OSI参考模型

OSI 模型(Open Systems Interconnection Model)，由国际化标准组织ISO (The International Organization for Standardization ) 收录在ISO 7489标准中并于1984年发布。
OSI参考模型又被称为七层模型，由下至上依次为:
物理层：在设备之间传输比特流，规定了电平、速度和电缆针脚等物理特性。
数据链路层：将比特组合成字节，再将字节组合成帧，使用链路层地址（以太网使用MAC地址）来访问介质，并进行差错检测。
网络层：定义逻辑地址，供路由器确定路径，负责将数据从源网络传输到目的网络。
传输层：提供面向连接或非面向连接的数据传递以及进行重传前的差错检测。
会话层：负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
表示层：提供各种用于应用层数据的编码和转换功能，确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。
应用层：OSI参考模型中最靠近用户的一层，为应用程序提供网络服务。

TCP/IP参考模型

因为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并不单指代两个协议，而且代表性协议

TCP/IP常见协议

应用层

• 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，域名称解析服务）：用于实现从主机域名到IP地址之间的转换。

传输层

• 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。

网络层
IP（Internet Protocol，互联网协议）：将传输层的数据封装成数据包服务。

• IGMP（Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议）：负责IP组播成员管理的协议。它用来在IP主机并完成源站点到目的站点的转发，提供无连接的、不可靠的和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。
• ICMP（Internet Control Message Protocol，网际报文控制协议）：基于IP协议在网络中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈。通过这些信息，使管理者可以对所发生的问题作出诊断，然后采取适当的措施解决。

数据链路层

• Ethernet以太网协议
• IEEE82.3协议

TCP/IP对等模型中每一层负责的工作

应用层

应用层为应用软件提供接口，使应用程序能够使用网络服务。
应用层协议会指定使用相应的传输层协议，以及传输层所使用的端口等。
应用层的PDU被称为Data（数据）。

传输层

传输层协议接收来自应用层协议的数据，封装上相应的传输层头部，帮助其建立“端到端”（Port to Port）的连接。
传输层的PDU被称为Segment（段）。

传输层协议：
TCP：一种面向连接的、可靠的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。
UDP：一种简单的无连接的传输层协议，由IETF的RFC 768定义。

TCP和UDP-报文格式

Source Port：源端口，标识哪个应用程序发送。长度为16比特。
Destination Port：目的端口，标识哪个应用程序接收。长度为16比特。
Sequence Number：序号字段。TCP链接中传输的数据流每个字节都编上一个序号。序号字段的值指的是本报文段所发送数据的第一个字节的序号。长度为32比特。
Acknowledgment Number：确认序列号，是期望收到对方下一个报文段数据的第1个字节的序号，即上次已成功接收到的数据段的最后一个字节数据的序号加1。只有Ack标识为1，此字段有效。长度为32比特。
Header Length：头部长度，指出TCP报文头部长度，以32比特（4字节）为计算单位。若无选项内容，则该字段为5，即头部为20字节。
Reserved：保留，必须填0。长度为6比特。
Control bits：控制位，包含FIN、ACK、SYN等标志位，代表不同状态下的TCP数据段。
Window：窗口TCP的流量控制，这个值表明当前接收端可接受的最大的数据总数（以字节为单位）。窗口最大为65535字节。长度为16比特。
Checksum：校验字段，是一个强制性的字段，由发端计算和存储，并由收端进行验证。在计算检验和时，要包括TCP头部和TCP数据，同时在TCP报文段的前面加上12字节的伪头部。长度为16比特。

TCP拓展

传输层负责建立主机之间进程与进程之间的连接。其中TCP是可靠的传输通道，UDP是不可靠的传输通道，不可靠通道非常好解释，就是一个只管传输数据的通道，只需要保证通道存在，不需要考虑通道内的数据是否完整的送到对面，接下来详细说一下TCP的工作流程和如何保证可靠性

拓扑

客户端使用的源端口一般随机分配，目标端口则由服务器的应用指定；
源端口号一般为系统中未使用的，且大于1023；
目的端口号为服务端开启的应用（服务）所侦听的端口，如HTTP缺省使用80。

