網(wǎng)絡(luò)通訊工作原理

 為了更好的理解網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，了解并掌握網(wǎng)絡(luò)通訊原理是必須的。這一節(jié)我們將講述網(wǎng)絡(luò)通訊基礎(chǔ)知識(shí)，涉及到協(xié)議、OSI參考模型及數(shù)據(jù)封裝。

網(wǎng)絡(luò)通訊定義了計(jì)算機(jī)如何接入到網(wǎng)絡(luò)中，以及接入網(wǎng)絡(luò)中的通信標(biāo)準(zhǔn)，主要包含協(xié)議、OSI七層參考模型和數(shù)據(jù)通信時(shí)的協(xié)議封裝過(guò)程。

協(xié)議

由于網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行著由不同平臺(tái)上的異構(gòu)系統(tǒng)。為了能使其相互之間通訊，就需要一套共同的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，我們稱這種語(yǔ)言為協(xié)議。

常見(jiàn)的協(xié)議包括傳輸層的傳輸控制協(xié)議(TCP)、用戶數(shù)據(jù)協(xié)議(UDP)，網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議，其它輔助性協(xié)議如地址解析協(xié)議(ARP)、動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)及Internet控制報(bào)文協(xié)議(ICMP)等等。

為了更好的理解協(xié)議，可以將其想象人類口頭或書(shū)面交流的規(guī)則。每一種語(yǔ)句都有自己的規(guī)則。協(xié)議也是類似，它規(guī)定了數(shù)據(jù)包如何轉(zhuǎn)發(fā)，如何發(fā)起和控制一個(gè)連接，已經(jīng)如何傳輸，收到后如何回復(fù)等等。

OSI七層參考模型

協(xié)議都是分層工作的，常見(jiàn)的參考模型有2種，一種是OSI七層模型，另外一種是TCP/IP分層模型。

OSI七層模型和TCP-IP分層模型

這里我們選擇最能幫助理解協(xié)議的七層模型來(lái)說(shuō)明。

最頂層的應(yīng)用層表示用戶在系統(tǒng)界面實(shí)際操作訪問(wèn)的應(yīng)用程序。最底層的物理層表示實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。每一層都會(huì)涉及都不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這些協(xié)議共同協(xié)作，完成數(shù)據(jù)通訊，及應(yīng)用訪問(wèn)。

在OSI模型中，每次都有自己的工作職能，大致如下。

應(yīng)用層(第七次)。為用戶提供直接訪問(wèn)接口，是唯一一層用戶能看到的協(xié)議。如用戶常用的web訪問(wèn)為http協(xié)議，文件共享可能使用的是MIFS協(xié)議等。

表示層(第六層)。這層負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為應(yīng)用層可識(shí)別的格式。不同的應(yīng)用層，對(duì)應(yīng)的表示層編碼和解碼方式各不相同。常見(jiàn)的加解密操作也是由表示層負(fù)責(zé)完成。

會(huì)話層(第五層)。會(huì)話層負(fù)責(zé)管理兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的會(huì)話，包括會(huì)話的建立、維護(hù)和結(jié)束等等。

傳輸層(第四層)。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)傳輸。傳輸層有很多數(shù)據(jù)傳輸控制機(jī)制，如流控、分段、重組、錯(cuò)誤控制等等。

網(wǎng)絡(luò)層(第三層)。這層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。路由工作主要在這一層。網(wǎng)絡(luò)層除了負(fù)責(zé)邏輯尋址外，還需要處理數(shù)據(jù)包分片及一些錯(cuò)誤校驗(yàn)工作。

數(shù)據(jù)鏈路層(第二層)。這一層主要負(fù)責(zé)物理網(wǎng)絡(luò)尋址，為物理設(shè)備提供下一條的MAC地址信息。二層交換機(jī)是物理鏈路層的主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

物理層(第一層)。物理層及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，主要包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件和電氣特性。

無(wú)論是OSI參考模型，還是TCP/IP四層分層模型，不同的分層中有對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)協(xié)議，下圖是常見(jiàn)的經(jīng)典協(xié)議對(duì)應(yīng)圖。

OSI各層對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

封裝

封裝是協(xié)議棧中不同的分層對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加上一個(gè)協(xié)議頭部或尾部，保證數(shù)據(jù)能夠順利完成傳輸。

封裝過(guò)程會(huì)創(chuàng)建一個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，其中包括發(fā)往對(duì)方的應(yīng)用層數(shù)據(jù)，依據(jù)所有增加的頭部和尾部輔助信息。對(duì)方接收到這個(gè)數(shù)據(jù)包文后，逆向逐層剝?nèi)グl(fā)送方增加的頭部和尾部信息，直到最上層就剩下應(yīng)用層信息。

所有數(shù)據(jù)包傳輸基本都是以上圖中描述的過(guò)程創(chuàng)建、傳輸和處理。