浅谈主机间网络通信实际过程

网络通信神马的，听起来不过尔尔，唠起来也是催眠的话题。不过没关系。

网络还没有你认为的那么枯燥。话说阿拉喜欢的，你要说他没意思阿拉真的……会证明他的魅力给你看的哦。

嗨嗨，第一个词——抓包。兴许各位倒是有所耳闻。没有耳闻也没关系。下面是阿拉君粘上的百度简介。

用人话说就是截取别人发送的信息，必要时甚至能骑到，抱歉，起到修改别人发送的信息的恶意目的。

恶意目的的确能达到。可惜阿拉是三观良好的新世纪接班人一个。阿拉怎么可能去截获别人隐私呢？顺便，B站广告区大佬lex，有知道其微博密码的请私信博主，必有重谢。

咳咳，扯远了。

为师教你峨眉剑法是为了让你为世间惩恶扬善匡扶正义，但你要拿来泡妞，为师也不能扇你耳光不是。话说，IT男啊，有些老大不小的，就不要再怂了。做自己想做的事，就拿出点勇气来啊。有时候不是人家不喜欢你，是你太过敏感了啊。日剧《逃避虽可耻却有用》里，女主用尽力气才融化男主周身的寒冰，哦，这里的男主，是个沉默寡言的系统工程师哦。啊啊，温柔的人得到幸福明明是理所当然的事情，为什么还是有种松了口气的感觉呢？幸福在来的路上，为了让他尽早到来，多走几步去迎接啊！

男主星海源。屌丝们做个头发换身衣服打理下脸还是能看的嘛。

但要是这样子，就……

（图片若侵权请留言，阿拉会删掉的！）

嗨，这里，为什么阿拉要用峨眉剑法呢？

喂，这种事怎么都好吧。不习惯就脑补华山剑法九阴真经乾坤大挪移葵花宝典什么的……

用技术手段截获QQ密码、聊天记录以及伪造虚假信息骗取钱财是有可能的。这类案件，多到不甚枚举就不举例了。

那么就让阿拉来给你说说这截获信息的过程吧。

我们在使用qq通信时。第一步当然是打开我们的客户端，输入账号，密码。成功登录后，打开对话框，输入信息，发送，就可以静静等待了。

以上我们能够清晰看到的步骤都是发生在应用层了。app之类的不是也叫应用嘛！

然而消息发送给对方就不如看到的如此简单了。秒回信息背后发生的，要一一道来的话，足够写成一本书了。

嗨嗨，那我们就长话短说。如果阿拉的唠唠还算有意思的话，你们再查资料也有了针对点不是。

第一个标题。

OSI七层与TCP四层对应

比如你发“约吗”给女神。这个约吗经过应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层、光纤或其他传输介质、物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层……哈哈，其实没这么多了。虽然国际标准制定委员会OSI（就是那个认证iso9001什么的）要走这么多层，但因为实际用起来太过麻烦，众人偷懒又不好意思不给老大面子，遂，便有了OSI七层框架（应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层）的简化版，即TCP四层模型。（有些资料上表示为TCP5层模型，是将物理层和数据链路层分开来说。四层模型更偏向标准化，五层的概念更容易理解，酱紫）

TCP四层模型分别是网络访问层，Internet层，传输层和应用层。TCP的网络访问层对应OSI七层框架里的物理层和数据链路层，Internet层对应网络层，传输层就是传输层，最后，TCP里的应用层囊括了OSI七层框架的上三层，即会话层、表示层和应用层。

对照下图你会有个大概的了解。

了解这个有用吗？

诶，有用。

数据在传输过程中要遵循一定章法，否则就会乱套。没有源地址女神就不知道“约吗”是你发的，这样可能就跟其他屌丝约了。没有目的地址的话，你的“约吗”可能会发到你好友列表的任何一人，不不，甚至世界上任何一人都有可能。想像下上班的时候老板收到你的“约吗”……后果不要太美妙哟。除此之外，为了有效传输数据，还需要稳定的网络环境。然而同一时间里上网的人千千万，发QQ的少说也有五六位数的家伙吧，这个数量根据时间段还有高峰期一说。

怎么保证千万数据流里的一条信息能够成功传输？

你也许会觉得头大。但是放心，这些问题，已经在对应协议的管制下顺利解决了。

就算并不完美。也足够漂亮的保证了你和女神的正常通信。

这个例子是不是不够好？嘛，那我们换个人好了。你和某老师的正常通信。嗯，这样就正常多了嘛！

用OSI七层模型描述数据传输流程

OSI模型能够清晰的表明这一过程。发送的数据要转化为二进制才能传输，饭嘛，嚼碎了才能咽得下。心急吃不了某老师0.0。这个过程啊，也就是从QQ应用到底层计算机识别的二进制的过程，OSI说的很清楚。这流程，TCP也是照做的。

