网络划分和各层协议以及webservice 浅谈

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最近在公司做一些和其他外部系统接口调用的工作，遇到一些网络传输的问题，趁周末的时间记录、整理一下。

提到网络我们不得不提网络的分层架构：

我们通常听到网络七层架构/五层架构/四层架构，但是不了解很容易被弄迷糊：什么是分层？这几层架构有何不同？我们为什么要分层？

不要着急，我们先来了解一下这七层、五层、四层是什么有何区别：

七层：OSI开放式系统互联通信参考模型理念由ISO（国际标准化组织）提出，现有的理念标准，并没说具体实现，只是概念模型 osi；
四层：在实际中先使用，然后再有的理念；（实际生产中为了解决网络通信问题，大家不约而同的使用某种方式（四层）来解决问题，各个厂家在具体分层的细节不一样，为了统一规范，更加合理规范使用从而提出四层理念）
五层：方便理解七层和四层，由此提出五层作为中间理解的概念（通常是教学中才出现的叫法）

我们上面可以理解：七层、五层、四层的各种叫法都是我们自己抽象出来的规范，具体的做事情是四层模型。

下面我们具体来看一下各个层具体是用来做了什么事情（我们这边为了方便理解，所以使用了五层结构）：

物理层

解释： 从字面看来就是我们实际接触到的实物层：电缆线、光缆线、无线电波等，是传输的基础；

作用： 将信号（0，1）由一端传输到另一端，具体形式是二进制（0，1）。

例子： 电信号可以将电压不同作为 0，1 的表示；无线电波以波长作为 0，1 的表示……

说白了其实就是做为传输信号的载体而已。

但是由此引出来一个问题：

信号可以传递过去，但是对方面对一堆0,1信号，怎么去理解，也就是如何去划分？（单纯的0,1 是没有意义的，重要的是如何进行解读？）

各个厂家都有一套自己的规范（也就是0,1分组的方式不一样），同一厂家的机器进行通信是没有问题的，但是如果不通厂家的话还需要进行转换，一个不小心就容易造成分组错误，导致传递的意思发生改变。这也就急需一个方案来具体解决厂商之间的通信问题（解决物理层解决不了的问题）。

设计这种规范问题，都是这层解决不了，在前面加一层去解决，我们在物理层前面加一层去规范各个厂商的通信问题不就行了。这就引出-->链路层

链路层

为了解决物理层问题，在链路层，我们提出了划分数据的规范：以太网协议

以太网协议：

一组数据（多个0,1）需要构成一个数据包：叫做桢 :解决数据识别的问题。
这个数据包的形式包含标头和数据

标头包含发送者/接收者的信息，从而来进行解释划分
所有接入网络的设备必须要有网卡数据的真实流向其实是从一端网卡 =》另一网卡

网卡：

网卡就是各个厂商自己去分组解释二进制数据的。

网卡：由48位二进制/12个6进制（前6个数字是厂商编码，后6个是该厂商的流水号）组成，这就是网卡的 mac 地址 。

Mac 地址是独一无二的。

好了，现在我们解决了物理层数据的划分问题，现在又出现了两个新问题：

1、发送者是自己，怎么知道对方的 mac 地址呢？ ARP协议，这个稍后解释

2、有了双方的MAC地址，系统如何准确将包送到对方

对于第2个问题解决方案：使用广播：

向本网络内所有机器发送数据（此时标头：（发送者mac\接收者mac））由所有的机器自己判断是/否接受数据

但是这个只能是本网络，是需要将所有的机器都连到一个网络上的？

可是这样我们想象一下：一个机器发送数据，所有的机器都要接受到数据，这是灾难性的（数据传输会很大，并发问题）

从而我们提出划分子网的概念，但是子网怎么半？（子网是找不到mac地址的），所以我们不得不去解决 mac 地址问题，从而在往前加一层（网络层）

网络层

这层我们是用来解决链路层提出以太网协议中网卡mac 地址寻找的问题（就是标头中怎么找到对方信息）。

这好办啊，我们在加一个地址，也就是给mac地址，在绑定一个地址，以此区分是不是同一个网络：

是同一网络：广播查找
不是同一网络：路由（新地址的查找）

新地址就是ip 协议：

IP协议

32 个 2 进制；
ip 和以太网协议一样，也是包含标头和数据两部分;
标头包含本机 ip 地址，和接收方 ip 地址。
Ip 包在以太网数据包的 “数据”里

（这点可能有点绕，解释一下为啥是包在以太网的数据包里：我们从上层拿到数据，然后包到 ip 数据包里，然后ip包给了以太网，以太网只认以太网的标头包，只有解析出才能得到 ip 包的数据，从而找到对方以太网地址）

