OSI七層模型

七層模型一般指開放系統(tǒng)互連參考模型，開放系統(tǒng)互連參考模型 （Open System Interconnect 簡稱OSI），OSI參考模型是具有7個(gè)層次的框架，自底向上的7個(gè)層次分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。

背景：生活中每個(gè)地方都有自己的方言，而大家如果都將方言肯定就亂了，聽不懂，為了讓大家都能夠暢通的交流通信，從而推出普通話標(biāo)準(zhǔn)，大家都用普通話標(biāo)準(zhǔn)，這樣就能暢通無阻的通信了。而網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也是一樣，任何網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)只要都遵循這個(gè)模型，然后物理上連接起來，它們之間都可以互相通信。

TCP/IP

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）是指能夠在多個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)膮f(xié)議簇。TCP/IP協(xié)議不僅僅指的是TCP?和IP兩個(gè)協(xié)議，而是指一個(gè)由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協(xié)議構(gòu)成的協(xié)議簇， 只是因?yàn)樵赥CP/IP協(xié)議中TCP協(xié)議和IP協(xié)議最具代表性，所以被稱為TCP/IP協(xié)議。?[1]

TCP/IP協(xié)議在一定程度上參考了OSI的體系結(jié)構(gòu)。OSI模型共有七層，從下到上分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。但是這顯然是有些復(fù)雜的，所以在TCP/IP協(xié)議中，它們被簡化為了四個(gè)層次。只有四層體系結(jié)構(gòu)的TCP/IP協(xié)議，與有七層體系結(jié)構(gòu)的OSI相比要簡單了不少，也正是這樣，TCP/IP協(xié)議在實(shí)際的應(yīng)用中效率更高，成本更低。

OSI是定義了一個(gè)理論的通信模型，而TCP/IP則是實(shí)現(xiàn)了這個(gè)理論，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化的一個(gè)通信協(xié)議。

OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型	TCP/IP四層網(wǎng)絡(luò)模型	對應(yīng)協(xié)議	對應(yīng)設(shè)備
應(yīng)用層	應(yīng)用層	HTTP、FTP、SFTP、TELNET、SMTP、WebSocket	計(jì)算機(jī)
表示層
會(huì)話層
傳輸層	傳輸層	TCP、UDP	防火墻
網(wǎng)絡(luò)層	網(wǎng)絡(luò)層	IP、ICMP、OSPF、EIGRP、IGMP	路由器
數(shù)據(jù)鏈路層	網(wǎng)絡(luò)接口層	SLIP、CSLIP、PPP、MTU	交換機(jī)
物理層		ISO2110、IEEE802	集線器

應(yīng)用層

應(yīng)用層：應(yīng)用層是TCP/IP協(xié)議的第一層，是直接為應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)的。

（1）對不同種類的應(yīng)用程序它們會(huì)根據(jù)自己的需要來使用應(yīng)用層的不同協(xié)議，郵件傳輸應(yīng)用使用了SMTP協(xié)議、萬維網(wǎng)應(yīng)用使用了HTTP協(xié)議、遠(yuǎn)程登錄服務(wù)應(yīng)用使用了有TELNET協(xié)議。?[1]

（2）應(yīng)用層還能加密、解密、格式化數(shù)據(jù)。?[1]

（3）應(yīng)用層可以建立或解除與其他節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系，這樣可以充分節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。?[1]

HTTP

HTTP_百度百科 (baidu.com)

超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）是一個(gè)簡單的請求-響應(yīng)協(xié)議，它通常運(yùn)行在TCP之上。它指定了客戶端可能發(fā)送給服務(wù)器什么樣的消息以及得到什么樣的響應(yīng)。請求和響應(yīng)消息的頭以ASCII形式給出；而消息內(nèi)容則具有一個(gè)類似MIME的格式。超文本傳輸協(xié)議是一種用于分布式、協(xié)作式和超媒體信息系統(tǒng)的應(yīng)用層協(xié)議，是萬維網(wǎng)WWW（World Wide Web）的數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。

通信過程

詳情見TCP/IP通信過程。

報(bào)文格式

請求行 － 通用信息頭 － 請求頭 － 實(shí)體頭 － 報(bào)文主體

狀態(tài)行 － 通用信息頭 － 響應(yīng)頭 － 實(shí)體頭 － 報(bào)文主體

WebSocket

WebSocket_百度百科 (baidu.com)

