TCP/IP五层模型简单介绍
对计算机网络中TCP/IP五层模型每层的设备及工作进行介绍
概述
互联网可以说是由一系列协议组成的。
分为好几层，每一层都是由下一层支持，就像盖房子一样
分层有七层和五层，这里只针对于五层协议来说。
自底向上分为：
- 物理层：把电脑连接起来的物理手段，通过电缆，光缆等等，作用就是负责传输0和1
- 数据链路层（MAC）：规定了多少个信号算一组，确定0和1的分组方式，也就是以太网协议
- 网络层（IP）：传输数据包，通过虚拟的IP地址；建立主机到主机之间的通信
- 传输层（TCP/UDP）：与远程计算机建议连接（Established），建立端口到端口的通信
- 应用层：生成数据和请求连接
我们平时开发接触到的一般是应用层
每一层之间如何联系工作？
物理层
把电脑连接起来的物理手段，通过电缆，光缆等等，作用就是负责传输0和1，就是传输电信号
数据链路层
以太网协议
规定了多少个信号算一组，确定0和1的分组方式，0和1的含义；也就是以太网协议
以太网规定一个数据帧由head和data组成：
head：固定长度18字节，包含发送者和接收者的信息
data：最短46字节，最长1500字节
整个帧最短64字节，最长1518个字节
MAC地址
以太网协议的head中包含了发送者和接收者的信息，如何确定发送者和接收者的身份？这就用到了MAC地址，head中有发送者和接收者的MAC地址，这个MAC地址也就是网卡的MAC地址，就是你的数据是通过哪一块网卡发送的。
MAC地址重复？每一块网卡出厂的时候都会有一个MAC地址，这个MAC地址是全世界独一无二的
当然MAC地址也可以通过某些软件修改
MAC地址具体长啥样？
12个十六进制数
可以查看计算机的网络属性，里面就有网卡的MAC地址：
网卡长啥样？或者打开购物网站，搜索网卡；具体如下图
广播
两个问题
我咋知道对面网卡的MAC地址？
是通过ARP协议，在TCP/IP模型中，ARP协议属于网络层（IP层），在OSI七层模型中，ARP协议属于数据链路层
知道了MAC地址，怎么把数据包发送到对应MAC地址的计算机呢？
很原始的方式，就是广播，给同一个网络（子网）的所有计算机都要发送数据包，每个计算机检查自己收到的数据包，看看目标MAC地址是不是自己，不是自己就扔掉，是自己的就接受
网络层
建立主机到主机之间的通信
以太网的方式局限于子网络中，互联网是由无数个子网组成的一个巨型网络，当发数据包的时候，我们会，先看看是不是在同一个子网中，如果是同一个子网，就直接以太网的方式发送，也就是广播，如果不是同一个子网，就通过路由的方式发送，就是先找到对面的子网，然后再找mac具体计算机。
IP地址
这里只说IPV4
简单认识下IP地址
从0.0.0.0~255.255.255.255，看似只有四位，其实每一位都是由一个八位的二进制数组成
00000000.00000000.00000000.00000000 ~ 11111111.11111111.11111111.11111111
这个四位的十进制表示法其实是为了方便记忆
ip地址由网络地址和主机地址组成，网络地址就是看这俩ip是不是在一个子网里面
如何区分IP地址的网络地址和主机地址？
这就用到了子网掩码的概念：
【子网掩码】形式上和IP地址一样，都是四位的十进制数表示，每一位是由八个二进制数表示，它的特点就是网络地址的二进制数全是1，主机地址的二进制数全是0
如子网掩码：255.255.255.0，就是：11111111.11111111.11111111.0
【例子】：如192.168.1.3，他的子网掩码是255.255.255.0
区分哪几位是网络地址，可以拿ip地址和子网掩码做与运算，
11000000.10101000.00000001.00000011
11111111.11111111.11111111.00000000
11000000.10101000.00000001.00000000
192.168.1.0就是网路号
如果现在又来了个ip是192.168.1.5，和子网掩码（255.255.255.0）做与运算，得出网络号是192.168.1.0，所以这两个IP属于同一个子网中
IP数据包
以太网数据包是否需要再加个栏位？存入发送方的ip和接收方的ip，那是没有必要的，我们有ip数据包，数据包中就已经存入了发送方ip和接收方ip，那这个ip数据包咋传呢？直接放入以太网数据包的data中即可
ip数据包也是由head和data组成
将ip数据包放入以太网数据包，以太网数据包就是如下模样了：
ip数据包最大也是65535字节，所以ip数据包的data中可以放65535-head（20）=65515个字节（head最小是20字节）
ARP协议
干啥的：通过主机ip找到主机的MAC地址
