淺談網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型通常有OSI七層模型、TCP/IP模型妻味、五層模型。
OSI是ISO組織定義的國際化標(biāo)準(zhǔn)欣福，但并不實用责球，一般只用于學(xué)習(xí)。TCP/IP模型是事實上的標(biāo)準(zhǔn)拓劝，當(dāng)前主流應(yīng)用一般都使用此模型雏逾。
TCP/IP模型分為四層：應(yīng)用層、傳輸層郑临、網(wǎng)際層栖博、網(wǎng)絡(luò)接口層，五層模型則在TCP/IP模型基礎(chǔ)上將網(wǎng)絡(luò)接口層細(xì)分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層厢洞，此處使用五層模型仇让。

1、物理層為傳輸載體躺翻，有雙絞線丧叽、光纖、同軸電纜公你。雙絞線一般用于局域網(wǎng)踊淳，光纖一般用于遠(yuǎn)距離傳輸，同軸電纜可用于局域網(wǎng)陕靠，但基本已被雙絞線取代迂尝，現(xiàn)在用于有線電視線路。
信道復(fù)用技術(shù)有：時分復(fù)用剪芥、頻分復(fù)用垄开、波分復(fù)用、碼分復(fù)用税肪。

2说榆、數(shù)據(jù)鏈路層在物理層之上虚吟，PPP協(xié)議是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議寸认，PPP非常簡單签财，接收方每收到一個幀，就進行CRC校驗偏塞，如正確則收下唱蒸，反之則丟棄這個幀。數(shù)據(jù)的表示方式有歸零制灸叼、不歸零制神汹、曼切斯特編碼，差分曼切斯特編碼古今。
早期有以太網(wǎng)共享協(xié)議CSMA/CD屁魏，將許多站點接到一根總線上，CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）是以半雙工方式運行（發(fā)送和接收不能同時進行）捉腥。載波監(jiān)聽就是發(fā)送前先監(jiān)聽氓拼，發(fā)送前要檢測總線上是否有其他站點在發(fā)送數(shù)據(jù)（如果有則等空閑時再發(fā)）；碰撞檢測就是邊發(fā)送邊監(jiān)聽抵碟，適配器邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測其他站點是否也在發(fā)送數(shù)據(jù)桃漾，如果發(fā)現(xiàn)有其他站點也在發(fā)送數(shù)據(jù)（同時只能一個站點發(fā)），則立即停止發(fā)送拟逮，等待空閑后再發(fā)送撬统，CSMA/CD協(xié)議要求發(fā)送時延至少要兩倍的傳播時延才能保證沖突檢測。以太網(wǎng)有效幀長度為64~1518字節(jié)敦迄，大于或者小于有效長度的幀會被直接丟棄×底罚現(xiàn)在一般使用交換式集線器，也就是常說的交換機罚屋。

