广播网络链路

一个节点发送信号，多个节点接收信号，多个节点接收信号的状态有所不同细分成以下三个网络。

单工广播网络

单通道通信，在一个网络环境中，一个只能发送信息，不能接收信息。其它主机只能接收信息，不能发送信息。即单工广播网络

半双工广播网络

在一个网络环境中，存在双向网络通信，这些节点既能发送消息，也能接收消息，但同一时刻只能有单个节点在发送信息。即半双工广播网络

全双工广播网络

在一个网络环境中，存在双向网络通信，一个节点技能发送消息，也能接收消息，这些节点同一时刻既要能发送消息，也需要接收消息。即全双工广播网络。比如说大合唱活动。

点对点网络链路

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进程与进程通信

在数据链路层，数据之间通过点对点的方式进行传输（局域网）。在网络层，数据通过主机对主机方式进行通信，IP数据包的发送与接收。在传输层，进程或应用程序通过端口进行通信，也叫进程与进程之间的通信，TCP与UDP协议就是在这一层次工作的。

端口和套接字

端口是标识指定应用程序的一种方式，用16位的bit表示，共有 2^16-1=65535 个端口总数。端口分为已定义端口和临时端口

1. 已定义端口：
   • 小于255的端口是为公共应用保留的
   • 255~1023之间的端口被分配给一些公司的市场应用
   • 大于1023的端口未定义。
2. 临时端口
   • 客户端与服务器连接的时候，主要客户端需要，运行客户端进程的主机就会给客户端临时分配一个临时端口。
     套接字(socket)是我们在网络中可以命名和寻址的通信连接点（端点）。通常情况下，一台主机采用典型的系统配置作为服务器，其它主机作为客户端。客户端连接服务器，并与之交换信息，最后断开连接，相当于螺帽一样的存在。
3. 套接字连接类型
   • 面向连接（TCP）7
   • 无连接（UDP）

UDP

1. UDP 工作流程：
   • 将上层数据封装，填充上UDP头部，发送给下层协议(IP协议)，
2. UDP不做什么：
   • 发送数据前建立连接
   • 检测数据的丢失并重传
   • 保证接受数据的顺序与发送数据的顺序一致
   • 提供拥塞处理机制，以及两个应用之间的流控制机制
3. UDP消息格式
   UDP数据报分为两个部分：UDP头部和UDP数据区域。头部数据的组成如下：
   • 源端口号：16位，表明发送UDP数据的源进程的端口
   • 目标端口号： 16位，表明接收UDP协议的目标进程的端口
   • 长度：16位，表明用户数据报的长度，以字节计。包括头部长度。
   • 校检和：一个可选的16位字段，是伪IP头部，UDP头部，UDP数据的反码和(异或运算)。
     数据区域： 长度可变，被封装在上层消息中被发送出去。

TCP

1. TCP连接的建立(三次握手)
   这里的客户端个服务端的概念是相对的。客户端有可能是服务端，服务端也有可能是客户端。
   TCP的建立是通过元数据SYN+ACK来确认连接信息的。 SYN元数据用于标识报文，以方便将报文重组。ACK元数据表示的是一个“确认回复”消息。值和接收到的syn值有关，一般是+1的关系。为了简单，我们将SYN报文的序列号称作SEQ
   1. 客户端发送SEQ=J,ACK=0给服务端请求建立连接，如果超过一定时间没收到服务端的响应(计时器超时)，会重新发送请求。
   2. 服务端收到请求，回复SEQ=K(k是随机值)，ACK=J+1表示接收到请求，同意建立连接。
   3. 客户端发送 SEQ=J+1,ACK=K+1,确认号ACK=K+1表示客户端已经接收到服务端的响应，开始建立连接
2. TCP连接的四次挥手
   TCP建立一次连接需要三次握手，而结束一个连接却需要四次，这是因为TCP的半关闭状态决定的(一端处于开启状态，一端处于关闭状态)。由于TCP是全双工通信，所以两端都要关闭才能算是关闭。
   1. 客户端首先调用关闭，发送FIN码给服务端，假设这里的FIN 值为M.
   2. 服务端接收到带有FIN码的请求，执行被动关闭，并回复确认信息给客户端，此时ACK的值为M+1.同时传输给用户一个结束文件，这是因为接收到FIN码意味着服务端不再向客户端发送文件。
   3. 服务端会请求客户端进行关闭连接，发送FIN码的请求，这里假设值为N。同时会开启一个计时器，若超时，没收到客户端发送的确认信息，会自动关闭连接
   4. 客户端同意服务端的关闭确认，回复ACK=N+1给服务端同意连接关闭。
      当客户端发送的FIN码，服务端没收到，会引发客户端重传，当经过N次重传失败的时候，客户端就会放弃重传，关闭连接。但当发送者关闭连接，服务端并不知道，所以服务端会处于完全活动状态，这就导致了半关闭状态。为了避免这种问题，一种解决方案是，当服务端在指定的时间没接收到客户端发送的数据，就自动单方面关闭连接。那么这个半关闭状态问题就解决了。
3. TCP头部数据格式

| 00~15 | 16~31|
| :—–: | :—–: | :—–：| | :—–: | :——: | :——–: | :—: | :—-: |
| 源端口号 | 目的端口号|
| 序号 |
| 确认号 |
| 4位头部长度 | 6位保留 | URG | ACK | PSH | RST | SYN | 窗口大小 |
| 校检和 | 紧急指针 |
| 选项 |
| 数据 |

