计算机网络协议———通信协议综述

一、为什么学习网络协议

协议的三要素是：语法、语义、顺序
连通互联网世界，只教给一台电脑做什么是不够的，需要教会一大片机器做什么，这就是网络协议。只有通过网络协议，才能够使得一大片机器互相协作、共同完成一件事。

1.1 常见的网络协议
采用一个下单购物的场景，看看整个过程运用了哪些网络协议。首先，在浏览器中输入一个网址www.taobao.com URL,浏览器只知道名字是www.taobao.com,但是不知道具体的地点，所以不知道该如何访问；
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于是，打开地址簿去查找，可以使用一般的地址簿DNS去查找，也可以采用更为精确的地址簿查找协议HTTPDNS；
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无论哪一种查找，最后都会得到一个地址：106.114.134.24(任意赋值)，这个是IP地址，相当于你在互联网世界中的“门牌号”。知道了目标地址，浏览器开始打包他们的请求。对于普通的浏览请求，往往会采用HTTP协议；但是对于购物的请求，往往需要进行加密传输，因而使用HTTPS协议。无论是什么协议，里面都会声明“你要买什么和买多少”。HTTP头中包含了请求的信息：

DNS、HTTP、HTTPS所在的层为应用层；
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经过封装以后，浏览器会将应用层的包交给下一层去完成，然后通过socket编程来实现。下一层是传输层，传输层有两种协议：

无连接的协议UDP；
面向连接的协议TCP；
对于支付来说，往往采用TCP协议，所谓的面向连接就是，TCP会保证这个包能够到达目的地。如果不能到达，就会重新发送，直至到达；TCP协议中有两个端口，一个是浏览器监听的端口，一个是电商服务器监听的端口。操作系统往往通过端口来判断，它得到的包应该给哪个进程；

传输层封装完之后，浏览器会将包交给操作系统的网络层。网络层的协议是IP协议，在IP协议里面会有源IP地址，即浏览器的所在的机器的IP地址和目标IP地址，也就是电商所在的IP地址；

目标IP就是电商地址的门牌号，操作系统知道了目的地的门牌号，就要想着该如何找到目的地；

首先先判断，目的地是在本地还是在外地；电商系统一般都在那遥远的地方，就比如你到国外要去海关一样，去外地就要经过网关。操作系统启动以后，就会被DHCP协议配置IP地址，以及默认的网关IP地址192.168.1.1；

如果是本地通信就是靠吼——ARP协议，操作系统大吼一声，谁是192.168.1.1啊？网关会回答它，我就是。这个本地地址就是MAC地址，吼靠的就是ARP协议；



于是操作系统将IP包交给了下一层，也就是MAC层。网卡再将包发出去，包里面包含MAC地址，因此可以到达网关。网关收到包以后，会根据自己的知识，判断下一步该怎么走。网关往往是一个路由器，到了某个IP地址应该怎么走，这个叫作路由表。

路由器就像唐僧西天取经路过的一个个国家之间的城关，每个城关都连接着两个国家，每一个国家都相当于一个局域网，每个国家的内部都可以使用MAC地址进行通信；

一旦跨越城关，就需要拿出IP头来，里面记录着IP源地址(东土大唐)，欲前往西天拜佛取经(目的IP地址)，路过宝地，借宿一晚，请问接下来该如何走?

城关与城关之间的沟通协议叫做路由协议，常用的由OSPF和BGP；

城关与城关之间是一个国家，网络包知道了要去哪个城关的时候，还是要使用国家内部的MAC地址，通过下一个城关的MAC地址，找到下一个城关，然后在问下一步该怎么走，一直走到最后一个城关。最后一个城关知道这个网络包要去的地方。于是，对着这个国家吼一声，谁是目标IP啊？目标服务器就会回复一个MAC地址。网络包过关后，通过这个MAC地址就能找到目标服务器；
————————————————————————————目标服务器发现MAC地址对上了以后，取下MAC头来，发送给操作系统的网络层，发现IP地址对上了，在取下IP头。IP头里会写上一层封装的TCP协议，然后交给传输层,即TCP层。

在这一层中，对于收到的每个包，都会有一个回复说明收到了。这个回复的包绝非这次单次请求的结果，例如购物是否成功，扣了多少钱等，而仅仅是TCP层的一个说明，即收到之后的回复。当然这个回复，会沿着刚才来的方向走回去，报个平安，防止在传输过程中造成的丢包等。

如果过一段时间还没有收到的话，发的端TCP层会重新发送这个包，还是上面的请求，直到收到平安到达的回复。这个重试绝非你的浏览器重新将下单这个动作重新请求一次。对于浏览器来讲，就发送了一次下单请求，TCP层不断自己闷头重试。除非TCP这一层出了问题，例如连接断了，才轮到浏览器的应用层重新发送下单请求。