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【建议收藏】通俗易懂图解网络知识-第一篇

2022-06-12 22:40:00 【InfoQ】

大家好，我是追麾(hui)。

关于网络的知识，我这里主要是从OSI分层，网络协议等相关的知识，大家一起来学习，觉得不错，记得点赞，转发，在看哦。

谈谈对OSI七层模型和TCP/IP四层模型的理解？

所谓七层模型和四层模型是前辈们为了增强通用型和兼容性，设计出来的层次结构，每一层都遵守一定的规则。

物理层

：通过光缆，网线等物理方式把电脑连接起来，是传递比特流，并且规定了电平，速度，电缆针脚。

数据链路层

：把比特流封装成数据帧的格式，帧是数据链路层的传送单位。电脑连接起来之后，数据都是经过网卡传输，而网卡定义了世界唯一的mac地址，通过广播的形式向局域网所有的电脑发送数据，根据数据中的mac地址和自身的进行对比判断是否发送给自己。数据链路层主要是帧编码和误差纠正控制。

网络层

：网络层定义了IP协议和子网掩码，通过对IP和子网掩码进行运算能确定是否是通一个子网，通过路由器和交换机进行传输。网络层具有寻址和路由选择，连接的建立，保持，终止等功能。

传输层

：传输层是端到端的连接，为了确定数据包是从哪个进程发送过来的，就需要端口号，通过端口来建立通信，比如TCP和UDP属于这一层的协议。

会话层

：负责建立，管理，断开表示层实体间的通信会话。

表示层

：服务于应用层数据编码和转换功能，保证一个系统的应用层数据发送到另外一个应用层能识别。

应用层

：最靠近用户的一层，是为计算机用户提供应用接口，最终供用户的能理解使用的一层。

TCP/IP模型是四层，对于OSI的模型简化。

网络接口层，也叫网络访问层，包含OSI模型的物理层和数据链路层，把电脑连接起来。

网络层，也叫做IP层，处理IP数据包的传输、路由，建立主机间的通信。

传输层，为两台主机设备提供端到端的通信。

应用层，包含OSI的会话层、表示层和应用层，提供了一些常用的协议规范，比如FTP、SMPT、HTTP等。

总结

：物理层通过物理手段把电脑连接起来，数据链路层是对比特流的封装编码，网络层来建立主机对主机的通信，传输层建立端口到端口的通信，表示层处理数据编码和转换，应用层最终负责建立连接，数据格式转换，呈现给用户。

在OSI七层参考模型中，每一层都有哪些协议？

物理层协议有：EIA/TIA-232， EIA/TIA-499，V.35， V.24，RJ45， Ethernet， 802.3，FDDI

数据链路层协议有：Frame Relay，HDLC，PPP， IEEE 802.3/802.2

网络层协议有：IP，IPX，AppleTalk DDP

传输层协议有：TCP，UDP

会话层协议有：RPC，SQL，NFS，NetBIOS，names，AppleTalk

表示层协议有：TIFF，GIF，JPEG，PICT，ASCII，EBCDIC，encryption

应用层协议有：FTP，WWW，Telnet，NFS，SMTP，Gateway，SNMP

如何知道两台机器是否相通？

判断两台机器是否相通，我们从上面的OSI模型中能知道在IP层实现就行了，IP层是实现两台机器的通信，关于IP层我们从上面也知道有IP协议，IPX协议等，其实我们只要能知道实现IP层协议的一些命令就能知道如何通过命令知道两台机器是否相通。

如何知道两台机器是否相通，我们可以通过ping或者traceroute命令，ping和traceroute命令基于ICMP协议实现。下面我们来分析一下ping和traceroute命令以及ICMP协议。

ping命令

：。它是基于网络层、通过发送和接收数据包来检测两台计算机间的连接状况。当出现网络故障的时候，我们就可以用ping命令来预估故障点，如果ping命令没有成功，那么就该考虑硬件连接是否出错，比如网卡设置是否正确、比如网线是否连通，再考虑IP地址设置是否正确。也可以用于数据包一去一回所需耗的时间。使用命令：Ping IP地址。

ping命令就会将目的服务器的 IP 地址，数据大小，往返花费的时间打印到屏幕上。如下图：

traceroute命令

：traceroute命令是一款充分利用 ICMP 差错报文类型的应用，其主要用作追踪路由信息。它的实现是利用从每个机器节点之间的IP报的TTL从1开始递增同时发送UDP包，当出错则接受ICMP包的超时错误信息。