好了，我们整理一下，目前我们有两个地址

mac 地址：主要解决厂商之间通信兼容问题;
Ip 地址：解决网络之间通信问题

然后这个是如何查找mac 地址的呢？

这就是ARP协议：

ARP协议

发送一个数据包到所在网络：此时包含有ip（自己的/对方的都有）/mac（只有自己的）地址，

然后对方的mac 写成 FF:FF:FF:FF:FF:FF

本网络与ip 比较：一样回复 ip 地址，mac地址；不一样丢弃包数据

图解：

到此，实现了网络之间主机与主机之间的通信了

但是有个新问题：一台机器，多个程序同时进行网络收/发包，如何判断包（数据）的归属？也就是说这个包到底归谁？

这是同一个机器内的问题。

由此我们引出传输层的概念。

传输层

这层为了解决机器内部包的归属问题，提出了UDP 协议：

给每个程序分配不同的端口号，引入 “第三个" 地址：端口号

其实就是每个程序使用网卡的编号而已

当然，我们的udp 协议也是有标头、数据两个部分

与此同时还有个tcp协议，这个说白了就是有确认机制的udp 协议，这个点我们基本都清楚，所以不详细说了，具体的可以百度查看。

到此，我们就解决了通信的问题，也就是数据从一个机器到另一个机器，然后另一个机器如何解读的问题。

但，但是，还有一个重要的问题：数据来源很杂的（email、ftp、www）不同的格式，我们没办法解读啊，这就相当于识别图片 /音源/文本的判断问题了（其实和 0,1 如何分组一样）

所以这就用到我们的应用层解决

应用层

这层主要是识别数据源，进行解码的，具体怎么做呢？制定协议、规范，编码按照规范编码，解码按照规范解码就行。

这层协议：

http：超文本

ftp：文件传输

smtp：邮件

当然http 也有头+数据这样的格式

总结网络分层

物理层是解决传输信号问题（0,1）；

链路层是解决物理层谁来接收的问题（也是识别谁发来信息，从而进行0,1 分组）--要站在接收方的角度想一下

传输层是解决链路层查找的问题（也算是优化）

网络层是解决机器的分包问题（到底数据是给哪个程序）

应用层是解决数据的展示问题（图片还是文本）

这样我们模拟一下数据传输的具体路线：

本机传输到另一机器一张图片：

首先，通过http 协议，里面包含了这是图片的信息（标头，识别标志）；

数据传输到传输层，TCP 标头里面加上本地端口号（具体哪个程序）；打包给网络层

在走到网络层（包含本机ip/传送方ip（关于接收方ip 肯定之前就知道，不然你传给谁）），这里是arp 协议，由ip 拿到了对方的mac 地址等信息（也就是在这层知道给给谁传输的数据）；确定的链接，后面都是已经知道对方的地址了

ARP 协议怎么走的：

通过ip 区别出网络（本网络还是子网络（这个是子网掩码之类的，不再讲述）），

本网络：广播到本网络对方 ip地址，和mac 地址（ FF:FF:FF:FF:FF:FF）

非同一：路由方式找到对方网络（网关之间的链接），由网关广播 ip 地址和 mac（这个基础是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的）

非目标源丢弃，目标源接收到信息，并记录下发送方ip 和mac 地址放到缓存中，并且回复发送方，自己的ip 和 mac 地址。

发送方接收到信息，放到缓存中，然后正式发送数据。

ARP数据具体的流转：

发送方：

网络层包含本机ip 和对方ip ；

向下给到链路层，链路层添加自己mac 和对方 mac 然后第一次链接不知道对方Mac （写成 FF:FF:FF:FF:FF:FF）包成以太网包；

物理层：数据发送，这次数据很小，相当于探测，所以本网络都发送一遍（本网络的机器都物理层都收到这个包）；

对方：

物理层解析出 0，1的包给到传输层，链路层进行解析 ip 和mac 都不是自己的，丢弃包；

是自己的，记录并回复。

数据传输到链路层，这里在包裹上我们的mac 地址，和对方mac地址（对方的mac 地址已经在ARP 中获取到了），在将数据包到以太网包中

然后在走到物理层，这样物理层通过 0,1将数据发送出去。（ARP 之后就是确定地址传输了，不再是所有网络都发一次数据）

接收方：接到0,1 识别mac 地址，然后解码，找到对方ip 地址和分包方式，在向上传输到传输层，解析出对方接口号和这层的分包方式，然后在向上解读这是http 协议，解读标头，解读出这是图片，展示出来。