網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)互相通信網(wǎng)絡(luò)分層和各層協(xié)議

因?yàn)檫@段時(shí)間都在研究C#網(wǎng)絡(luò)編程的一些知識(shí)， 所以在這里把我學(xué)習(xí)到的在這里和大家分享下的，這樣既可以達(dá)到分享的目的也可以讓大家監(jiān)督我，如果有什么地方理解錯(cuò)了，還請(qǐng)大家不吝賜教的。

很多人寫網(wǎng)絡(luò)編程這快都沒有怎么講網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議，然而我覺得既然是網(wǎng)絡(luò)編程肯定要介紹下網(wǎng)絡(luò)編程中一些協(xié)議的，這樣可以讓更好的梳理網(wǎng)絡(luò)編程的知識(shí)的，所以我在這系列中會(huì)用兩個(gè)專題去講協(xié)議，第一個(gè)專題簡(jiǎn)單介紹網(wǎng)絡(luò)分層以及各層之間如何通信的只是，第二專題將會(huì)介紹下應(yīng)用層協(xié)議——Http協(xié)議，了解這個(gè)不僅對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程有個(gè)理論基礎(chǔ)，也可以幫助更好地理解Web（Asp.net）的開發(fā)。

一、網(wǎng)絡(luò)分層

網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)之所以可以互相通信，是因?yàn)樗鼈冎g都遵守互相都可以“認(rèn)識(shí)”的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（就如同人交流一樣，兩個(gè)人能夠交流，互相必須知道對(duì)象的語言），互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)互相通信又歸根于網(wǎng)絡(luò)中層與層之間的通信，OSI模型把網(wǎng)絡(luò)通信分成七層：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，對(duì)于開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人員來說，一般把網(wǎng)絡(luò)分成五層，這樣比較容易理解。這五層為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層（最頂層），下面是一張網(wǎng)絡(luò)分層的圖片（來源于網(wǎng)絡(luò)）：

二、各層的協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)互相通信就是實(shí)現(xiàn)了層與層之間的通信，要實(shí)現(xiàn)層與層之間的通信，則各層都要遵守規(guī)則，這樣才能完成更好的通信， 我們就把它們之間遵守的規(guī)則就叫個(gè)“協(xié)議”，然而網(wǎng)絡(luò)上的五層之間遵守的協(xié)議不一樣，每層都有各自的協(xié)議。下面就由下至上的講述每層的協(xié)議

2.1 物理層協(xié)議

物理層是五層模型中的最底層，物理層為計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信提供了傳輸媒體和互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的環(huán)境，媒體包括電纜、光纖、無線信道等，互連設(shè)備指是計(jì)算機(jī)和調(diào)制解調(diào)器之間的互連設(shè)備，如各種插頭、插座等。該層的作用是透明的傳輸比特流（即二進(jìn)制流），為數(shù)據(jù)鏈路層提供一個(gè)傳輸原始比特流的物理連接

2.2 數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層是模型中的第2層，該層對(duì)接受到物理層傳輸過來的比特流進(jìn)行分組，一組電信號(hào)構(gòu)成的數(shù)據(jù)包，就叫做“幀”，數(shù)據(jù)鏈鏈路層就是來傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包，把數(shù)據(jù)傳遞給上一層（網(wǎng)絡(luò)層），幀數(shù)據(jù)由兩部分組成：幀頭和幀數(shù)據(jù)，幀頭包括接受方物理地址（就是網(wǎng)卡的地址）和其他的網(wǎng)絡(luò)信息，幀數(shù)據(jù)就是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)體。數(shù)據(jù)幀的最長(zhǎng)為1500字節(jié)，如果數(shù)據(jù)很長(zhǎng)，就必須分割成多個(gè)幀進(jìn)行發(fā)送。

2.3 網(wǎng)絡(luò)層

該層通過尋址（尋址地址）來建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接，大家都知道我們的電腦連接上網(wǎng)絡(luò)后都一個(gè)IP地址，我們可以通過IP地址來確定不同的計(jì)算機(jī)是否在同一個(gè)子網(wǎng)路。如果我們的電腦連接上網(wǎng)絡(luò)后就有兩種地址：物理地址和網(wǎng)絡(luò)地址（IP地址），網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)要通信，必須要知道通信的計(jì)算機(jī)“在哪里”， 首先通過網(wǎng)絡(luò)地址來判斷是否處于同一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，然后再對(duì)物理地址（MAC）地址進(jìn)行處理，從而準(zhǔn)確確定要通信計(jì)算機(jī)的位置。