既然我们的ip数据包是放在下一层的以太网数据包里面，那么，我们必须知道目标主机的ip地址和MAC地址，ip地址我们知道，因为就是要向目标ip主机发数据包的，那么MAC地址怎么搞？所以就用到了ARP协议
- 情况一：两个主机不在同一个子网，则发送至目标ip所在网关，然后具体寻址
- 情况二：两个主机在同一个子网，直接使用ARP协议，发送IP数据包，但是到以太网数据包封装的时候，目标MAC地址封装为FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示这个是广播地址，那么所有计算机都会收到，然后看自己的ip是不是数据包中的ip，如果是则上报自己的MAC地址，然后就完成寻址
端口的概念
当一个数据包发来我们的电脑，我们现在正在浏览网页，还正在和朋友聊QQ，咱们怎么知道从网络上获取到的这个数据包是网页数据还是qq消息？所以就有了端口
原来，我们每一个应用（进程）都会监听一个计算机的端口，发过来的数据包也会指定是哪个端口应用来接收处理，端口其实是每一个使用网卡的程序的编号。
端口号在065535之间，01023是计算机占用的，用户不可以占用，所以我们只能占用其他的
只要确定了主机和端口，我们就可以建立程序和程序之间的通信了，而网络层只能建立主机到主机之间的通信，所以就有了传输层！
传输层
建立端口到端口之间的通信
只要确定主机和端口，我们就能建立程序和程序之间的通信了，所以unix系统就把主机+端口叫做套接字（Socket），有了Socket我们就可以进行网络编程了！传输层主要就是两大协议，TCP和UDP
UDP
也分为head和data，很简答，几乎就是在数据前面加上简单的发送和接受者的信息
head：存储发送端的ip和端口，接收端的ip和端口
data：存储数据
udp的head部分只有8字节，总长度不会超过65535个字节
这个UDP数据包是放在IP数据包的data部分
又因为IP数据包是放在以太网数据包的data部分，所以以太网数据包就是如下
UDP协议简单轻便，性能消耗少，但是UDP不可靠，发出去不知道对面是否收到，这种情况下TCP就诞生了
TCP
可以粗略的认为TCP是有确认机制的UDP
可以保证数据不会丢失，缺点是性能消耗大
TCP数据包无长度限制，但是一般不会超过IP数据包的长度
两者比较
早期QQ其实也是用的UDP，后来肯定换TCP了
应用层
应用层协议有：HTTP协议、FTP协议、SMTP协议（邮件传送协议）、DNS协议、WebServices协议和DHCP协议等等
应用层的数据包是放到了TCP或UDP的data里面的
最后总的包结构如下所示：
两个子网中的计算机通信通过网关来通信
DHCP协议
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),动态主机配置协议，是一个应用层协议。 当我们将客户主机ip地址设置为动态获取方式时，DHCP服务器就会根据DHCP协议给客户端分配IP，使得客户机能够利用这个IP上网。
流程：子网中一台电脑开机，就向子网中的DHCP服务器发送一个DHCP数据包，申请一个IP和子网掩码网关等相关网络参数
新加入的机器自己没有ip，只有一个MAC地址，并不知道DHCP服务器的IP和MAC地址，这咋发数据包啊！
DHCP做了解决办法：
发出方ip：0.0.0.0 接收方ip：255.255.255.255
发出方的MAC地址：网卡的MAC地址 接收方的MAC地址：FF:FF:FF:FF:FF:FF
发出方端口：68 接收方端口：67端口
子网中每个计算机都会收到这个数据包（因为接收方MAC是全F，就是局域网内广播），DHCP服务器看到发出方IP是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255就知道自己来活了，然后进行分配IP，进而返回一个DHCP响应，相关网络参数都在data里面了，然后新加入的机器就能上网了
浏览器输入一个网址，网络协议之间是怎么运作的？
- 输入网址：DNS协议解析到IP，然后本机先查看这个ip和自己的子网掩码计算，看看是不是在一个子网中
- 一看不是在一个子网中，所以就必须得经过网关（路由器）进行转发
- 然后TCP协议将请求发到网关，设置发送方随机端口号，接收方网址的端口，一般是80
- IP协议发送，指定发送方和接收方的IP
- 以太网协议，设置双方MAC地址，发送方是本机，接收方是网关MAC地址
从咱们自己的网关发出去还需要经过多个网关的转发才会到服务器，然后服务器做响应，同样的步骤
参考
本文的学习基于@biezhi大哥的视频学习的，视频链接：https://www.youtube.com/watch?v=iNITVjVLpxI&list=PLK2w-tGRdrj4kATfdbiZmwQbI2NkYGGlY