一、网络模型

网络模型分两种，一种是OSI模型，一种是TCP/IP模型，后者应用更加广泛。这里也主要介绍TCP/IP模型。

（一）TCP/IP模型

首先分为4层，从上到下依次是应用层、传输层、网络层、数据链路层。 OSI模型中将网络分为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。 TCP/IP的应用层是OSI模型中应用层、表示层、会话层的集合，而物理层由于不是我们经常考虑的问题，所以TCP/IP模型没有把物理层算上。

1、数据链路层

数据链路层的核心是以太网协议。以太网协议规定一组电信号是一个数据包，叫一个振，每个帧（frame）分为标头（head）和数据（data），标头包含一些说明性东西，比如发送者，接收者，和数据类型之类的。例如一个电脑发个数据包出去，会广播给局域网(子网)内所有电脑设备的网卡，然后每台设备都从数据包获取接收者的mac地址与自己网卡的mac地址比对，如果一样就说明这是发给自己的数据包。

2、网络层

定义了一套IP协议，有IPV4和IPV6，以IPV4为例，由32个二进制数字组成，用4个10进制数字表示。

IP地址分为三类：

A类：第一个字节为网络号，后三个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“0”，所以地址的网络号取值于1~126之间。一般用于大型网络。
B类：前两个字节为网络号，后两个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“10”，所以地址的网络号取值于128~191之间。一般用于中等规模网络。
C类：前三个字节为网络号，最后一个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“110”，所以地址的网络号取值于192~223之间。一般用于小型网络。

这三类IP地址构成了三级网络，将网络划分为了三层，不同子网通过上层网关进行转发。

ip之间的通信

同一个子网的通信：

ip之间是如何通信的勒，这里有一个子网以及子网掩码的概念。比如192.168.56.1和192.168.56.2判断是否是一个子网，子网掩码是255.255.255.0，子网掩码用来与ip地址进行与运算，得到的一个值是否完全一样来判断是否是属于一个子网。192.168.56.1与255.255.255.0进行位与与192.168.56.2与255.255.255.0进行位与是一样的，都为192.168.56.0,即他们是同一个子网。同一个子网之间的Ip可以直接进行网络通信，因为子网内的所有设备会上传自己的ip地址和mac地址映射，设备会缓存同一子网其他设备的Ip地址以及mac地址映射，当拆开IP协议层数据包时可以迅速以目标IP查询ARP缓存，以这个mac地址构建数据链路层的数据包。

不同子网的通信

那么不同子网又是如何联通的勒？这里就是网关发挥作用的时候了，网关有多张网卡。以自己家里的路由器为例，也是一个网关，路由器有一张网卡与部的网关相连，也有一张网卡与内部设备进行相连。当然路由器与网关相连使用的是一个公网ip，这里有一个NAT转换的概念，路由器上装有NAT软件，可以将私有网络（也就是我们自己家连上这台路由器所有的网络设备）的私有ip转换为同一个公网ip，这样做主要是为了解决ip不足的问题，因为ipv4协议就那么几位，ip肯定是不够的。路由器在内网与公网之间中起着转发者的作用，当然路由器上面也有网关，当我们要访问某个Ip也不在路由器所有网卡位与的子网中时还需要进行多个网关的转发，这种转发路径由路由表决定。路由表的的生成方式可以是动态（协议共享）或者静态（手动配置）的，当匹配路由表都失败时使用缺省路由，路由到相连的其他网关。

3.传输层

传输层的协议有TCP协议或UDP协议，TCP协议是一套基于端口的点对点通信协议，规定包括如何连接，如何发送，读取消息。是有连接的，不允许丢数据。 UDP则不需要建立连接，传完数据也不需要确认，允许丢数据。针对此层协议的操作，可使用SocketAPI进行编程，其函数create，listen，accept，connect，read和write等等抽象了TCP/IP协议的一些操作。

4.应用层

合并了OSI中的应用层会话层表示层，协议有比如常见的HTTP协议，邮件协议等等，定义的是通过TCP拿到数据之后怎么处理的协议。

二、常见问题

（一）请求网址的整个过程

请求dns服务器，解析得到访问域名的ip
开始打包数据包经过应用层（按HTTP协议封装成HTTP的数据包），传输层（按TCP协议封装数据包-设置端口），网络层（按IP协议封装数据包），数据链路层（按以太网协议封装数据包）将数据包发送给网关。因为在网络层时通过子网掩码判断不在一个子网，所以会直接发送给网关。以太网包是有限制的，上述的数据包可能会被切为多个包。
网关收到数据包后，会进行路由表进行路由
经过多次路由后到达了目标IP所对应的服务器
对应的服务器依次层层解包，获取http请求报文，处理请求然后又层层封包返回响应

（二）TCP协议的三次握手、四次挥手

首先解释下涉及到的TCP数据包关键头信息。

标志位含义

SYN：同步，1和0表示是否是建立联机的数据包
ACK：确认，1和0表示确认号是否有效
FIN：终止，1和0表示是否要求释放资源，复位连接，即释放运输连接

序号含义

seq 序号。TCP将一次连接中所有发送的字节都编上序号，seq表示本报文段的序号。
ack 确认号,期待收到对方下一个报文段的序号。

注：通常情况下数据传输阶段返回的ack为上一个接收包的seq+len,但三次握手阶段和四次挥手则直接为seq+1。即三次握手四次挥手的序号计算方式忽略了报文长度。

注意：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号。

1、三次握手、

第一次握手客户端发SYN，具体是SYN=1,seq = x(随机值)，然后客户端处于SYN_SENT状态（同步已发送）
第二次握手服务器返回SYN+ACK,具体是SYN=1,ACK=1,seq=y(随机值),ack=x+1，然后服务端状态处于SYN_RECV状态（同步已收到）
第三次握手客户端发送ACK。具体是ACK=1,seq=x+1,ack=y+1，当包发送完毕后，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态

为什么是三次？为了让双方都知道彼此已准备好。设想一个场景，客户端很久之前的第一次握手到达服务器了，但是在这之前，后面重试的握手请求已经建立了连接发送了数据，那么在这个时候客户端是不认识服务器的响应的，所以当服务器返回响应的时候，客户端不会认识这个响应，无法建立连接。

2、四次挥手

第一次挥手客户端发FIN(FIN=1,seq=u)
第二次挥手服务器ACK（ACK=1,ack=u+1,seq=v）
第三次挥手服务器FIN(FIN=1,ack=u+1,seq=w)
第四次挥手客户端ACK(ACK=1,seq=u+1,ack=w+1)

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。另外，第四次挥手后，客户端会等待一段时间在释放连接，确保不会再次收到服务器的第三次挥手（服务器如果没收到客户端的第四次挥手则会尝试重发第三次挥手）。