3苦囱、網(wǎng)絡(luò)層的兩大主要功能為分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇，分組轉(zhuǎn)發(fā)是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將接收到的分組從某個接口轉(zhuǎn)發(fā)出去沿后，路由選擇是網(wǎng)絡(luò)層決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑的過程（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP沿彭、OSPF，外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP尖滚、）喉刘。
IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的重要協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層還有其他輔助協(xié)議漆弄，如ARP睦裳，RARP、ICMP撼唾、IGMP廉邑。IPV4為32位二進制數(shù)，一般使用點分十進制來表示，IPV6為128位二進制數(shù)蛛蒙。IP地址由網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分組成糙箍，例如在192.168.0.1/24中，網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.0.0牵祟，主機號為1深夯。
一些特殊的IP地址不能分配給主機：網(wǎng)絡(luò)地址和主機號全為0表示為本網(wǎng)絡(luò)上的本主機（0.0.0.0），主機地址全為1的地址表示該網(wǎng)段的廣播地址诺苹。本地專用網(wǎng)段地址有：10.0.0.0-10.255.255.255咕晋、172.16.0.0-172.31.255.255、192.168.0.0-192.168.255.255收奔，IP協(xié)議會將大于MTU大小的數(shù)據(jù)報分成多個數(shù)據(jù)報發(fā)送据德，到達(dá)目的地后再組裝续挟。
ARP協(xié)議的作用是獲取IP地址對應(yīng)的Mac地址遍尺。路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報的過程基本如下：提取目的IP地址D挠轴，對路由器各個網(wǎng)絡(luò)的掩碼與D相與（AND位運算），如結(jié)果與網(wǎng)絡(luò)地址匹配损姜，則直接交付饰剥。否則查詢路由表中的每一行（目的網(wǎng)絡(luò)地址、掩碼摧阅、下一跳汰蓉、接口），用其掩碼與D相與棒卷，結(jié)果與網(wǎng)絡(luò)地址匹配則交付顾孽。如果路由表查詢完畢還未找到則查看是否有默認(rèn)路由，有則轉(zhuǎn)發(fā)至默認(rèn)路由比规，沒有則報錯若厚。知道IP地址但不知道物理地址無法到達(dá)，所以需要ARP來完成這個工作 蜒什，如果ARP表中找不到某個IP的MAC地址测秸，則會發(fā)送一個廣播，由該IP主機回應(yīng)灾常。
ICMP協(xié)議霎冯，ICMP差錯報告報文有五種：終點不可達(dá)、源點抑制钞瀑、超時沈撞、參數(shù)問題、改變路由（重定向）雕什，Windows系統(tǒng)常用的Ping命令使用的就是ICMP報文缠俺∠跃В可以使用Wireshark抓取各個協(xié)議數(shù)據(jù)包和使用Cisco Pakcket Tracer模擬網(wǎng)絡(luò)連接。

4壹士、傳輸層在網(wǎng)絡(luò)層之上磷雇，主要協(xié)議有TCP和UDP，TCP協(xié)議需要先建立連接墓卦，有分段機制倦春、滑動窗口機制（分為可用部分，已發(fā)送未確認(rèn)部分落剪，已發(fā)送部分）、流量控制尿庐、擁塞控制（發(fā)送速率慢慢增加忠怖，遇到網(wǎng)絡(luò)擁塞立即停止發(fā)送）等功能。TCP會將過大的數(shù)據(jù)包分段發(fā)送（在建立連接時會溝通MSS大谐）凡泣，這樣IP協(xié)議就不用再分片重組。使用Nagle算法會產(chǎn)生粘包現(xiàn)象（數(shù)據(jù)包太小時會與接下來到達(dá)的數(shù)據(jù)包合并為一個大的數(shù)據(jù)包發(fā)送）皮假。因為這些現(xiàn)象需要對TCP接收到數(shù)據(jù)包進行拆包和判斷是否接收完畢鞋拟，通常的做法有：固定TCP數(shù)據(jù)包長度或者將數(shù)據(jù)包分為頭部+數(shù)據(jù)，頭部存儲數(shù)據(jù)包總長度*惹资，TCP是一種可靠地傳輸層協(xié)議贺纲。
UDP基本沒有對IP數(shù)據(jù)報做處理，所以可能會產(chǎn)生包順序錯亂和丟包現(xiàn)象（數(shù)據(jù)報分片發(fā)送褪测，每個數(shù)據(jù)幀選擇的路由線路可能不同就會產(chǎn)生順序錯亂猴誊，路由器緩存區(qū)滿了就會產(chǎn)生丟包現(xiàn)象）。UDP不需要合并數(shù)據(jù)段侮措，這個工作由IP協(xié)議完成懈叹，可在應(yīng)用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)包分段，增加應(yīng)答分扎、重傳等機制實現(xiàn)可靠UDP（如KCP協(xié)議）澄成。

5、應(yīng)用層協(xié)議有很多畏吓，例如DNS域名解析墨状、FTP文件傳輸、DHCP動態(tài)主機配置庵佣、HTTP超文本傳輸?shù)惹附骸？梢允褂肧ocket實現(xiàn)自己的應(yīng)用層協(xié)議參考C#實現(xiàn)