简而化之如图所示：

我知道你们又要吐槽——这叫简而言之？得，那就来瞅瞅完整版：http://www.colasoft.com.cn/download/protocols_map.php

阿拉还是很义气的吧。

主要是这图够清晰明了。其实图里的内容，大体看一下，然后对照图片，能够方便理解，也就足够了。

嘛嘛，有兴趣了就再拓展，不过那就修行靠个人了。

要注意的是，发送信息是由应用层到物理层，接收的过程则是物理层到应用层，真正的数据传输，只在物理层进行。其他层是方便理解抽象出的模型。

物理层，说白了就是网线光纤啦！这是底层。

大体看一下。

传输时，下层数据会在上层数据的基础上加上头部信息，到了数据链路层，还有尾部信息。

这些头部信息看起来冗余而啰嗦。就像法律条文密密麻麻让人头大。其实就像串了一串糖葫芦而已啦！后来的在最外层呢，那我们就先看看第一颗山楂球。

1.应用层

最上层的应用层负责提供用户身份验证，并为应用进程提供网络服务。这个很好理解。毕竟QQ本身也要处于网络连通的状态才能提供服务。这个涉及服务器。这个是马化腾要每天操心的玩意。上面所提的各种协议。HTTP、FTP之类的。每项协议对应相应的服务。http是网页，ftp在局域网中用的多，上机课的时候老师也会用来传些资料什么的，SMTP是邮件传输，and so on。

主机上应用这么多，又要如何区分各个进程呢？

那就是端口号了。这个等下面TCP/IP协议的地方会详细说。

2.表示层

表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它只关心信息发出的语法和语义。

表示层为应用层提供的服务有三项内容。

语法转换：语法转换涉及代码转换和字符集的转换，数据格式的修改、数据结构操作的适配、数据压缩、数据加密等。

语法选择：语法选择是提供初始选择的一种语法和随后修改这种选择的手段。

联接管理：利用会话层提供的服务建立表示联接，管理在这一联接之上的数据运输和同步控制，以及正常或非正常地终止联接。

表示层提供加密，并将数据处理为标准格式。比如将“约吗”转个码之类的。你知道的，中文很容易发生乱码。语言格式不处理好，就会发生这种情况。传输数据不能被理解的话，传输时没有意义的。这个类似于，冷藏食物的贩运，不在冷藏上下功夫，食物不到目的地就坏掉了。

那个很容易见到的utf8就是挺有名的编码，百分之七八十的乱码都是这个utf8的问题。下次遇上记得试试看。在浏览器编码的地方。

3.会话层

会话层(Session)是建立在传输层之上，利用传输层提供的服务，使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。会话层session，你可能会在浏览器上见过这个词。cookie和session，cookie在客户端，也就是本地存储，session在客户端存储。cookie的典型用法是本地账号和密码等信息的保存，下次自动登录无需再次输入密码之类。session最经典案例莫过于购物车。在电脑上加入的物品，等到下次再手机上登录也能看到，是不是很神奇呢？cookie和session详解：http://blog.csdn.net/fangaoxin/article/details/6952954/

会话层负责对话控制。如令牌管理。QQ是不容许一个账号在两台电脑同时登录或两个手机上同时登录的。但是，电脑和手机上同时登录一个账号却是可以的。有的时候，你也会发现，某些程序，是可以同时运行在两个手机上的。（网易云好像就OK），而且，同时打开一个网站的多个网页也是再寻常不过的事情。协调与管理这些，就是令牌管理（tokenmanagement）要做的。

基于此，购物车也如此便利。

会话层还有一个很棒的服务是同步。在我们下载大的文件，比如电影的时候。有可能下载到一半断网断电了，或者其他的意外导致电影下了一半。

早些年经常出现要重新下载的情况。现在大部分都可以接着上次的继续下载。能够实现断点下载，实际上是会话层在数据中插入同步点的缘故。

4.传输层

呜哇，到传输层了。传输层呢，提供了主机应用程序进程之间的端到端的服务，基本功能如下：

(1) 分割与重组数据。“约么”两个字，发送一次就可以搞定了。但如果是“某老师你还会不会出新片呐某老师你有freestyle吗某老师给我们表演个胸口碎大石呗”之类长长的一段话，为了保证消息能够完整被某老师接收到，数据就要分段传输了。戳这里

