⽹络分层模型和应⽤协议

__西红柿炒番茄__
248 阅读9分钟

前言

网络分层模型，有说TCP/IP四层网络模型，有说TCP/IP五层网络模型，还有的说OSI七层网络模型，其实这些都是概念上的划分，并不是实实在在的实现和代码。不管概念分几层，首先我们要搞清楚为什么要分层呢？分层解决了哪些问题呢？

一.分层的意义

先来看一个例子，⽐如，你有半杯82年的可乐，想分享给你的朋友高启强，但你们已经10年没有联系了。要完成这件事，你可能要考虑：

  • 我⽤什么装可乐？
    可能的⽅案：塑料瓶、玻璃瓶、煤⽓罐
  • 怎么保证可乐始终处于低温？
    可能的⽅案：保温杯、⼩冰箱、冰盒
  • 如何保证可乐不被运输的⼈偷喝？
    可能的⽅案：封条、在上⾯写「毒药」
  • 如何获取高启强的地址？
    可能的⽅案：报案失踪、联系私⼈侦探、联系物流公司的朋友
  • 如何运输？
    可能的⽅案：⾃⾏⻋、汽⻋、⽕⻋、⾼铁、⻜机、⽕箭

fe808c7c693d307d797d902e0eccad4.png

这就形成了⼀个分层结构，我们可以总结出：

  1. 每层相对独⽴，只需解决⾃⼰的问题
  2. 每层⽆须考虑上层的交付，仅需把⾃⼰的结果交给下层即可
  3. 每层有多种⽅案可供选择，选择不同的⽅案不会对上下层造成影响
  4. 每⼀层会在上⼀层的基础上增加⼀些额外信息

二.分层网络模型

⽹络要解决的问题是：两个程序之间如何交换数据，⾯对复杂的问题，可以使⽤分层的⽅式来简化，以网络协议OSI七层模型（Open System Interconnection Reference Model）来说，从上到下分别是：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。 网络五层模型只是把表示层和会话层合并到了应用层，而四层模型是把五层模型数据链路层和物理层合并成了物理链路层。

  1. 应用层:面向用户，微信，QQ都属于应用层的软件，照片和视频都是应用层的数据。

  2. 表示层：计算机使用计算机的编码，把应用层的图片，声音，文字表示出来，表示层常见的协议有jpeg（图片的编码格式），MP3（声音的编码格式），ASCII 码（文字编码格式）

  3. 会话层：定义两个应用能否对接，比如QQ无法分享抖音，淘宝无法微信支付，单从网络层面二者是可以互通的，只是在软件设计上，人为的禁止互通。QQ可以登陆腾讯所有的游戏，支付宝可以登陆阿里系所有的产品。

  4. 传输层：上面三层的重点在软件开发，从传输层开始，重点就在网络通信了。传输层的协议有两个，跑的快但容易丢包的udp协议，或者跑的慢但特别稳定的tcp协议。为了保证文件传输的完整性，一般会选择tcp协议，tcp协议会对所发的每个数据包进行确认，只有对方真的收到了，才算发送成功。视频聊天对延迟要求高，可以接受少量数据的丢失，但不能接受延迟，会采用udp协议。传输层还有一个重要的作用，为数据包打上不同的端口号，开识别这个包属于哪个应用，比如发送的qq消息，由qq应用接收消息，就是这一层打端口号的意义。
    常见的端口号：
    80：http协议，浏览器的数据包 443：https协议，浏览器安全加密的网页数据包 4000：qq的数据包
    一句话总结就是传输层的作用是选择tcp还是udp协议，并且为包打上端口号。

  5. 网络层：前面的工作只是经历了编码，打上端口号，但没有说这个包发往哪个哪里。网络层会给数据包打上ip地址，ip地址是互联网地址，收件人/发件人地址。路由器工作在网络层，相当于快递公司的各个站点，用来根据ip地址来转发各种各样的数据包。

  6. 数据链路层：网络层的路由器用来连接各个网段，相当于快递公司的大卡车负责把快递送到各个派送点。工作在这一层的交换机就是负责把最终的数据包交给接收人，交换机通过mac地址来识别各个终端，会记录每个mac地址连在哪个接口上，然后把数据包发出去。
    总结：数据链路层工作就是给数据包打上mac地址，然后交换机进行高速转发，把数据包发到接收人手里。

  7. 物理层：定义怎么样物理信号来表示数据。比如定义网线是8根线组成，wifi的电磁波频率是2.4G和5G，这些都是物理层面的规定标准解决两个硬件之间怎么通信的问题，它主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。

以五层TCP/IP网络模型来示例数据是如何传输的，数据是从上到下，一层一层走的，走到每一层，都会增加一些额外的信息，最终到达物理层，物理层不在增加额外信息，而是变成电信号通过网络传输到对方，通过对方一层一层解封装，还原出真正的消息，这就是整个通信的过程。