是一個(gè)通信協(xié)議，WebSocket是一種在單個(gè)TCP連接上進(jìn)行全雙工通信的協(xié)議。

WebSocket使得客戶端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換變得更加簡單，允許服務(wù)端主動(dòng)向客戶端推送數(shù)據(jù)。在WebSocket API中，瀏覽器和服務(wù)器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以創(chuàng)建持久性的連接，并進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。

WebSocket 是獨(dú)立的、創(chuàng)建在 TCP 上的協(xié)議。
為了創(chuàng)建Websocket連接，需要通過瀏覽器發(fā)出請求，之后服務(wù)器進(jìn)行回應(yīng)，這個(gè)過程通常稱為“握手”（handshaking）。Websocket 通過HTTP/1.1 協(xié)議的101狀態(tài)碼進(jìn)行握手。

只需要進(jìn)行一次握手連接，后續(xù)就可以通過這個(gè)連接一直通信。

與HTTP比較

WebSocket只需要進(jìn)行一次握手連接，然后就可以進(jìn)行通信。而HTTP一次握手只能通信一次，每次通信都需要進(jìn)行握手。

WebSocket只在握手的時(shí)候是使用http協(xié)議，在連接創(chuàng)建后，服務(wù)器和客戶端之間交換數(shù)據(jù)時(shí)，用于協(xié)議控制的數(shù)據(jù)包頭部相對較小。而HTTP每次都要攜帶完整的頭部，開銷比較大。

實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，由于服務(wù)端可以監(jiān)控變化數(shù)據(jù)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶端。而HTTP一般只能采用客戶端輪詢的方式實(shí)現(xiàn)，延遲更大。

更好的二進(jìn)制支持。Websocket定義了二進(jìn)制幀，相對HTTP，可以更輕松地處理二進(jìn)制內(nèi)容。

以下兩點(diǎn)暫時(shí)沒用到過：

可以支持?jǐn)U展。Websocket定義了擴(kuò)展，用戶可以擴(kuò)展協(xié)議、實(shí)現(xiàn)部分自定義的子協(xié)議。如部分瀏覽器支持壓縮等。

更好的壓縮效果。相對于HTTP壓縮，Websocket在適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展支持下，可以沿用之前內(nèi)容的上下文，在傳遞類似的數(shù)據(jù)時(shí)，可以顯著地提高壓縮率。

傳輸層

傳輸層：作為TCP/IP協(xié)議的第二層，傳輸層在整個(gè)TCP/IP協(xié)議中起到了中流砥柱的作用。且在傳輸層中，TCP和UDP也同樣起到了中流砥柱的作用。

TCP

TCP（傳輸控制協(xié)議）_百度百科 (baidu.com)

https://www.cnblogs.com/jojop/p/14111160.html

傳輸控制協(xié)議（TCP，Transmission Control Protocol）是為了在不可靠的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上提供可靠的端到端字節(jié)流而專門設(shè)計(jì)的一個(gè)傳輸協(xié)議。

TCP是一對一進(jìn)行通信，廣播和多播不適合用TCP

網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層在TCP/IP協(xié)議中的位于第三層。在TCP/IP協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)層可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的建立和終止以及IP地址的尋找等功能。

網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層：在TCP/IP協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)接口層位于第四層。由于網(wǎng)絡(luò)接口層兼并了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層所以，網(wǎng)絡(luò)接口層既是傳輸數(shù)據(jù)的物理媒介，也可以為網(wǎng)絡(luò)層提供一條準(zhǔn)確無誤的線路。