(2) 按端口号寻址。接收数据时表现为此。发送数据时，表现为在传输信息的头部加入此类信息。

(3) 连接管理。通常，对会话层要求的每个传输连接，传输层都要在网络层上建立相应的连接。说传输层是会话层和网络层的缓冲还是蛮适合的。

(4) 差错控制和流量控制。包括接收时纠错的功能，发送时传输速率的控制，错误重传等。若在晚上七八点的上网高峰期通讯，这点还是相当重要的。毕竟很多人都是这个点最为空闲，说不定就有女神呐。流量控制在这个时间点的实际表现是“啊！好卡啊！我X啊，又掉线！”，稍安勿躁，哦急死尅，冷静下来后你会发现——游戏还是连不上。科科，那就出去跑个步健个身钓个妹妹早日结束阿宅的生活吧。

在加班的当我什么也没说。

传输层要向会话层提供通信服务的可靠性，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。聊天无碍，电影和游戏还在不断完善的路上。

5.网络层

从这里开始，就有路由的概念了。这是后话。

建议按顺序看哟。下面提及路由也会好理解一些。阿拉会竭尽所能理清，将已知的点与理论联系起来的。

当然，阿拉能力有限。不到之处尽请指出啊！

网络层涉及一些抽象的概念。IP地址就是这一体现方式。看吧，IP地址而已，也没有那么复杂吧！

IP地址是网络中通讯用到的。就我们日常所见的网址，百度啦谷歌啦b站啦，背后都有一个IP存在。访问网页时，协议会把网址转化为IP，这样你才能正常使用网站上提供的功能。

网址到IP，也就是应用层到网络层哦。

局域网内实现两主机直接通讯是可以的。但范围大了，通讯就变得不那么容易了。谷歌服务器在大洋彼岸，要想访问谷歌就要经路由器了。

路由器能够识别IP，并按一定机制转发。这样经若干路由，离的很远的两人也能在线聊天了。

当然网络层最重要，也是最基本的能力当然还是数据传输啦！

(1) 路由数据包。依旧是添加标识。

(2) 选择传递数据的最佳路径。最短路径不一定是最优路径。R2P和OSPF我们下文会提到。

(3) 支持逻辑寻址和路径选择。逻辑寻址指的是IP地址的寻找，其中涉及知道了IP地址，如何找到其主机的问题。到达路径不止一条时的路径选择，也是网络层的内容哦。

6.数据链路层

说到数据链路层就不得不提MAC地址。MAC地址也就是硬件地址，标明主机身份的编号，代表物理机。IP地址则是网络通信层次的。

Mac地址二进制为48位，但通常用十六进制表示。

windows在命令提示符页面输入命令ipconfig可以查看IP和Mac地址，Linux可用的命令就多了，ifconfig了，ip addr（简写ip a）了。

查询结果中，inet行后，inet后跟的就是IP地址。

ifconfig查询结果中，ether行，enter后的便是Mac地址。ip addr查询结果中，link/enter行，link/enter后的是Mac地址。

查询结果有时候会出现名为virbr0的网卡，那个基本无用的虚拟网卡。解决方式在这里：http://xushen.blog.51cto.com/1673219/1871465

下面是百度百科就数据链路层的介绍。

不同层次上，数据会有首部信息的变化。用专业的说法来称呼不同层次上的数据块，数据链路层中就是帧（frame）了。数据链路层采用CRC循环冗余校验，用来检查传输差错。

ARP是用来由IP地址寻找Mac地址的协议，中文就是地址解析协议。在OSI模型中ARP协议属于数据链路层，而在TCP/IP模型中,ARP协议属于网络层。嘛，这家伙起到的作用还蛮大的！

7.物理层

物理层转化数据帧为比特流，即二进制。

使介质尽可能不存在，数据尽可能无碍传输，就是物理层要做的了。

以上不同层次上，数据的格式单位是不一样的。这个用专业的说法叫PDU。PDU是指对等层次之间传递的数据单位。

PDU: Protocol Data Unit,协议数据单元

物理层的 PDU是数据位 bit

数据链路层的 PDU是数据帧 frame 

网络层的PDU是数据包 packet

传输层的 PDU是数据段 segment

其他更高层次的PDU是消息 message

关于接收信息

发送是封装，接收即为解封装。

就像吃糖葫芦。最后的那颗，是最先放上的，也是最下面的。还是最值得期待的。往往人们都会觉得最后一颗最好的吧。接收数据的差别在于，只有最后一颗才是留给使用者的。拆除路由、主机、应用需要识别的信息，剩下的“约吗”留给你的某老师。