在網(wǎng)絡(luò)層中有我們熟悉的IP協(xié)議（即規(guī)定網(wǎng)絡(luò)地址的協(xié)議），目前廣泛采用的是IP協(xié)議第四版（IPv4），這個(gè)版本規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)地址由32位二進(jìn)制位組成。我們可以自己配置IP地址也可以自動(dòng)獲得的方式得到IP地址，Ip地址分成兩部分，前24位代表網(wǎng)絡(luò)，后8位代表主機(jī)號(hào)， 如192.168.254.1和192.168.254.2就處于同一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)里，因?yàn)檫@兩個(gè)IP地址的前24位相同。

網(wǎng)絡(luò)層中以IP數(shù)據(jù)包的形式來傳遞數(shù)據(jù)，IP數(shù)據(jù)包也包括兩部分：頭（Head）和數(shù)據(jù)（Data），IP數(shù)據(jù)包放進(jìn)數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行傳輸。

2.4 傳輸層

通過MAC和IP地址，我們可以找到互聯(lián)網(wǎng)上任意兩臺(tái)主機(jī)來建立通信。然而這里有一個(gè)問題，找到主機(jī)后，主機(jī)上有很多程序都需要用到網(wǎng)絡(luò)，比如說你在一邊聽歌和好用QQ聊天， 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送來一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)， 是怎么知道它是表示聊天的內(nèi)容還是歌曲的內(nèi)容的， 這時(shí)候就需要一個(gè)參數(shù)來表示這個(gè)數(shù)據(jù)包是發(fā)送給那個(gè)程序（進(jìn)程）來使用的，這個(gè)參數(shù)我們就叫做端口號(hào)，主機(jī)上用端口號(hào)來標(biāo)識(shí)不同的程序（進(jìn)程），端口是0到65535之間的一個(gè)整數(shù)，0到1023的端口被系統(tǒng)占用，用戶只能選擇大于1023的端口。

傳輸層的功能就是建立端口到端口的通信，網(wǎng)絡(luò)層就是建立主機(jī)與主機(jī)的通信，這樣如果我們確定了主機(jī)和端口，這樣就可以實(shí)現(xiàn)程序之間的通信了。我們所說的Socket編程就是通過代碼來實(shí)現(xiàn)傳輸層之間的通信。因?yàn)槌跏蓟疭ocket類對(duì)象要指定IP地址和端口號(hào)。

在傳輸層有兩個(gè)非常重要的協(xié)議：UDP 協(xié)議和TCP協(xié)議

采用UDP協(xié)議話傳輸?shù)木褪荱DP數(shù)據(jù)包，同樣UDP數(shù)據(jù)包也由頭和數(shù)據(jù)兩部分組成，頭部分主要標(biāo)識(shí)了發(fā)送端口和接受端口，數(shù)據(jù)部分就是具體的內(nèi)容信息。同樣UDP數(shù)據(jù)包是放入IP數(shù)據(jù)包中的“數(shù)據(jù)”部分，IP數(shù)據(jù)包再放入數(shù)據(jù)幀中在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

由于UDP協(xié)議的可靠性差（數(shù)據(jù)發(fā)送后無法確定對(duì)方是否收到），所以又定義了一個(gè)可靠性高的協(xié)議——TCP協(xié)議，TCP協(xié)議采取了握手的方式要確保對(duì)方收到了數(shù)據(jù)。

2.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層是模型中的最頂層，是用戶與網(wǎng)絡(luò)的接口，該層通過應(yīng)用程序來完成網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用需求。該層的數(shù)據(jù)放在TCP數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)部分，該層定義了一個(gè)很重要的協(xié)議——Http協(xié)議，我們一般的Web開發(fā)都是基于應(yīng)用層的開發(fā)， 所以后面專題將會(huì)和大家介紹下Http協(xié)議。理解Http協(xié)議可以幫助我們理解Asp.net的請(qǐng)求響應(yīng)模型以及幫助我們自定義發(fā)出請(qǐng)求和自定義服務(wù)器。

三、總結(jié)

現(xiàn)在通過一個(gè)簡(jiǎn)單的訪問網(wǎng)頁(yè)的例子來說明網(wǎng)絡(luò)中的通信。

當(dāng)我們?cè)跒g覽器中輸入www.baidu.com時(shí)，這意味著瀏覽器要向百度發(fā)送一個(gè)網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)包，要發(fā)送數(shù)據(jù)包，需要知道對(duì)方的IP地址，這里我們只知道網(wǎng)址為www.baidu.com，卻不知道IP地址，此時(shí)應(yīng)用層協(xié)議DNS協(xié)議會(huì)幫我們把網(wǎng)址解析為IP地址，此時(shí)會(huì)發(fā)送一個(gè)DNS數(shù)據(jù)包給DNS服務(wù)器，DNS服務(wù)器再做出響應(yīng)來告訴我們百度的IP地址為220.181.111.147，這樣我們就知道百度（我們需要通信的主機(jī)）的IP地址。