通信過程

TCP/IP協(xié)議工作原理和工作流程_tcp工作原理-CSDN博客

https://www.cnblogs.com/jojop/p/14111160.html

1、以web應(yīng)用為例，在發(fā)送數(shù)據(jù)通信之前先進(jìn)行三次握手：

①客戶端發(fā)送SYN包

• 應(yīng)用層：客戶端應(yīng)用程序（如瀏覽器）請求建立連接。
• 傳輸層：TCP 協(xié)議創(chuàng)建一個(gè) SYN 數(shù)據(jù)段。這個(gè)數(shù)據(jù)段的 SYN 標(biāo)志位被設(shè)置為 1，表示這是一個(gè)同步序列編號的請求，包含一個(gè)初始序列號（例如 seq = x）。
• 網(wǎng)絡(luò)層：IP 協(xié)議將 SYN 數(shù)據(jù)段封裝成 IP 數(shù)據(jù)包，并添加 IP 頭部信息（如源 IP 地址、目標(biāo) IP 地址）。
• 鏈路層：鏈路層將 IP 數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀，并添加鏈路層頭部信息（如源 MAC 地址、目標(biāo) MAC 地址）。

發(fā)送數(shù)據(jù)：[鏈路層頭部][IP 頭部][TCP 頭部 (SYN, seq = x)]

②服務(wù)端響應(yīng)SYN-ACK包

• 鏈路層：服務(wù)器的網(wǎng)卡接收到數(shù)據(jù)幀，并將其傳遞到網(wǎng)絡(luò)層。
• 網(wǎng)絡(luò)層：IP 協(xié)議去除 IP 頭部，并將 IP 數(shù)據(jù)包傳遞到傳輸層。
• 傳輸層：TCP 協(xié)議識別 SYN 數(shù)據(jù)段，生成一個(gè) SYN-ACK 數(shù)據(jù)段。這個(gè)數(shù)據(jù)段的 SYN 和 ACK 標(biāo)志位被設(shè)置為 1，包含服務(wù)器的初始序列號（例如 seq = y）和對客戶端序列號的確認(rèn)號（ack = x + 1）。
• 網(wǎng)絡(luò)層：IP 協(xié)議將 SYN-ACK 數(shù)據(jù)段封裝成 IP 數(shù)據(jù)包。
• 鏈路層：鏈路層將 IP 數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀。

發(fā)送數(shù)據(jù)：[鏈路層頭部][IP 頭部][TCP 頭部 (SYN, ACK, seq = y, ack = x + 1)]

③客戶端發(fā)送ACK包

• 鏈路層：客戶端的網(wǎng)卡接收到數(shù)據(jù)幀，并將其傳遞到網(wǎng)絡(luò)層。
• 網(wǎng)絡(luò)層：IP 協(xié)議去除 IP 頭部，并將 IP 數(shù)據(jù)包傳遞到傳輸層。
• 傳輸層：TCP 協(xié)議識別 SYN-ACK 數(shù)據(jù)段，生成一個(gè) ACK 數(shù)據(jù)段。這個(gè)數(shù)據(jù)段的 ACK 標(biāo)志位被設(shè)置為 1，包含對服務(wù)器序列號的確認(rèn)號（ack = y + 1）。
• 網(wǎng)絡(luò)層：IP 協(xié)議將 ACK 數(shù)據(jù)段封裝成 IP 數(shù)據(jù)包。
• 鏈路層：鏈路層將 IP 數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀。

發(fā)送數(shù)據(jù)：[鏈路層頭部][IP 頭部][TCP 頭部 (ACK, seq = x + 1, ack = y + 1)]

2、通信

原數(shù)據(jù)從應(yīng)用層產(chǎn)生，然后往下經(jīng)過每一層會(huì)根據(jù)協(xié)議封裝數(shù)據(jù)，到了接收方這邊從下往上經(jīng)過每一層會(huì)根據(jù)對應(yīng)的協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行拆包然后往上傳遞直到應(yīng)用層收到原數(shù)據(jù)。

圖上每一層虛線就是在數(shù)據(jù)封包和解包經(jīng)過這一層都會(huì)遵守一樣的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的封包和解包，比如HTTP協(xié)議，但請求報(bào)文經(jīng)過層層解包到了接收方的的應(yīng)用層，會(huì)根據(jù)HTTP請求報(bào)文格式：請求行 － 通用信息頭 － 請求頭 － 實(shí)體頭 － 報(bào)文主體 將數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，這就是HTTP協(xié)議的體現(xiàn)，應(yīng)用層雙方都按這個(gè)報(bào)文格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝和解包。