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协议栈

​ 协议栈是一整套完整的网络协议层次，它们一起协同工作，提供网络互联能。它被成为栈，是因为它一般被设计为等级层次结构，每一层都能支持上层通讯使用下层通讯。

​ 层次的数量因模型的不同而不同，TCP/IP 模型有5层（应用层，传输层，网络层，数据链路层和物理层）。OSI模型有7层（应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层和物理层）。

​ 两个设备间想正常的通讯必须拥有相同的协议栈，这样不同的操作系统之间的电脑才能够正常的通讯。

OSI模型

应用层

定义数据传输协议，例如文件传输用的是FTP还是HTTP

表示层

将应用层传输的数据转化成下层能理解的标准格式，同样的，表示层将接受自会话层的数据转换成应用层能理解的格式。

会话层

​ 一旦资料被转换成正确的格式，发送端主机必须与接收端主机建立一个会话。它主要负责建立、维持和终止与远端主机的会话。会话通常在应用程序间建立。属于软件层面的应用。

传输层

​ 传输层负责维持流控制。例如：windows操作系统上各个应用程序和自身都需要进行网络通讯，传输层提取来自不同程序的数据，并把他们整合为一个单独的数据流。

​ 传输层也负责错误检查和在必要时进行数据恢复。实质上，传输层确保所有的数据能从传输端主机发送到接收端主机。

网络层

​ 网络层决定数据如何到达接收者。它处理像寻址、路由和逻辑协议之类的工作。网络层在资源与目的主机之间创造逻辑路径，也叫虚电路，虚电路为每个数据包提供一条通往目的地的通道。网络层也负责它自己的错误处理，以及数据包的排序和拥塞控制。

​ 数据包的排序是非常重要的，因为许多协议限制了最大数据包的大小，当一个数据过大时，会将数据拆分成多个数据包，这时，网络层就会为每个数据包分配一个序列号。当接收端的网络层接收到数据时，就会检查数据包序列号，并重新组装数据，并检查是否有数据包遗失。

数据链路层

​ 数据链路层可以进一步分为两层，介质访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC），MAC层通过它的MAC地址建立计算机在网络上的身份，MAC地址是硬件给网络适配器分配的地址，它是最终发送和接受数据包时使用的地址。LLC层控制帧同步，并提供一定程度上的错误检查机制。

物理层

​ 物理层是硬件上的规范，定义了什么是用于传输和接收数据的（硬件设备）。

OSI模型的工作原理

​ 数据从主机发送到接收端时，首先从应用层到物理层流动，这时候数据每流经一层都会附带对应层次的协议头，协议头是附加在数据开头处的一段信息，除了物理层不会。接收端接受的数据是自下而上流动的，从物理层到应用层，每一层都会读取对应协议头的信息，用来决定接收端每一层该如何处理接收的信息。读取完之后会去除掉对应层次的协议头信息。

​ 这些协议头根据它们收到的协议头的层次不同而包含不同的信息，但是，都能够告诉对等层许多重要的信息，包括数据包大小，帧和数据报。

​ 每一层的协议头和数据被称为数据包。虽然看起来有点混乱，但每一层给它的服务数据单元都有不同的名字，以下是OSI模型每一层的服务数据单元的通用名称。

TCP/IP模型

应用层

​ 是OSI参考模型中的应用层、展示层、会话层三者综合体。它定义了TCP/IP应用协议与传输层服务交互的主机应用程序接口如何使用网络。

​ 应用层包含所有高级协议: DNS，HTTP，Telnet，FTP，SNMP（简单网络管理协议），SMTP，DHCP（动态主机配置协议）,RDP（远程桌面连接协议）。

传输层

​ 和OSI模型中的传输层功能对应，有错误重传和错误诊断功能，充当应用层的传输服务，使用的是TCP或者UDP协议。一个是基于连接的，一个是基于性能的。

互联网层

​ 和OSI的网络层对应，他们的目的是将数据包通过独立的路径选择传输到目的地。

​ 数据的路由和传输时互联网层的主要作用，也是这个体系的关键元素。这一层的主要协议有：IP（网络互连协议），ICMP（互联网控制消息协议），ARP（地址解析协议），RARP（逆地址解析协议）和IGMP（互联网组管理协议）。

网络接口层

​ 定义了数据传输的物理细节，和OSI的数据链路层和物理层功能类似。它主要包含的协议有：以太网、令牌环网、FDDI、X.25、帧中继等。

TCP/IP模型和OSI模型主要区别

• OSI模型是参考实现，TCP/IP是OSI模型的具体实现

• TCP/IP协议被认为是互联网发展的标准，而OSI模型则是一个通用的独立于具体协议的标准。

• TCP/IP由四个等级层次组成，OSI有7层。

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