网络协议

阮一峰老师的博客摘录。

互联网协议入门（一）

互联网协议入门（二）

另外还有一个系列贴，讲解数据包如何在网络上进行传输，看完后对网络模型就有了很清楚的认识。

Packet Traveling – Practical Networking .net

五层网络协议模型

• 实体层（物理层）

  物理层就是实体的网卡、光缆、双绞线等，通过物理的方式连接在一起，规定了电气层面的一些特性，用来传输高低电平，也就是 0、1 信号。

• 链接层

  数据链路层定义 0、1 电信号的分组方式。以太网（Ethernet）协议是链路层中一个比较重要的协议。

  以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做帧（Frame）。每一帧分成两个部分：Head 和 Data。

  Head 的长度，固定为 18 字节。Data 的长度，最短为 46 字节，最长为 1500 字节。因此，整个 frame 最短为 64 字节，最长为 1518 字节。如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。

  • Mac 地址

    以太网协议的头部包含了收发者的信息，收发者的信息通过 mac 地址进行标识。Mac 地址，长度是 48 个二进制位，通常用 12 个十六进制数表示，前 6 个十六进制数表示厂商编号，后 6 个是网卡流水。

  • 广播 & ARP

    通过 ARP（Address Resolution Protocol） 协议可以通过 IP 地址获取到 Mac 地址。主机发送信息时将包含目标 IP 地址的 ARP 请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；局域网上主机收到广播后把广播中的 IP 地址与自身 IP 地址做比较，如果相同则回应 Mac 地址，否则就丢弃广播消息；主机收到返回消息后将该 IP 地址和 Mac 地址存入本机 ARP 缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询 ARP 缓存以节约资源。

    知道了目标的 Mac 地址后，以太网采用了一种很”原始”的方式，它不是把数据包准确送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。局域网内所有主机收到广播后与自身的 Mac 地址相比较，如果两者相同，就接受这个包，做进一步处理，否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做”广播”（broadcasting）。

  有了数据包的定义、网卡的 Mac 地址、广播的发送方式，”链接层”就可以在多台计算机之间传送数据了。

• 网络层

  只依靠数据链路层确实可以实现不同主机间的通信，但有个问题是以太网采用广播的方式太消耗资源了，每个包都会广播到网络中，效率太低，而当主机越来越多时该机制基本就无效了。

  互联网的子网络就是用来解决这个问题的，也就是网络层的作用。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”。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就发送给默认网关通过”路由”方式发送。

  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

    IP 用于规定网络地址，该地址称为 IP 地址。

    IPv4 中网络地址由32个二进制位组成，分为 4 段，每段 8位，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。前一部分代表网络，后一部分代表主机。子网掩码用来区分网络和主机，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。IP 地址与子网掩码做与运算后即可得到子网地址，而 IP 地址剩余的部分即为主机号。

• 传输层

  通过 IP 地址和 Mac 地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。但还有问题是，同一台主机上有许多程序（进程）都需要用到网络，比如，边浏览网页，边在线聊天，当一个数据包从互联网上发来的时候，如何知道它是表示网页的内容，还是表示在线聊天的内容？

  也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。这个参数就叫做”端口”（port），它其实是每一个使用网卡的程序的编号。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。

  • TCP & UDP

    TCP 和 UDP 是传输层的两个重要协议，UDP 实现简单可靠性差，DNS 查询用到了 UDP。TCP 相对 UDP 而言，带有确认机制，确保数据不会丢失，但实现复杂且需要消耗更多的资源。

• 应用层

  应用层就是规定应用程序的数据格式。这里的协议就很多了，HTTP、HTTPS、FTP、SSH 等等。

HTTP 协议

HTTP 协议（Hyper Text Transfer Protocol）用于从服务器传输超文本到本地浏览器。

HTTP 默认端口 80，HTTPS 默认端口443。

HTTP 无连接、无状态。

客户端请求消息包含：请求行、请求头部、空行、请求数据。

服务器响应消息包含：状态行、消息报头、空行、响应正文。

客户端请求方法：

	方法	描述
1	GET	请求指定的页面信息，并返回实体主体。
2	HEAD	类似于 GET 请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报
3	POST	向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST 请求可能会导致新的资源的建立和/或已有资源的修改。
4	PUT	从客户端向服务器传送的数据取代指定的文档的内容。
5	DELETE	请求服务器删除指定的页面。
6	CONNECT	HTTP/1.1 协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。
7	OPTIONS	允许客户端查看服务器的性能。
8	TRACE	回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断。
9	PATCH	是对 PUT 方法的补充，用来对已知资源进行局部更新 。

服务器响应码：

分类	分类描述
1**	信息，服务器收到请求，需要请求者继续执行操作
2**	成功，操作被成功接收并处理
3**	重定向，需要进一步的操作以完成请求
4**	客户端错误，请求包含语法错误或无法完成请求
5**	服务器错误，服务器在处理请求的过程中发生了错误