應(yīng)用層：

瀏覽網(wǎng)頁(yè)采用的是HTTP 協(xié)議，HTTP數(shù)據(jù)包會(huì)嵌入在TCP數(shù)據(jù)包中，此時(shí)我們發(fā)送的HTTP數(shù)據(jù)包內(nèi)容為：

GET http://www.baidu.com/ HTTP/1.1

Accept： application/x-ms-application， image/jpeg， application/xaml+xml， image/gif， image/pjpeg， application/x-ms-xbap， application/vnd.ms-excel， application/vnd.ms-powerpoint， application/msword， */*

Accept-Language： en-US

User-Agent： Mozilla/4.0 （compatible; MSIE 7.0; Windows NT 6.1; WOW64; Trident/5.0; SLCC2; .NET CLR 2.0.50727; .NET CLR 3.5.30729; .NET CLR 3.0.30729; Media Center PC 6.0; .NET4.0C; .NET4.0E; Zune 4.7; InfoPath.3; MS-RTC LM 8）

Accept-Encoding： gzip， deflate， peerdist

Proxy-Connection： Keep-Alive

Host： www.baidu.com

Cookie： BDSFRCVID=H1K_JgC2l434o0a3SlYrhIyDwFLxPM7C3J; H_BDCLCKID_SF=tJAt_C8htDv5HTuRj63D5JcH-UnLqMkDWaOZ0h8-aI-5MbAx-jb6hhFXM-r80nblBTbT2C3nthF0HPonHj8Bej5L3J; BAIDUID=C0E879D1A40237E70E9FA559D40EE0AC:FG=1; BDUT=w5n3C0E879D1A40237E70E9FA559D40EE0AC13914a661370; BDUSS=FEQVdNdjllMTYyYlRxY3ZZbW1hM2htemdqZFVJcWRLWmFBaEtqd1FoTDNXeE5SQUFBQUFBJCQAAAAAAAAAAAoqyysAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAADEwLjI2LjE5Ny43NwAAAADAxFInAAAAAPcNJlD3DSZQYV; BDRCVFR［eYjbPwSqvSs］=2g3v5sBI-NCpv4EILPoXi4WUvY; Hm_lvt_9f14aaa038bbba8b12ec2a4a3e51d254=1344671219756; Hm_lpvt_9f14aaa038bbba8b12ec2a4a3e51d254=1344671219756

X-P2P-PeerDist： Version=1.0

傳輸層：

TCP數(shù)據(jù)包需要設(shè)置端口，接收方（百度）的Http端口默認(rèn)是80，本機(jī)的端口是一個(gè)1024-65535之間的隨機(jī)整數(shù)，這里假設(shè)為1025，這樣TCP數(shù)據(jù)包由標(biāo)頭（標(biāo)識(shí)著發(fā)方和接收方的端口信息）+HTTP數(shù)據(jù)包，這樣TCP數(shù)據(jù)包再嵌入IP數(shù)據(jù)包中在網(wǎng)絡(luò)上傳送

網(wǎng)絡(luò)層：

IP數(shù)據(jù)包需要知道雙方的IP地址，本機(jī)IP地址假定為192.168.1.5，接受方IP地址為220.181.111.147（百度），這樣IP數(shù)據(jù)包由頭部（IP地址信息）+TCP數(shù)據(jù)包，

數(shù)據(jù)鏈路層：

IP數(shù)據(jù)包嵌入到數(shù)據(jù)幀（以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包）中，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包需要知道雙方的MAC（物理地址），發(fā)送方為本機(jī)的網(wǎng)卡地址，接受方為網(wǎng)關(guān)192.168.1.1的MAC地址（通過ARP地址解析協(xié)議得到的）。這樣數(shù)據(jù)幀由頭部（MAC地址）+IP數(shù)據(jù)包組成。

經(jīng)過多個(gè)網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)到百度服務(wù)器220.181.111.147，服務(wù)器接受到發(fā)送過來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后再?gòu)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)包中提取IP數(shù)據(jù)包——》TCP數(shù)據(jù)包——》HTTP數(shù)據(jù)包，最后服務(wù)器做出“HTTP響應(yīng)”，再用TCP協(xié)議發(fā)回給客戶端（瀏覽器），瀏覽器同樣的過程讀取到HTTP響應(yīng)的內(nèi)容（HTTP響應(yīng)數(shù)據(jù)包），然后瀏覽器對(duì)接受到的HTML頁(yè)面進(jìn)行解析，把網(wǎng)頁(yè)顯示出來呈現(xiàn)給用戶，這樣就完成了一次網(wǎng)絡(luò)通信了。

編輯：hfy