多图慎入，从四层模型上解析网络是怎么连接的
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来源 | java小杰要加油（ID：xhJaver）
今天来分享一个关于计算机网络的知识点——网络到底是怎么连接的？
浏览器生成消息且发送
发送一个消息的总体流程如下
生成HTTP请求消息
举个栗子，当我们在浏览器输入https://www.jdl.cn/img/service.843585b7.png网络地址的时候
浏览器首先会对URL进行解析 https：表示访问数据源的机制，也就是协议 www.jdl.cn: web服务器名称 img：表示目录名 service.843585b7.png：表示文件名 然后就要生成HTTP消息了，它大概长这样
DNS域名解析为IP地址
浏览器生成了这个HTTP消息后，它要往哪里发送呢？当然是服务器啦，所以就要解析这个域名对应的是哪台服务器，IP地址是什么，因为IP地址不好记，所以才有了对应的域名，便于我们人类记忆。
浏览器会检查缓存有没有这个域名对应的ip地址 操作系统会检查缓存（就是我们平常说的hosts文件） 操作系统会发送给本地区的DNS服务器，让它帮忙解析下 DNS服务器接受来自客户端的查询，包括以下三个内容
域名：服务器，邮件服务器的名称 Class：在最早设计DNS时，DNS在互联网以外的其他网络中的应用也被考虑到了，而Class就是用来识别网络信息的，不过如今除了互联网就没有其他网络了，因此Class的值永远代表互联网的IN 记录类型：表示域名对应何种记录类型 A记录时，域名直接对应IP地址 CNAME时，此域名对应其他域名 MX时，表示域名对应的是邮件服务器 对于不同的记录类型，响应数据也不一样
域名的层次结构
越靠右层次越高，从右向左一级一级的划分 : 例如 www.jdl.cn 就是cn->jdl->www 具有这种层次结构的域名信息都会注册到DNS服务器中，而每个域都是作为一个整体来处理的 客户端和DNS服务器交互流程大概如下 上级DNS服务器中要注册其下级域的DNS服务器IP地址，然后上级DNS服务器IP地址要注册到更上一级的DNS服务器中，此次类推 根域的DNS服务器信息保存到互联网中所有的DNS服务器中，这样的话，所有的DNS服务器都会找到根域，然后一级一级的往下找，直到找到自己想要的那个域名 分配给根域的IP地址仅有13个，就是顶级域名（com,cn等）对应的ip地址 具体交互就是下面这样
客户端找到最近的DNS服务器，查找www.jdl.cn的信息，可是最近的DNS服务器没有这个信息，就转发到了根域服务器下，经过判断发现是cn的顶级域名的，于是根域DNS服务器会返回它所管理的cn域中的DNS服务器的ip地址，接下来，最近的这个DNS服务器又回去访问com域名的服务器，以此类推，最终会找到 www.jdl.cn这个服务器的IP地址
委托协议栈发送消息
知道了IP地址后，就可以委托操作系统内部的协议栈向这个目标IP地址发送消息了
协议栈的内部结构
浏览器、邮件等一般应用程序收发数据时用TCP DNS查询等收发较短的控制数据用UDP
网络分层
OSI七层模型
开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。定义于ISO/IEC 7498-1。
TCP/IP四次模型 应用层：HTTP、DNS、FTP 传输层：TCP、UDP 网络层：IP 网络接口层
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议
客户端服务器传递数据流程
一个数据包从客户端到服务端中间经过每一层都需要加工处理 客户端这边需要不断的给数据包添加头部 服务端这边需要不断的拆分这个数据包
三次握手
当两台计算机要传递数据的时候，一定要先连接，得经过TCP三次握手吧（仅仅指指走TCP协议需要连接的），我们平常都说TCP连接要经过三次握手，我们就来看一下到底什么是TCP三次握手，如图所示
客户端要发送的时候，主动从closed状态打开，服务器启动后就一直处于监听LISTEN状态 客户端发送 SYN = 1,seq = x 给服务端，客户端处于SYN_SEND状态。 服务端收到后给客户端发送 SYN = 1,ACK =1, seq = y,ack = x+1。此时服务端处于SYN_RCVD状态 客户端收到后发送ACK =1, seq = x+1,ack = y+1给服务器，此时客户端状态是ESTAB-LISHED 服务端收到后状态变为ESTAB-LISHED
三次握手通过后，就代表客户端和服务端可以传递数据包进行交互啦 我们说到SYN，ACK,seq,ack这些又是什么呢？这些其实是TCP数据包里的属性，我们接着往下看(在传输层中有解释)
应用层
HTTP数据包拆分
一般HTTP请求消息不会太长，一个网络包就能装的下 发送缓冲区中的数据如果超过MSS的长度，就会被以MSS长度进行拆分放进单独的网络包中
MTU（Maximum Transmission Unit）:一个网络包的最大长度，以太网中一般是1500字节 MSS（Maximum Segment Size）:除去头部之后，一个网络包所容纳的TCP数据的最大长度
传输层
然后上面应用层的这个网络包再加上TCP头部
TCP报文格式