這樣讓人感覺就好像每一層都在直接通信，但實(shí)際上每一層不會(huì)直接對接通信。

3、四次揮手?jǐn)嚅_連接

缺陷

像OSl模型一樣，TCP/IP模型和協(xié)議也有自己的問題。

（1）該模型沒有明顯地區(qū)分服務(wù)、接口和協(xié)議的概念。因此，對于使用新技術(shù)來設(shè)計(jì)新網(wǎng)絡(luò)，TCP/IP模型不是一個(gè)太好的模板。?[5]

（2）TCP/IP模型完全不是通用的，并且不適合描述除TCP/IP模型之外的任何協(xié)議棧。?[5]

（3）鏈路層并不是通常意義上的一層。它是一個(gè)接口，處于網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層之間。接口和層間的區(qū)別是很重要的。?[5]

（4）TCP/IP模型不區(qū)分物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。這兩層完全不同，物理層必須處理銅纜、光纖和無線通信的傳輸特征；而數(shù)據(jù)鏈路層的工作是確定幀的開始和結(jié)束，并且按照所需的可靠程度把幀從一端發(fā)送到另一端。?[5]

Socket

????????所謂套接字(Socket)，就是對網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行雙向通信的端點(diǎn)的抽象。一個(gè)套接字就是網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)程通信的一端，提供了應(yīng)用層進(jìn)程利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換數(shù)據(jù)的機(jī)制。從所處的地位來講，套接字上聯(lián)應(yīng)用進(jìn)程，下聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，是應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信的接口，是應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行交互的接口?。

????????Socket（套接字）可以看成是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序進(jìn)行通信時(shí)，各自通信連接中的端點(diǎn)，套接字主要有目標(biāo)IP、傳輸層使用的傳輸協(xié)議、傳輸層使用的端口號這3個(gè)重要參數(shù)。

主要類型

1.流套接字(SOCK_STREAM)

????????流套接字用于提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。該服務(wù)將保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)無差錯(cuò)、無重復(fù)送，并按順序接收。流套接字之所以能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)，原因在于其使用了傳輸控制協(xié)議，即TCP(The?Transmission?Control Protocol)協(xié)議。

2.數(shù)據(jù)報(bào)套接字(SOCK_DGRAM)

????????數(shù)據(jù)報(bào)套接字提供一種無連接、不可靠的服務(wù)。該服務(wù)并不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?數(shù)據(jù)有可能在傳輸過程中丟失或出現(xiàn)數(shù)據(jù)重復(fù)，且無法保證順序地接收到數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報(bào)套接字使用UDP( User DatagramProtocol)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。由于數(shù)據(jù)報(bào)套接字不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?#xff0c;對于有可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失情況，需要在程序中做相應(yīng)的處理。

3.原始套接字(SOCK_RAW)

????????原始套接字與標(biāo)準(zhǔn)套接字(標(biāo)準(zhǔn)套接字指的是前面介紹的流套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字)的區(qū)別在于：原始套接字可以讀寫內(nèi)核沒有處理的IP數(shù)據(jù)包，而流套接字只能讀取TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報(bào)套接字只能讀取UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)。因此，如果要訪問其他協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)必須使用原始套接?[3]。原始套接字主要用于一些協(xié)議的開發(fā)，可以進(jìn)行比較底層的操作。

Java中：java.net.Socket類代表創(chuàng)建TCP連接；java.net.DatagramSocket類代表創(chuàng)建UDP連接

工作流程

要通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，至少需要一對套接字，其中一個(gè)運(yùn)行于客戶端，稱之為 Client Socket，另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端，稱之為 Server Socket?。

1.服務(wù)器監(jiān)聽：所謂服務(wù)器監(jiān)聽，是指服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)?[3]。

2.客戶端請求：所謂客戶端請求，是指由客戶端的套接字提出連接請求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號，然后就向服務(wù)器端接字提出連接請求?[3]。

3.連接確認(rèn)：所謂連接確認(rèn)，是指當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽到或者說接收到客戶端套接字的連接請求，就會(huì)響應(yīng)客戶端套接字的請求，建立一個(gè)新的線程，并把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)送給客戶端。一旦客戶端確認(rèn)了此描述，連接就建立好了。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，接收其他客戶端套接字的連接請求?[3]。

數(shù)據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)傳輸

TCP/IP協(xié)議 （圖解+秒懂+史上最全） - 瘋狂創(chuàng)客圈 - 博客園 (cnblogs.com)