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一、认识协议
1.概念
简单来说：就是一种通信双方，对于通信规则的约定（标准），一定是通信双方都认可的
但是这个协议不一定是认可面非常广的，即使是两个人之间的也可叫做协议
就好⽐⻅⽹友，彼此协商胸⼝插⽀玫瑰花⻅⾯，这就是⼀种提前的约定，也可以称之为协议
2.作用（为什么需要协议？）
两个用来通信的主机设备有着不同的硬件，不同的操作系统，不同的应用程序，有了协议，即使上述内容不同，通信也能正常进行
进行网络通信的时候，通信协议是非常关键的环节
二、协议分层
1.为什么需要⽹络协议的分层？
网络通信是一个非常复杂的事情，这个过程涉及到很多细节问题
如果你使用一个协议来约定上述所以的细节，这个协议就会非常的庞大，非常的复杂
——>拆分:为了管理复杂程度，不要让这个东西太复杂，每个部分负责一个功能
这样一个功能复杂的协议，就拆分成多个功能更单一的协议了
但是拆出来的协议太多了，就要对这个协议进行分类，甚至要“分层”
2. 协议分层是什么
协议分层：把很多的协议，按照功能分成不同的层级，每个层级都有对应的主线任务（目标/要解决的问题），上层协议会调用下层协议的功能，下层协议会给上次协议提供服务
注意：不能“越级调用”
3.分层带来的好处
好处主要有两个方面：
（1）封装的效果：某层协议，不必知道其他层协议的细节，降低学习使用成本
eg：只要会说汉语，不需要理解电话的工作原理，就能打电话；
设计电话的人，可能是老外，不必懂汉语，也不妨碍他设计开发电话
（2）任意层次的协议，都是可以灵活替换的（也就是解耦合），这样就给整个网络体系，升级迭代，带来了很大的便利
eg：将电话机协议改为无线电协议：站在使用者的角度，完全感知不到任何的区别，电话该咋打还是咋打；
将汉语协议改为英语协议：虽然语言变了，电话这一层，没有任何影响，设计电话的人不需要针对“英语”做任何的改变和特殊处理
当前网络的现状，就是有很多的协议，这些协议就是按照一定的分层规则组织起来的，业内普遍的分层方式有两种：
（1）OSI七层模型：
只是存在于教科书上，实际客观世界中并不存在，因为它搞得有点复杂（这里就不作介绍了）
（2）TCP/IP五层（或四层）模型：
可以认为是OSI的简化版本，就是真实世界采取的网络分成模型，目前接触到的网络，大部分都是TCP/IP模型的（电脑上网），当然，也有不是的，eg：4G/5G通信，就是一套专门的模型协议（手机流量上网）
三、TCP/IP五层（或四层）模型
（1）物理层
硬件层面上的相关约定，网线，网口
eg：金工实习，8根铜线穿到一起，接上水晶头，这样的一些接线规则
下面（2）（3）（4）以快递为例介绍
（2）数据链路层
关注的是通信过程中，两个相邻节点之间的通信
eg：快递具体运输的，这是快递员自行进行确定的
例如，当前路线:
上海 -> 苏州 -> 南京 -> 西安
上海 -> 苏州大卡车 就运过去,有一个开着打开车的快递小哥
苏州 ->南京轮船,沿着长江,一路逆流而上,有一个开着船的快递小哥,
南京 ->西安 铁路 装上火车
西安 ->我家门口 电三轮
每个节点之间的运输方式，就相当于数据链路层
（3）网络层
关注的是通信中，通信路径的规划，规划出的路径就决定了，数据要经过哪些节点“点到点的传输”
eg：商家发货,就会把快递交给快递小哥,就会拿到快递公司,
快递公司,就会对这些包衷,进行分拣~~根据快递的目的地，分配到不同的运输线路上
发货地点是在 上海.如果收件地点是在西安
上海 -> 南京 ->西安
上海 -> 无锡 ->西安
上海 -> 徐州 ->西安
快递公司,就会把路线规划好,包裏就会按照这样的既定路线进行传输
（4）传输层
关注的是通信双方的“起点”和“终点”，“端到端的传输”
eg：我和商家，我们俩只关注，发件人信息，和收件人信息（也就相当于起点和终点）
（5）应用层
和具体应用程序直接相关，传输的数据是干啥用的，如何用的，有啥意义
eg：我在淘宝上还是买了个东西,买了个床刷子~~
我拿着这个床刷子要干啥~~ 就是我需要关心的, 快递公司/商家,都是不关心的当我拿到刷子之后,用来刷床,还是用来刷沙发, 还是用来打儿子就是我自己来决定了~
也有人把上述通信协议分层的模型，称为TCP/IP四层（没算物理层）
站在程序员的角度，物理层是纯硬件，其余的四层还是软件
但是物理层又和数据链路层联系紧密，所以有时也算五层
对于OSI模型：只是将TCP/IP模型中的应用层细分为应用层+表示层+会话层
上图中：网络层==互联网层 ；数据链路层==网卡层；物理层==（硬件）只是名称不同而已
关注上图的侧面：分别涉及应用程序，操作系统（内核），设备驱动程序与网络接口
对于Java程序员，重点关注应用层+传输层（应用层是需要调用传输层提供的接口（api）来进行一些功能实现的），这些和日常开发息息相关，其他层简单了解即可
笔试题（选择题）：
路由器是工作在上述协议中的哪一层
交换机是工作在上述协议中的哪一层
如果出现：这里的”路由器"和”交换机“就是"经典的路由器交换机"(课本上的）
路由器就是工作在网络层（三层转发）