在上图种，HTTP客户端想要访问HTTP服务器，其中工作流程如下：

• 1.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。
  

在上文介绍TCP报文格式，其中讲到了Sequence Number和Acknowledgment Number,在理解了这个两个字段的意思后再去三次握手就会彻底理解原理，客户端随机生成一个值a，发送一个标志位Seq=a,Ack=0的TCP报文，可以理解为发送了一个数据，数据的第一个字节的标识为a,如果对端完整的接受了，那对端下一次期望得到的应该为数据标识为a+1的数据，所以服务器在回客户端时候Ack字段值为a+1，代表了Tcp拥有完整接受的能力和对端的客户端的发送正常，同理服务器生成一个随机的b,发送的tcp flag为seq=b,ack=a+1,客户端收到后的ack应为b+1,并且根据服务器的ack，发送的起始数据标识为a+1，这一步代表了客户端拥有正常的接受功能，和服务器拥有完整的发功能，致辞确立通道的可靠性

三次握手抓包

2.开始传输数据

三次握手达成了双方接受和发送能力的正常，但是后续还是需要Sequence Number和Acknowlegment Number继续判断数据的接受完整度，所以说TCP是一个非常可靠的协议，具体工作流程如下）：

TCP的可靠性就是根据TCP报文中的Sequence Number和Acknowlegment Number保证的，seq number记录每次发送数据的第一个字节的编号，根据回包的ack number（记录期望下一次收到的数据的第一个字节编号），如果ack number值为seq number + 1，则对端接受完整，如不完整缺失，再重发

3.四次挥手

当数据传输完成，TCP需要通过“四次挥手”机制断开TCP连接，释放系统资源。

网络层

网络层则负责数据从一台主机到另外一台主机之间的传递。

网络层也叫Internet层负责将分组报文从源主机发送到目的主机 。
网络层作用

• 为网络中的设备提供逻辑地址。（通过这个逻辑地址指定目标）
• 负责数据包的寻径和转发。
• 常见协议如IPv4，IPv6、ICMP，IGMP等。

网络层协议的工作过程

• 网络层收到上层（如传输层）协议传来的数据时候，会封装一个IP报文头部，并且把源和目的IP地址都添加到该头部中。
  -中间经过的网络设备（如路由器），会维护一张指导IP报文转发的“地图”——路由表，通过读取IP数据包的目的地址，查找本地路由表后转发IP数据包。
  -IP数据包最终到达目的主机，目的主机通过读取目的IP地址确定是否接受并做下一步处理。

基于网络层地址的报文转发过程

数据链路层

数据链路层位于网络层和物理层之间，可以向网络层的IP、IPv6等协议提供服务。数据链路层的PDU被称为Frame（帧）。以太网（Ethernet）是最常见的数据链路层协议。

数据链路层的作用：

• 数据链路层向网络层提供“段内通信”。
• 负责组帧、物理编址、差错控制等功能。
• 常见的数据链路层协议有：以太网、PPPoE、PPP等。

以太网协议定义：

Ethernet以太网协议，用于实现链路层的数据传输和地址封装。Ethernet II帧，目的地址、源地址字段各占6个字节，目的地址字段确定帧的接收者，源地址字段标识帧发送者。当使用六个字节的源地址字段时，前三个字节表示由IEEE分配给厂商的地址，将烧录在每一块网络接口卡的ROM中。而制造商通
常为其每一网络接口卡分配后字节。其实目的、源地址就是我们经常说的MAC地址，比如00:1A:A0:31:39:D4就是一个MAC地址。

以太网MAC地址:

MAC (Media Access Control)地址在网络中唯一标识一个网卡，每个网卡都需要且会有唯一的一个MAC地址。
MAC用于在一个IP网段内，寻址找到具体的物理设备。
工作在数据链路层的设备。例如以太网交换机，会维护一张MAC地址表，用于指导数据帧转发。

物理层

数据到达物理层之后，物理层会根据物理介质的不同，将数字信号转换成光信号、电信号或者是电磁波信号。
物理层的PDU被称为比特流（Bitstream）。
物理层位于模型的最底层：

• 负责比特流在介质上的传输。
• 规范了线缆、针脚、电压、接口等物理特性规范。
• 常见的传输介质有：双绞线、光纤、电磁波等.

常见传输介质

总结：

这篇文章对于纯新手来说阅读非常困难，必须先将OSI七层，和TCP/IP模型，TCP/IP对等模型记住了，有一个大概的思路，这个模型就是一个数据包封装的顺序，从上至下，应用层产生数据，传输层给数据封装源目端口，网络层再给这个数据报文封装源目IP，数据链层再给这个数据封装源目MAC地址，最后物理层根据传输介质将数字信号转换成对应的信号，后续文章会细化这个过程，到时候再回来看这篇文章就会很清晰