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1.OSI七层模型

1.1 OSI七层模型

OSI(Open System Interconnect)全称是开放系统互连参考模型。其七层分为：

（1）物理层

物理层并不是指物理媒体本身，而是指利用物理媒体进行物理连接和数据传输。

物理层的媒体包括光纤、电缆。物理设备保护计算机、手机登。数据通信设备包括调制解调器等。连接器包括接头、插头。

物理层的功能：

• 为数据端设备提供传输数据的通路，即将多个物理设备连接起来。
• 传输数据。
  
  协议有ISO2110
  
  （2）数据链路层
  
  数据通道。物理层是物理上通道，长久存在的。数据通道是建立通信连接的通道，连接有生存期。
  
  数据链路层功能：
• 链路连接的建立、拆除和分离
• 差错检测和恢复
  
  协议有ARP、RARP
  
  （3）网络层
  
  路由功能。数据如何正确发送到目的地。
  
  协议有IP、ICMP
  
  （4）传输层
  
  定义传输数据的端口和协议、以及流量控制。
  
  这里协议有TCP、UDP。
  
  （5）会话层
  
  建立、管理、终止会话
  
  （6）表示层
  
  把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式
  
  （7）应用层
  
  向应用程序提供服务。
  
  这里的协议有http、ftp。
  
  我们常说的TCP/IP的协议实现一般是没有会话层和表示层。

1.2 传输处理

网络中传输的数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上一层传过来的数据。首部的结构由协议的具体规范详细定义。在数据包的首部，明确标明了协议应该如何读取数据。

每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息，如发送的目标地址以及协议相关信息。

数据从一个客户端发送到另外一个客户端过程：

• 应用程序会进行编码处理，相当于表示层功能，然后定义何时建立通信何时发送数据，这是会话层。
• TCP 根据应用的指示，负责建立连接、发送数据以及断开连接。在上层数据首部
  
  附加一个 TCP 首部。
• IP 将 TCP 传过来数据当做自己的数据，并在首部的加上自己的IP 首部。
• 以太网来说将上层数据加上以太网首部并进行发送处理，生成的以太网数据包将通过物理层传输给接收端。
• 接收端主机收到以太网包后，首先从以太网包首部找到 MAC 地址判断是否为发送给自己的包，若不是则丢弃数据。如果是，则从以太网包首部中的类型确定数据类型，再传给相应的模块，如 IP、ARP 等。
• IP 从包首部中判断此 IP地址是否是自己，如果是，则根据首部的协议类型将数据发送给对应的模块，如 TCP、UDP。
• 在 TCP 模块中，首先会计算一下校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否在按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。数据被完整地接收以后，会传给由端口号识别的应用程序。
• 接收端应用程序会直接接收发送端发送的数据。通过解析数据，展示相应的内容。

2.TCP和UDP

2.1 TCP

TCP是面向连接的，可靠的数据传输。

（1）三次握手

三次握手是指建立TCP连接时，需要客户端和服务端发送三次数据包确立连接。

• 客户端将标志位SYN置位1，将seq随机设置一个值j。将数据包发往服务端等待响应。客户端进入SYN_SENT状态
• 服务端接到请求后确认SYN为1，确定这是个连接请求。服务端将SYN和ACK都置位1、ack置位j+1。随机产生一个值seq=k，并将该数据包发送给客户端以确认连接请求，服务器端进入SYN_RCVD状态。
• 客户端收到回复后，检查ack是否为j+1，ACK是否为1。如果是，将ACK置为1，ack置为k+1，发送数据包。服务端接收到检查ack是否为k+1，ACK是否为1。如果是，确认建立连接。客户端和服务器端进入ESTABLISHED状态。

（2）四次挥手

四次握手是指终止TCP连接时，需要客户端和服务端发送四次数据包。

• 客户端发送释放报文，设置报文首部FIN为1，seq为u。此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。并且之后客户端停止发送数据。
• 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。
• 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文。
• 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
• 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
• 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

TCP的特点：

• 可靠，可重传。
• TCP数据包中包括序号，所以未按照顺序收到的包可以被排序
• 以滑动窗口的方式进行流量控制，所谓窗口表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。

TCP既然有重传机制，接受端怎么处理重复数据：

TCP中在一定时间内没有等待到确认应答，发送端就可以认为数据已经丢失，并进行重发。但发送方实际上已经收到，只收确认应答发送中丢失或者还在发送途中。

对于接收端来说，反复收到相同的数据是不可取的。所以引入了序列号，序列号是按照顺序给发送数据的每一个字节（8位字节）都标上号码的编号。接收端查询接收数据 TCP 首部中的序列号和数据的长度，将自己下一步应该接收的序列号作为确认应答返送回去。通过序列号和确认应答号，TCP 能够识别是否已经接收数据，从而实现可靠传输。

2.2 UDP

UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。

UDP通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出现丢包现象。而且它不管数据包的顺序、错误或重发。

3.http请求

（1）一次完整的http请求

• 建立 TCP 连接，HTTP 是比 TCP 更高层次的应用层协议，根据规则，只有低层协议建立之后，才能进行高层协议的连接。
• 建立TCP连接后，客户端向服务器发送请求命令。比如GET aaa.jsp HTTP/1.1
• 客户端发送其请求命令之后，还要以头信息的形式向服务器发送一些别的信息，之后客户端发送了一空白行来通知服务器，它已经结束了该头信息的发送
• 客户端向服务器发出请求后，服务器会客户端返回响应，比如HTTP/1.1 200 OK
• 服务器返回响应头信息
• 服务器向客户端发送头信息后，它会发送一个空白行来表示头信息的发送到此为结束，接着，它就以 Content-Type 响应头信息所描述的格式发送用户所请求的实际数据
• 服务器关闭 TCP 连接，一旦服务器向客户端返回了请求数据，它就要关闭 TCP 连接，但如果客户端或者服务器在其头信息加入了Connection:keep-alive ，TCP 连接在发送后将仍然保持打开状态。可节省建立新连接所需时间和网络带宽。