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目录

IP地址

概念

格式

端口号

概念

格式

协议

五元组

协议分层

OSI七层网络协议模型

TCP/IP五层网络模型

网络数据通信的基本流程

封装

1.应用程序层

2.传输层

3.网络层

4.数据链路层

5.物理层

分用

1.物理层

2.数据链路层

3.网络层

4.传输层

5.应用程序层

网络设备所在分层

IP地址

概念

IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。简单来说，ip地址就是用于定位主机的网络地址。

格式

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位2二进制数”（也就是4个字节），例如：01100100.00000100.00000101.00000110。

通常用“点分十进制”的方式表示。即a.b.c.d的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制数），例如：上述地址表示为100.4.5.6

端口号

概念

在网络通信中，IP地址用于标识主机的网络地址，端口号可以标识主机发送数据，接受数据的进程。简单来说，端口号用于定位主机中的进程。

格式

端口号是范围为0~65535（两个字节）的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定一个端口号，来发送及接收网络数据。

协议

协议即网络协议，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵循的一组约定和规则。如怎么建立连接、怎么相互识别。

协议最终体现为在网络上传输的数据包的格式。

五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识一个网络通信：

1. 源IP：标识主机
2. 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
3. 目的IP：标识目的主机
4. 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程
5. 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式

五元组在网络通信中的作用，类似于发送快递：

协议分层

网络通信十分复杂，如果只设计一个协议，完成网络通信的方方面面，势必会让这个协议非常庞大且复杂。

所以我们把一个大的协议，拆分成若干个小的，功能单一的协议。

但是拆分完后的小的协议太多，不易管理。所以把这些小的协议归类分层，并规定，只有相邻两层协议之间可以进行交互：（不能跨层交互）

• 上层协议可以调用下层协议
• 下层协议可以给上层协议提供服务

这样做的好处有：

1. 封装：上层协议，不需要了解下层协议的细节
2. 解耦：分层之后，灵活替换其中的某一层，对于整体的工作过程影响较小

这个过程类似于打电话

OSI七层网络协议模型

OSI：即Open System Interconnection，开放系统互连

OSI七层模型既复杂又不实用，实际上的网络分层方式是TCP/IP五层（四层）模型。

TCP/IP五层网络模型

• 应用层：包裹拿到之后怎么用。负责应用程序间沟通
• 传输层：任意两个设备之间的通信，不考虑中间过程，只考虑终点和起点。负责两台主机之间的数据传输
• 网络层：任意两个设备之间通信的中间过程。负责地址管理和路由选择
• 数据链路层：完成相邻两个设备之间的通信。负责设备间数据帧的传送和识别
• 物理层：规定网络通信硬件设备符合的要求。负责光电信号的传输方式

该过程类似于网上购物：

• 我买一件商品，拿到后该如何使用——应用层
• 卖家只用关心，买家收件人的信息——传输层
• 物流公司关心，包裹以怎样的路径传输——网络层
• 快递小哥/货车司机关心，包裹怎样传给下一个节点——数据链路层

网络数据通信的基本流程

封装

数据从上层到下层，一步步添加包头的过程就是封装（不同于面向对象的封装概念）

1.应用程序层

应用程序在获取到用户的输入后，会构造一个应用层的数据包。

这个应用层数据包（结构化数据），会遵循应用层协议（开发这个应用程序的程序员规定的）

例如：我在qq上发送一条信息“hello”。qq应用程序可能就会将我的消息封装成如下的数据包：

构造完成之后，应用程序就会调用传输层的API（socket API），将数据传输给传输层

2.传输层

传输层拿到数据后，构造出“传输层数据段”，

传输层的协议主要包括两个：TCP和UDP

构造完的TCP数据段，继续调用网络层的API，把TCP数据段传输给网络层

3.网络层

网络层拿到数据后，构造出“网络层数据报”

网络层最主要的协议是IP协议

构造完的IP数据报，继续调用数据链路层的API，将IP数据报传输给数据链路层

4.数据链路层

数据链路层拿到数据后，构造出“数据链路层数据帧”

数据链路层的核心协议是，以太网

5.物理层

以太网将数据帧交给网卡这样的硬件设备

网卡就会将上述的数据帧的二进制数据，最终以光信号/电信号/电磁信号的方式传播出去。

分用

数据达到接收方主机后，逐层解析就是分用

1.物理层

数据达到接收方的网卡后，网卡将光电信号转化为二进制数字，再将其交给数据链路层。

数据链路层的协议决定了物理层的数据是怎么来的：例如以太网数据决定了数据是从网线光纤传来的，802.11协议决定了数据是从wifi来的

2.数据链路层

按照以太网协议进行解析，取出帧头和帧尾，剩下的载荷向上传递给网络层

帧头中就有专门的属性记录了网络层使用的是什么协议

3.网络层

按照IP协议进行解析，取出IP报头，剩下的载荷向上传递给传输层

IP报头中描述了传输层使用了什么协议，以及源IP/目的IP

4.传输层

按照TCP协议进行解析，取出TCP段头，剩下的载荷向上传递给应用层

TCP段头中记录了源端口号/目的端口号，这样就告知了我们数据要交给哪个应用程序

5.应用程序层

qq应用程序，按照qq的应用协议，解析应用层的数据包，取出其中的消息内容展示给用户

网络设备所在分层

• 主机：工作过程涉及物理层——>应用层，在应用层方面，通过应用程序满足网络通信需求
  注意：操作系统涉及的是物理层——>传输层
• 路由器：工作过程涉及物理层——>网络层，组建局域网，进行网络数据包转发
• 交换机：工作过程涉及物理层——>数据链路层，对路由器接口的扩展，不需要考虑组网问题

传输数据的中间过程，也涉及到了封装分用

当主机的数据传输到交换机时：（二层转发）

交换机会完成物理层解析、数据链路层解析，然后重新构造出以太网数据帧，发送给下一个设备

当主机的数据传输到路由器时：（三层转发）

路由器会完成物理层解析、数据链路层解析、网络层解析，然后重新构造出IP数据报，发送给下一设备