21d9ee44db520c6821f4d343e02e063.png

三.应用层协议

e1d5be6fd7e465c2cb0616d5458b86d.png 下面主要介绍url协议和http协议

1.URL

URL（uniform resource locator，统⼀资源定位符）是⼀个固定格式的字符串，⽤于定位⽹络服务

74d2cd58b3ed069c49739ef733bdb08.png

它表达了： 从网络中哪台计算机（domain）中的哪个程序（port）寻找哪个服务（path），并注明了获取服务的具体细节（query），以及要用什么样的协议通信（schema） 这里面包含了一些细节：

  • 当协议是http端口为80时，端口可以省略
  • 当协议是https端口为443时，端口可以省略
  • schema、domain、path是必填的，其他的根据具体的要求填写,如果没有填写协议schema，浏览器会自动添加http/https，如果没有填写路径path，浏览器会自动添加“/”，代表访问根目录。输入到浏览器地址栏的url默认会使用 ASCII 进行编码，因为传递数据过程中，存在用作分隔符的保留字符，不安全字符，如空格，引号，尖括号等。

2.http协议

超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）是一个广泛运用于互联网的应用层协议。 99%的情况下，前端开发者接触的都是HTTP协议。 该协议规定了两个方面的内容：

  • 传递消息的模式
  • 传递消息的格式

HTTP使用了一种极为简单的消息传递模式，请求-响应模式，发起请求的称之为客户端，接收请求并完成响应的称之为服务器。「请求-响应」完成后，一次交互结束。

传递消息的格式如下图

186697380db774d41026fa121790adf.png

2.1请求方法

常见的方法有：get、post、put、delete、head、connect、options
head方法：类似于get方法，但服务器不发送body，用于获取head元数据
connect：建立tunnel隧道
options:显示服务器对于访问资源支持的方法

2.2长连接和短连接

这里要强调一下，HTTP协议是基于请求/响应模式的，因此只要服务端给了响应，本次HTTP连接就结束了，根本没有长连接这一说，那么自然也就没有短连接这一说法。长连接和短连接，其实本质上是说的是TCP连接，HTTP协议说到底是应用层的协议，而TCP才是真正的传输层协议，所以只有TCP有长连接和短连接，只是HTTP1.0协议不支持TCP长连接，从HTTP1.1协议以后，TCP连接默认都是长连接。

短连接和长连接，是由connection头部决定的，keep-alive表示长连接，客户端请求时带了connection：keep-alive，代表我支持并希望使用长连接，如果服务器支持会在响应中添加connection：keep-alive，接下来就可以复用长连接。HTTP1.1协议以后，TCP连接默认都是长连接，所以加不加connection：keep-alive无意义，但是明确表示不使用要加connection：close。

2.3请求头 - host

Host标注了URL地址中的Domain + Port，host的主机名必须要填，否则不知道请求的完整路径url

Host: test.icemdata.com
2.4 请求头 - Content-Type

Content-Type标注了附带的请求体是什么格式

Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

loginId=admin&loginPwd=123123

//数据被编码成以“&”分隔的键值对，同时以“=”分隔键和值，字符以URL编码方式编码

Content-Type: application/json

{ "loginId": "admin", "loginPwd": "123123" }

Content-Type: multipart/form-data; boundary=----WebKitFormBoundaryraPtlntBIqy4X2Ho

------WebKitFormBoundaryraPtlntBIqy4X2Ho
Content-Disposition: form-data; name="loginId"

admin
------WebKitFormBoundaryraPtlntBIqy4X2Ho
Content-Disposition: form-data; name="loginPwd"

123456
------WebKitFormBoundaryraPtlntBIqy4X2Ho--

// multipart/form-data这种请求体，是以boundary作为分隔符，中间是子包体内容的格式。
2.4 响应头 - Content-Disposition

响应头中的Content-Disposition的取值有两个，默认值为inline,指定包体作为页面一部分展示，将文件内容直接显示在页面。取值为：attachment：指定浏览器将包体以附件的方式下载。

2.5 http Range规范

允许服务器只发送响应包体的一部分给客户端，而客户端自动将多个片段的包体组合成完整的包体，常见的使用场景是播放视频的时候，支持视频播放器实时拖动。服务器通过Accept-Range头部表示是否支持Range请求，Accept-Range：bytes表示支持，Accept-Range：none表示不支持。下面的例子是用新浪视频，从视频中间位置点击播放，服务器响应头Accept-Range：bytes表示支持Range请求，响应中返回Content-Range:bytes 1703936-2786683/2786684，代表视频总长有2786684字节，当前返回的部分是1703936-2786683字节。

8eac3203e953d0e859f73722438a119.png

8bd6982470dfc85a25225c49aef0fc3.png

avatar
文章
阅读
粉丝