯(lián)網(wǎng)中并且與其他主機進行通信，IP地址是軟件地址，不是硬件地址，硬件MAC地址是存儲在網(wǎng)卡中的，應(yīng)用于本地網(wǎng)絡(luò)中尋找目標主機。而IP地址能讓一個網(wǎng)絡(luò)中的主機能夠與另一個網(wǎng)絡(luò)中的主機進行通信，無需理會這些主機之間的MAC地址。
每個IP地址長度為32比特（4字節(jié)），因此總共有2^32個可能的IP地址，大約有40億個IP地址能被使用的。這些地址一般按所謂點分十進制記法（dotted-decimal notation）書寫，即地址中的每個字節(jié)用它的十進制形式書寫，各字節(jié)間以點分隔開。例如， IP地址為192.168.0.122，192是該地址第一個8比特的十進制等價數(shù)，168是該地址第二個8比特的十進制等價數(shù)，依此類推。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-821149.html
3.3 MAC地址與IP地址區(qū)別
- 對于網(wǎng)絡(luò)上的某一設(shè)備，如一臺計算機或一臺路由器，其IP地址是基于網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計出的，同一臺設(shè)備或計算機上，改動IP地址是很容易的（但必須唯一），而MAC則是生產(chǎn)廠商燒錄好的，一般不能改動。
- 長度不同。IP地址為32位，MAC地址為48位。
- 分配依據(jù)不同。IP地址的分配是基于網(wǎng)絡(luò)拓撲，MAC地址的分配是基于制造商。
- 尋址協(xié)議層不同。IP地址應(yīng)用于OSI第三層，即網(wǎng)絡(luò)層，而MAC地址應(yīng)用在OSI第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以使數(shù)據(jù)從一個節(jié)點傳遞到相同鏈路的另一個節(jié)點上（通過MAC地址），而網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議使數(shù)據(jù)可以從一個網(wǎng)絡(luò)傳遞到另一個網(wǎng)絡(luò)上（ARP根據(jù)目的IP地址，找到中間節(jié)點的MAC地址，通過中間節(jié)點傳送，從而最終到達目的網(wǎng)絡(luò)）。如下圖所示，唐僧要去西天取經(jīng)（東土大唐，西天）為源IP地址和目的IP地址，中間經(jīng)過（東土大唐，寶象國）、（寶象國，烏雞國）、(烏雞國、西天)分別為源MAC地址和目的MAC地址，MAC源和目的地址根據(jù)路由過程而變化，IP源和目的地址在路由過程中始終不變。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-821149.html
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