我们参考下图，就能清楚的描述 traceroute 的整个过程。

tracerouter发UDP，为啥出错会回ICMP？

正常情况下，协议栈能正常走到UDP，当然正常返回UDP。但是，你主机不可达，是IP层的（还没到UDP）。IP层，当然只知道回ICMP。

ICMP协议

ICMP是 Internet Control Message Protocol 的缩写，即互联网控制消息协议。它是互联网协议族的核心协议之一。它是IP层中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈，通过这些信息，使网络管理者可以对所发送的问题作出诊断，从而采取适当措施来解决问题。

ICMP本身是网络层的一个协议，但是它的报文不是直接传送给数据链路层，而是要封装成IP数据报，然后再传送给数据链路层。ICMP的差错和控制信息传输只是要解决IP可能出现的不可靠问题，它不能独立于IP而单独存在，因此应该把它视为IP的一个部分，归于IP体系。

ICMP协议报文

协议报文

ICMP报文中各字段含义如下。

类型：占1字节，表示ICMP消息的类型。

代码：占l字节，进一步划分ICMP消息的子类型，如对类型3（目的不可达）又细分为目的网络不可达（代码0）、目的主机不可达（代码2）、目的协议不可达（代码3）、目的端口不可达（代码4）等。

校验和：占2字节，对ICMP报文首部和数据进行校验。

第4个字段：占4字节，内容取决于ICMP报文的类型，有的类型不定义该字段。

数据部分：内容和长度取决于ICMP报文的类型。

ICMP消息的类型分为查询报文，差错控制报文

ICMP报文类型&nbsp;|&nbsp;类型的值&nbsp;|&nbsp;说明
查询报文&nbsp;|&nbsp;8&nbsp;|&nbsp;回应请求
查询报文&nbsp;|&nbsp;0&nbsp;|&nbsp;应答报文
查询报文&nbsp;|&nbsp;13&nbsp;|&nbsp;时间戳请求
查询报文&nbsp;|&nbsp;14&nbsp;|&nbsp;应答报文
查询报文&nbsp;|&nbsp;17&nbsp;|&nbsp;子网掩码请求
查询报文&nbsp;|&nbsp;18&nbsp;|&nbsp;应答报文
查询报文&nbsp;|&nbsp;10&nbsp;|&nbsp;路由查询
查询报文&nbsp;|&nbsp;9&nbsp;|&nbsp;通告报文
差错控制报文&nbsp;|&nbsp;3&nbsp;|&nbsp;目标不可达
差错控制报文&nbsp;|&nbsp;4&nbsp;|&nbsp;源端控制
差错控制报文&nbsp;|&nbsp;5&nbsp;|&nbsp;重定向
差错控制报文&nbsp;|&nbsp;11&nbsp;|&nbsp;超时
差错控制报文&nbsp;|&nbsp;12&nbsp;|&nbsp;报文参数出错

ICMP代码类型

代码&nbsp;|&nbsp;含义
0&nbsp;|&nbsp;目标网络不可达
1&nbsp;|&nbsp;目标主机不可达
2&nbsp;|&nbsp;目标协议不可达
3&nbsp;|&nbsp;目标端口不可达
4&nbsp;|&nbsp;需要分段且已设置DF
5&nbsp;|&nbsp;源路由失败
6&nbsp;|&nbsp;目的网络未知
7&nbsp;|&nbsp;目的主机未知
8&nbsp;|&nbsp;源主机被隔离
9&nbsp;|&nbsp;目的网络被强制禁止
10&nbsp;|&nbsp;目的主机被强制禁止
11&nbsp;|&nbsp;网络不能达到指定的服务类型
12&nbsp;|&nbsp;主机不能达到指定的服务类型
13&nbsp;|&nbsp;因管理结构的主机设置了过滤器而不可达
14&nbsp;|&nbsp;因主机所设置的优先级收到破坏而不可达
15&nbsp;|&nbsp;因优先级被删除而使主机不可达

了解了ICMP协议的报文了，我们来看下ping命令实现的ICMP协议的整个传输流程。ICMP 是 IP 的上层协议，但是ICMP也分担了IP的一部分功能。下面展示了ICMP协议的实现的图解。