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2018-05-23T15:00:18.000000Z
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网络协议概观
互联网的实现，分成好几层。每一层都有自己的功能，就像建筑物一样，每一层都靠下一层支持。如何分层有不同的模型，有的模型分七层，有的分四层。我觉得，把互联网分成五层，比较容易解释。
- 物理层
- 是什么：使用光缆、电缆、双绞线、无线电波等物理手段将多台电脑连接起来组成一个网络，并规定了网络的一些电气特性，这就叫做“物理层”。
- 作用：就是确保原始的数据(对于数字应用来说就是0/1序列)可在各种物理媒介上传输。
- 数据链路层
- 是什么：单纯的0/1并没有任何意义，必须规定这些电信号的解读方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？这就是“数据链路层”存在的意义。
- 工作原理：
- 数据包：以太网协议规定，一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”。每一帧可以分成两部分：标头（包含发送者、接受者、数据类型等）和数据（数据包的具体内容）。
- MAC地址：以太网协议规定，入网的所有设备必须具有“网卡”接口。数据包必须从一块网卡传送到另一块网卡，网卡的地址就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做“MAC地址”。每块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的MAC地址，通常用12个十六进制数表示。
- 广播：
定义了MAC地址后，一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址呢？当然ARP协议(地址解析协议)可以解决这个问题。
系统怎样才能把数据包准确送到接收方？以太网是将数据包发送给本网络中所有计算机，让每台计算机自己判断是否为接收方。这种发送方式被称为“广播”。
- 有了数据包的定义、网卡的MAC地址、广播的发送方式，"数据链路层"就可以实现在多台计算机之间传送数据了。
- 网络层
- 网络层的由来
以太网协议，依靠MAC地址发送数据。可是这种方式局限于发送者所在的子网络。由于互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络。因此，必须要找到一种方法，来区分哪些MAC地址属于同一个网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用"路由"方式发送。这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"，简称"网址"。
"网络层"出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。
网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。 - IP协议
规定网络地址的协议，叫做IP协议。它所定义的地址，就被称为IP地址。目前，广泛采用的是IP协议第四版，简称IPv4。这个版本规定，网络地址由32个二进制位组成。
习惯上，我们用分成四段的十进制数表示IP地址，从0.0.0.0一直到255.255.255.255。
互联网上的每一台计算机，都会分配到一个IP地址。这个地址分成两个部分，前一部分代表网络，后一部分代表主机。比如，IP地址172.16.254.1，这是一个32位的地址，假定它的网络部分是前24位（172.16.254），那么主机部分就是后8位（最后的那个1）。处于同一个子网络的电脑，它们IP地址的网络部分必定是相同的，也就是说172.16.254.2应该与172.16.254.1处在同一个子网络。
但是，问题在于单单从IP地址，我们无法判断网络部分。还是以172.16.254.1为例，它的网络部分，到底是前24位，还是前16位，甚至前28位，从IP地址上是看不出来的。
那么，怎样才能从IP地址，判断两台计算机是否属于同一个子网络呢？这就要用到另一个参数"子网掩码"（subnet mask）。
所谓"子网掩码"，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.254.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。
知道"子网掩码"，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
比如，已知IP地址172.16.254.1和172.16.254.233的子网掩码都是255.255.255.0，请问它们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算，结果都是172.16.254.0，因此它们在同一个子网络。
总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。 - IP数据包
根据IP协议发送的数据，就叫做IP数据包。具体来说，IP数据包也分为标头(包括版本、长度、IP地址等信息)和数据(IP数据包的具体内容)两个部分。它放进以太网数据包后，以太网数据包就变成了下面这样。
- ARP协议
关于"网络层"，还有最后一点需要说明。
因为IP数据包是放在以太网数据包里发送的，所以我们必须同时知道两个地址，一个是对方的MAC地址，另一个是对方的IP地址。通常情况下，对方的IP地址是已知的（后文会解释），但是我们不知道它的MAC地址。所以，我们需要一种机制，能够从IP地址得到MAC地址。
OSI模型把网络工作分为七层，IP地址在OSI模型的第三层，MAC地址在第二层，彼此不直接打交道。在通过以太网发送IP数据包时，需要先封装第三层（32位IP地址）、第二层（48位MAC地址）的报头，但由于发送时只知道目标IP地址，不知道其MAC地址，又不能跨第二、三层，所以需要使用地址解析协议。使用地址解析协议，可根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息解析出目标硬件地址（MAC地址）信息，以保证通信的顺利进行。
ARP协议的工作过程描述如下：
1、PC1希望将数据发往PC2，但它不知道PC2的MAC地址，因此发送了一个ARP请求，该请求是一个广播包，向网络上的其它PC发出这样的询问：“192.168.0.2的MAC地址是什么?”，网络上的其它PC都收到了这个广播包。
2、PC2看了这个广播包，发现其中的IP地址是我的，于是向PC1回复了一个数据包，告诉PC1，我的MAC地址是00-aa-00-62-c6-09。PC3和PC4 收到广播包后，发现其中的IP地址不是我的，因此保持沉默，不答复数据包。
3、PC1知道了PC2的MAC地址，它可以向PC2发送数据了。同时它更新了自己的ARP缓存表，下次再向PC2发送信息时，直接从ARP缓存里查找PC2的MAC地址就可以了，不需要再次发送ARP请求。
- 网络层的由来
传输层
- 传输层的由来
有了MAC地址和IP地址，我们已经可以在互联网上对任意两台主机建立通信。可是同一台主机上有许多程序都需要网络，我们怎么知道这些数据包到底是供哪个程序使用的呢？
所以我们还需要一个参数，这个参数叫做“端口”。每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。
"传输层"的功能，就是建立"端口到端口"的通信。相比之下，"网络层"的功能是建立"主机到主机"的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。因此，Unix系统就把主机+端口，叫做"套接字"（socket）。有了它，就可以进行网络应用程序开发了。 UDP协议
TCP协议
如何学习TCP协议
- 传输层的由来
应用层
应用程序收到"传输层"的数据，接下来就要进行解读。由于互联网是开放架构，数据来源五花八门，必须事先规定好格式，否则根本无法解读。
"应用层"的作用，就是规定应用程序的数据格式。
举例来说，TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了"应用层"。
这是最高的一层，直接面对用户。它的数据就放在TCP数据包的"数据"部分。因此，现在的以太网的数据包就变成下面这样。
至此，整个互联网的五层结构，自下而上全部讲完了。这是从系统的角度，解释互联网是如何构成的。下一篇，我反过来，从用户的角度，自上而下看看这个结构是如何发挥作用，完成一次网络数据交换的。
互联网协议入门（一）
互联网协议入门（二）
数字签名
什么是HTTPS？
HTTPS要使客户端与服务器端的通信过程得到安全保证，必须使用对称加密算法，但是协商对称加密算法的过程，需要使用非对称加密算法来保证安全，然而直接使用非对称加密的过程本身也不安全，会有中间人篡改公钥的可能性，所以客户端与服务器不直接使用公钥，而是使用数字证书签发机构颁发的证书来保证非对称加密过程本身的安全。这样通过这些机制协商出一个对称加密算法，就此双方使用该算法进行加密解密。从而解决了客户端与服务器端之间的通信安全问题。