源端口号（16位）：发送网络包的端口号 目的端口号（16位）：网络包的接受方的端口号 序号（发送数据的顺序编号）（32位）：发送方告知接收方已经收到了所有数据的第几个字节 确认序号（接收数据的顺序编号）（32位）：接收方告知发送方接收方已经收到了所有数据的第几个字节 头部长度（4位）：表示数据的起始部分，数据偏移量 保留（6位）：该字段为保留，现在未使用 控制位（6位）：该字段中的每个比特位分别表示以下通信控制的含义 URG：表示紧急指针字段有效 ACK：表示接收数据序号字段有效，一般表示数据已被接收方收到 PSH:表示通过flush操作发送的数据 RST:强制断开连接，用于异常中断的情况 SYN:发送方和接收方相互确认序号，表示连接操作 FIN:表示断开操作 窗口大小（16位）：接收方告知发送方窗口大小（即无需等待确认可一起发送的数据） 校验和（16位）：用来检查是否出现错误 紧急指针（16位）：表示应急处理的数据位置 可选字段（可变长度）：除了上面的固定头部字段外，还可以添加可选字段，但除了连接操作外，很少使用可选字段
还记得三次握手提到过的各种序号吗，就是这个报文里的属性
网络层
然后上面这个网络包再加上IP头部
IP报文格式
版本号（4比特）：IP协议版本号，目前是版本4 头部长度（4比特）：IP头部的长度，可选字段可导致头部长度的变化，因此这里需要指定头部的长度 服务类型（TOS）(8比特)：表示包传输优先级。最初的协议规格里对这个参数的定义很模糊，最近DIFFServ规则重新定义了这个字段的用法 总长度（16比特）：表示IP消息的总长度 ID号（16比特）：用于识别包的编号，一般为的序列号。如果一个包被IP分片，则所有分片都拥有相同的ID 标志（Flag）(3比特)：该字段有3个比特，其中2个比特有效，分别代表是否允许分片，以及当前分片是否为分片包 分片偏移量（13比特）：表示当前包的内容为整个IP消息的第几个字节开始的内容 生存时间（TTL）（8比特）：表示包的生存时间，这是为了避免网络出现回环时一个包永远在网络中打转。每经过一个路由器，这个值就会减一，减到0的是hi这个包就会被丢弃 协议号（8比特）：协议号表示协议的类型（以下均为16进制） TCP:06 UDP:17 ICMP:01 头部校验和（16比特）：用于检查错误，现在已经不在使用 发送方IP地址（32比特）：网络包发送方的IP地址 接收方IP地址（32比特）：网络包接收方的IP地址 可选字段（可变长度）：除了上面的固定头部字段外，还可以添加可选字段，但除了连接操作外，很少使用可选字段
然后这个网络包再加上MAC头部
MAC数据包
接收方MAC地址(48比特)：网络包接收方的MAC地址，在局域网中使用这一地址来传输网络包 发送方MAC地址(48比特)：网络包发送方的MAC地址，接收方通过它来判断是谁发送了这个网络包 以太类型（16比特）：使用的协议类型。下面是一些常见的类型，一般在TCP/IP通信中只是用0800和0806这两种。 0000-05DC：IEEE 802.3 0800 :IP协议 0806 :ARP协议 86DD :IPV6
MAC地址 VS IP地址
IP头部前面还会加上MAC头部 为什么需要MAC数据包呢？因为在以太网的世界中，TCP/IP这个思路是行不通的。 以太网在判断网络包目的地时和TCP/IP的方式不同，因此必须采用想匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而MAC地址就是干这个的 发送方MAC地址：MAC地址是写在网卡生产时写入ROM里的，只需要将这个值读取出来写入MA头部就好了
发送方的MAC地址还比较容易获取到，但是接收方的MAC地址就不太容易获取到了
ARP广播
ARP :Addresss Resolution Protocal 地址解析协议 根据IP地址查询接收方MAC地址的时候会用到ARP广播 在同一个子网中，利用广播对所有设备提问 XXX这个ip地址是谁的，其他设备发现自己的ip地址是这个xxx的话，那么他就会把它的MAC地址告诉提问者，这样就会检测到接收方的MAC地址了，如果发现自己的ip地址不是这个XXX，那么则会丢弃这个消息并不去理会。 如果每次都去广播的话，那么网络中就会增加很多ARP包，所以为了提高效率，我们有ARP缓存在内存中。查询之前先去查询ARP缓存。 当目的地的IP地址对应的MAC地址变了的话，那么这个MAC缓存就会出问题，所以为了避免这种问题发生，这个缓存几分钟后会被删除，非常简单粗暴。 静态ARP：手工维护，不会自动失效 动态ARP：会过段时间自动失效（文中说的就是它）
IP 模块负责添加如下两个头部：
MAC头部：以太网用的头部，包含MAC地址 IP头部：IP用的头部，包含IP地址
总体数据包
这个时候的数据包变成了这个样子
MTU（Maximum Transmission Unit）:一个网络包的最大长度，以太网中一般是1500字节
MSS（Maximum Segment Size）:除去头部之后，一个网络包所容纳的TCP数据的最大长度
然后这数据包，沿着网卡出去，到集线器，路由器一顿传输（中间涉及到电信号转换等等），到达服务端那边，再一层一层的扒皮（前往中说过，一层一层的拆分数据包）
断开连接
四次挥手
两台计算机最后连接结束后要断开连接，进行四次挥手
其实三次握手，四次挥手还有好多好多知识点要说，像什么为什么握手需要三次，而挥手需要四次啦这些问题，以后小杰会单独和大家聊这个，记得收看呀
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