一文理解网络参考模型及应用层、传输层协议

大家好呀！我是reload。今天来简单介绍一下网络参考模型部分，应用层、传输层及其对应的协议。重点是tcp协议的工作流程，如三次握手、四次挥手，也可以作为一道非常经典的求职面试题考察。

一、应用和数据

应用，如我们平常使用的微信、QQ，以及其他各种各样的软件。

数据，以微信聊天为例，我们每天聊天的文本消息，发送的图片、视频等都是数据。

应用与数据的关系？应用产生数据

数据在网络设备之间是如何传递的？通过网络参考模型进行数据的封装﹐再由网络介质实现数据的传递

二、网络参考模型与标准协议

什么是网络参考模型？数据进行标准化封装的流程

1、网络参考模型的分类

1.1 OSI 参考模型

1）概述

OSI 模型，由国际化标准组织ISO 收录在ISO 7489标准中并于1984年发布。

OSI参考模型又称为七层模型，每层及其功能如下：

注：这7个层次都是在一台电脑或设备上处理的。每一个网络设备上（如手机、电脑）都会有这些模型层次。比如微信聊天，发送一段文本给好友，在发送这些数据之前，就经过了这几层模型的处理，非常快就已经做了这些数据的信息处理。

2）对上三层的理解

为了更方便理解，从我们生活中举例，如下：

应用层：对接app，对接应用，如微信。

表示层：如A通过微信发消息给好友B，B只能通过微信接收信息，而不是QQ。

会话层：如微信点开一个好友聊天页面，只能与该好友互通信息，点开过程中就建立了双方的会话连接。

3） 其余四层的理解

以现实生活中买卖双方之间的交易为例。有A、B买卖双方，如下

1.2 TCP/IP参考模型

1）概述

由于OSI协议栈比较复杂，且TCP和IP两大协议在业界被广泛使用，所以TCP/IP参考模型成为了互联网的主流参考模型。

TCP/IP参考模型分为TCP/IP对等模型和TCP/IP标准模型两类。

2）分层模型有什么好处？

①各个层次之间分工、界限明确，有助于各个部件的开发、设计和故障排除。

②通过定义在模型的每一层实现什么功能，鼓励产业的标准化。

③通过提供接口的方式，使得各种类型的网络硬件和软件能够相互通信，提高兼容性。

3）TCP/IP常见协议

HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）：用来访问在网页服务器上的各种页面。

FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）：为文件传输提供了途径，它允许数据从一台主机传送到另一台主机上。

DNS（Domain Name Service，域名解析服务）：用于实现从主机域名到IP地址之间的转换。

TCP （Transmission Control Protocol，传输控制协议）：为应用程序提供可靠的面向连接的通信服务。目前，许多流行的应用程序都使用TCP。

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）：提供了无连接通信，且不对传送数据包进行可靠性的保证（无连接，不可靠）。

IP（Internet Protocol，互联网协议）：将传输层的数据封装成数据包并完成源站点到目的站点的转发，提供无连接、不可靠的服务。

PPP（Point-to-Point Protocol，点对点协议）：一种点对点模式的数据链路层协议，多用于广域网。

Ethernet（以太网协议）：一种多路访问广播型数据链路层协议，是当前应用最为广泛的局域网技术。

注：更完整的可参考协议地图，如下

2、应用层、传输层及其协议

2.1 应用层

1）应用层产生的数据称为Data（数据）。

2）每种协议类型（如http、telnet）产生不同的数据。

3）不同类型的协议用端口号做区分。

2.2 传输层

1）传输层产生的数据称为Segment（数据段）。

2）TCP报文格式

bit，是数据存储的最小单位。1 Byte = 8 bit

1个bit可以描述 0/1（2^1）， 2个bit可以描述 00/01/10/11（2^2）

端口的取值范围 0~65535（2^16=65536）

0~1023是知名端口，一般当作目标端口使用；1024-65535 是随机端口，一般当作源端口使用。

3、tcp协议工作流程

3.1 TCP三次握手机制

1）概述

任何基于TCP的应用，在发送数据之前，都需要由TCP进行“三次握手”建立连接。

过程整理如下图所示，重点看图中注释：

2）seq和ack的值

seq：前两次，seq随机；第三次，seq=上一个报文的ack

ack：第一次，ack=0；后两次，ack=上一个报文的seq+1

置位：将bit设置为1。不置位：将bit设置为0

3.2 TCP数据交互机制

三次握手只是建立连接，不携带数据。

理解三次握手机制后，数据交互无非是携带数据进行传送，即多了一个携带的数据大小。过程整理如下图：

3.3 TCP滑动窗口机制

TCP通过滑动窗口机制来控制数据的传输速率。

1）TCP是一种有序的、可靠的报文交互，存在seq和 ack号。

2）TCP具备重传机制。

3）TCP根据网络质量调节数据传输。

4）TCP存在window字段，表明了可以接收的数据大小。

案例如下：

再来看一个案例：

注：窗口值可以自动调节每次发送报文的大小。

3.4 TCP四次挥手机制

当数据传输完成后，通过“四次挥手”机制断开TCP连接，释放系统资源。

关键是两个标志位FIN和ACK，两端都要将数据传输完成，才认为是数据交互完毕。当数据交互完毕后就会触发四次挥手机制。