1. 网络协议原理

OSI七层参考模型：

如图，说白了就是网络通信，就是两个人拿着电脑通信。

为什么要分层？
我们做编程的其实做的是软件工程学，里面有个重要的概念是分层解耦。

• 应用层：比如浏览器，tomcat，一些软件等等
• 表示层：协议，语义，字符串划分，加密等等这些
• 会话层：传输的控制，session等等，需要保持
• 传输控制层：主要是如何传输，如何连接，怎么确认连接成功还是失败的
• 网络层：设备当中如何去路游，如何找节点，如何通信，就是数据包怎么发
• 链路层：点与点之间应该使用什么协议通信，具体到应该写成什么样的东西发送过去
• 物理层：比如wifi，4G，光纤等等

TCP/IP协议

协议相当于根据OSI七层的参考模型一个具体的方案，具体的定义

TCP协议分为了这几个层，像七层模型里面的会话层和表示层都缩放到了应用层了

应用层：

比如http协议（浏览器访问），ssh协议（虚拟机访问）smtp协议（发邮件）

演示一个应用层协议
现在随便打开一个虚拟机的连接，一个连接界面，没有任何的浏览器，我现在要和百度进行连接，

windows上面的话可以使用浏览器，但我现在没有浏览器，因为这个不少浏览器，所以我请求百度回来的肯定是一堆html的标签

开始秀一把

cd 去到linux文件系统有个proc的目录，$$ 表示当前程序的进程id号，fd 是文件描述符，任何程序都有0、1、2，代表标准输入，输出，和报错输出，所以0、1、2是必须要有的

8<>表示输入输出指向了连接百度80端口，在0、1、2 的后面新多出来一个文件描述符8
可以看到多出来一个socket套接字，表示通信已经建立好了，已经和百度进行连接了，然后开始传输http协议

把http协议规定的Request请求头里面最小的写法，\n表示识别换行符，输出内容重定向到文件描述符8，
也就是把这个内容发送给百度，回车之后就表示已经发送给百度了
既然发送给百度了，百度肯定会返回东西，cat表示读取，读取文件描述符8，也就是socket里面的东西给读取出来（中间时间不用浪费太久，不然连接太久了，读取会报错读取不到了）

通过这个可以知道：
第一步建立连接
第二步才是传送数据（http协议：规范标准）

这个demo是应用层协议，每一层都有自己的协议
虽然我们在windows上面使用浏览器访问百度，都是输入地址直接回车就可以了，其实浏览器肯定在后面帮我们做了这个

查看返回的

和纯手工演示的也是一样的

以上我们看到的都是应用层的东西，也就是在用户态的，从传输控制层开始，是服务器内核态的，请求一次百度到服务器后，经过了传输控制层-> 网络层-> 链路层-> 物理层，然后再返回到应用层的。

传输控制层

传输控制层的协议有TCP和UDP协议，有什么区别呢？
TCP协议是面向连接的，可靠的，UDP是刚好相反的，它不是面向连接的，所以不是可靠的。

什么是面向连接？
说白了，就是需要确认的连接，每次连接都是已经确认了的连接，所以肯定是可靠的。
所以有了3次握手和4次挥手的概念。

3次握手
比如客户端在请求百度的时候，在传输控制层这里的时候，传输控制层给百度服务器发送数据包进行连接。
客户端第一次进行与服务器的连接，服务器会给客户端回应连接请求，然后客户端开始进行连接，这样就已经非常明确要建立连接，所以一次连接就建立成功，这样的连接当然是非常可靠的，因为中间还有了确认过程。
3次数据包走完以后，双方才会在内存开辟线程，开辟对象，开辟所有的描述符，如果3次握手没完成，这些资源不会开辟的。

4次分手
为什么会有4次分手？
一台电脑上有65535个端口，看着好像很大，但当你随便打开一个百度连接，在控制台就可以看到会有很多的连接。这里不要有误解：你向外访问的端口号有65535个，但别人进来访问的话是你的一个端口号，也就是百度拿着一个80端口相应几十万的qps。但一台电脑如果想同时访问10w（大于65535）个连接，是肯定建立不起来的。
所以我们写代码时候总会说不要忘记关闭连接，当不再使用一个端口时候，还在占用这个端口，那其他服务跟这个端口是肯定建立不起来连接的，所以一定要有分手的事断开连接。

为什么分手断开连接是4次？
首先客户端请求服务端说要断开连接，服务端会响应给客户端说："好，我知道了，你想断开连接"，这个时候肯定不能就直接断开连接。
因为这个时候如果服务端还有数据给客户端传输数据，肯定不能断开。
但如果服务端这时候可以断开连接，就会再次响应给客户端："我也想断开连接了"，然后客户端会再告诉服务端："行，我也知道了"。
所以在双方都想断开连接时候，等一个合适的时间片，就断开连接，不会有什么影响。

使用netstat -natp命令可以查看服务端对客户端连接过来的ip和端口做的处理

所以这一层叫传输控制层，3次握手时候，在最后一次握手时候把确认连接和输出的数据包都给顺便放在第3次握手请求给服务端了。

网络层

网络层主要是有一个下一跳机制的概念，主要是找到对应的下一跳网关地址

通过命令route -n可以查到路由判定

它是位运算，使用的与运算

ping通百度，可以看到百度的ip是45.113.192.102，结合路由判定来看，如果和0.0.0.0进行与运算，得到的结果还是0.0.0.0，所以会走网关10.10.10.2
如果和255.255.255.0进行与运算，得到的结果肯定不是10.10.10.0，所以匹配不上，就会跳到下一个匹配寻找对应的网关

再试一下ping通qq，道理还是一样的

可以看到找到的都是10.10.10.2这个网关地址，可我访问的是百度的ip地址45.113.192.102，是怎么访问到这个百度的ip地址的？
这个是下一层链路层要做的事情，网络层主要是找到对应的下一跳网关地址

链路层

在网络层通过下一跳机制找到对应的网关地址后，链路层通过网关地址，映射到了网卡的mac地址

每一层都有对应的表，链路层对应的表通过命令arp -a查看

可以看到网关地址10.10.10.2对应的mac地址是00:50:56:f4:b8:e1