交换机就是工作在数据链路层（二层转发） （稍后详细介绍）
但是真实的情况：现在的路由器和交换机功能越来越多，界限越来越模糊
eg：有些路由器/交换机可以工作在应用层，你通过wx发个信息，路由器/交换机就能感知到，你发的这个信息内容是啥（信息内容，属于应用层的范畴）
四、封装和分用（协议的层和层之间是如何配合工作的？）
上层协议调用下层协议，下层协议给上层协议提供服务
下面以A通过QQ给B发送hello为例分别介绍封装和分用
首先QQ里面就会有一个应用层网络协议，这个协议约定了数据按照什么样的格式来组织
这种数据的格式：本质上是（二进制的）字符串（更准确的说是二进制的bit流），因此要传输的发送人，接收人，消息时间，消息内容...就要组织到一个字符串中，组织的时候要按照一定的格式来
不同的协议，数据组织的格式是不同的
序列化和反序列化：
序列化：把结构化数据（包含很多属性，很多字段） ——>字符串/二进制字符串
反序列化： 把字符串/二进制字符串——>结构化数据
发送和接收的过程中就进行了一个序列化和反序列化
1.封装（和Java面向对象的封装，不是一个封装）
A的在聊天窗口里，输入hello，点击发送，那么QQ应用程序就要负责实现上述逻辑，而这些逻辑都要通过网络来传输
（1）QQ应用程序首先就会把上述要传递的内容，组织成“应用层数据包”
假设QQ的应用层协议是这样的：发送人的qq号，接收人的qq号，发送时间，消息正文\n
（2）应用层数据包已经有了，QQ程序就要调用系统的api来进行传输
QQ 程序,就要调用系统的 api, 来进行传输.
应用层接下来要把数据交给,传输层.
怎么交给传输层?传输层(操作系统内核) 提供了 api,让应用程序去调用.
调用这样的 api, 就会把刚才的应用层数据交给传输层.(进入到系统内核了)，称为** socket api**
传输层拿到应用层数据包之后,就会把这个数据包进行进一步的封装,构造成 传输层数据包在传输层
典型协议有两个,TCP,UDP
此处假设使用 UDP 来作为传输层协议
整个是UDP数据包，前面是UDP报头，后面是UDP数据包的载荷（payload）
报头里放着一些UDP相关的属性（比如发件人和收件人的端口号就在UDP报头中）
传输层 构造好数据包之后,就会继续把数据包,交给网络层,(传输层会调用网络层提供的 api，这个调用的过程
都是系统内核,自行负责了，咱们程序员感知不到
（3）网络层 典型的协议IP协议
整个是IP数据包，前面是IP数据包的报头，后面是IP数据包的载荷（IP协议不关心后面的载荷里头是啥，只关心IP报头里的数据）
IP报头中就包含收件人的IP地址和发件人的IP地址
又进一步的调用数据链路层的 api, 把上述 IP 数据包,交给数据链路层的协议.
同样也是系统内核负责完成的.程序员感知不到了,
这里的 api 往往是 网卡 的驱动程序提供的.
硬件厂商,发布硬件的时候,提供配套的软件(驱动程序)通过驱动程序,可以让操作系统实现对硬件的精细控制
（4）**数据链路层 **典型协议 以太网
以太在物理中是光在真空中传输的介质，此处传输网络数据，也需要介质所以引入这个词
电脑, 通过有线网, 传输数据, 走的就是"以太网"协议~~
咱们电脑上插的网线,也叫做"以太网线
以太网,也有自己的数据包格式,就会拿到上述 IP 数据包,进一步的封装
上述数据已经进入到网卡驱动中了，接下来就是要真正的发送出去了
（5）物理层：上述的以太网数据帧，本质上还是0101二进制数据
硬件设备，要把上述的二进制数据，转为光信号/电信号/电磁波才会真正的进行发射
上述层层包装数据，不停的加数据报头的过程，称为**”封装“ **，类似包装快递
2.分用
上述数据，并非直接到达B，而是要先到和A连接的交换机/路由器，数据经过交换机/路由器的一系列转发之后，最终到达B
当数据到达B之后，又要做哪些事情呢？ 就是上述过程的“逆过程”（拆快递）
（1）物理层
收到一系列光电信号，把这些信号转为0101二进制数据，交给数据链路层
（2）数据链路层
按照以太网协议，对数据进行解析（解析报头中的关键信息，为后续的传输/转发打下基础，还需要拿到载荷数据）
解析出来的载荷数据，是要交给上层（网络层）
（3）网络层 IP协议
IP协议拿到IP数据包，按照协议格式进一步解析，解析报头中的关键信息，取出载荷
把载荷再进一步交给上层（传输层）
（4）**传输层 ** UDP
拿着UDP数据包，按照UDP格式进一步解析，解析出关键的信息（要交给哪个端口号对应的进程），以及解析成载荷数据
再把载荷交给对应的应用程序
（5）应用层
QQ程序拿到了应用数据包
QQ按照自己的协议格式，进行解析，拿到这里的结构化数据（反序列化），显示到界面上
这个过程就是分用，就相当于拆快递
中间的路由器，交换机，也要进行封装分用，也是上述的过程
只不过，交换机，封装分用到数据链路层，即可知道下一步如何转发（工作在数据链路层）
路由器，封装分用到，网络层，即可知道下一步如何转发（工作在网络层）
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