就算如此，串糖葫芦的签也是很重要的，这种感觉？

是不是用吃虾需剥壳的说法更好呢？

拆掉一层层的包装后发现钻戒的feel？

如果还是get不到点请留言，阿拉会做补充的。

主机通讯实况

想说的太多，能一点一点是整理出来却是个并不容易的过程。

能在这个过程中捋清全过程是很不错的。可能的话，把抽象的理论以自己的方式储存起来，那是极好的。

遗憾的开始写出来的，要么认知有局限，要么过于啰嗦。虽然现在还是啰嗦0.0。要么个人色彩太重，搞的不像科教反而像是传教了。

还有要阿拉做到条例清晰确实有点难度啊。嗯，肯定是网络设计的知识太碎的原因。

还有一点要说的是，两主机是可以不经任何中间设备直接通信的。详情见：https://www.zhihu.com/question/41496681

但是发QQ信息就不行了，QQ和网页都有涉及应用层。局域网的通信到不了应用层啊。下面就要正式提及路由器了。

路由器和交换机

主机第一次通讯会向同一网络的所有主机发送ARP广播。如果目标主机在同一广播域，目标主机会单播回应此主机，然后二者就可以单播通信了。

假设A主机寻找B主机通讯，其广播信息在同一网络段的其他主机也是可以接收到的。

何为网络段？这就牵扯到IP地址分类的概念了。结合以下两篇，会大体上清楚很多。http://www.360doc.com/content/14/0211/00/15519979_351497733.shtml和https://wenku.baidu.com/view/7c764de9e009581b6bd9eb30.html。

不在同一个网段的主机通信需要路由器或交换机。交换机连接的主机独享带宽，路由器连接的统一网段的主机共享带宽。通俗来讲，家庭内用一个宽带实现多台主机上网，用路由器连接就能实现局域网的功能。但交换机连接下，一个宽带只能供一台主机上网。路由器方便，交换机则更加安全。

更多路由器和交换机的区别戳这里：http://jingyan.baidu.com/article/14bd256e082f2abb6d261212.html

TCP和UDP

关于这个协议，网上说的已经太多了。

跨网段传输需要路由器或交换机，早前还有集线器。

定义这其中的规则并实际起作用的，就是TCP/IP协议。

TCP是一个协议，IP协议是IP协议。TCP/IP协议由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。

在多个网络段中的通信TCP协议更多保证了数据传输的可靠性。

看TCP包头就知道了。

简单粗暴解决多个网络段中的通信的是UDP。社会我U哥，人狠话不多。

UDP可以说是TCP性格奇怪的哥哥了。UDP风风火火，TCP稳重得体。

如果单纯为解决问题，方式多了去了。

得到钱财可能偷摸拐骗，为什么大部分人还是要自己挣钱呢？

为了能够安稳的活着。生活光明正大。

这样就有了社会主流价值观。真善美之类。为了社会大同而确定的社会准则，为规范社会而生，为了大多数人的幸福运行。

扯远了。UDP包头：

三次握手和四次挥手

这个也蛮多人说过，阿拉这里就不提了吧。

TCP/IP协议的确认机制，差不多可以这么说吧。

电脑生来为人脑服务。网络自然也是因为便利人们生活而存在。

老实说，当初知道米国还是欧洲来着？总之那群人，制定了个君子协议，阿拉当时还蛮意外的。还有GNU开源之类的，这种价值观虽然只是在业内主流，也让人感觉IT界很温暖呢！

最初的网络协议，关于安全性的设计几乎没有。直至现在，这方面也有很高的可提升空间。

网络为传输数据而存在，就像很久以前的战争，为了生存进行。

人们只是活着已经很尽力了。就在上世界七八十年代，数据光是传输已经很不容易了。

这个说的略为沉重。但你差不多知道了。网络设计存在漏洞的始作俑者，对，正是网络传输本身。

钱重要还是命重要？

反正阿拉是选择命啦！

相对应的，网络数据传输，数据包的完整传输是放在首位的。

对此有三次握手和四次挥手。

毫不客气又略带色气的一句话——饱暖思淫欲。基本生存问题解决后，精神需求又会越来越匮乏。钱作为万能物，很少有人觉得现有数额就足够。这没错。人为天灾人祸做准备哪里需要那么多理由。

人人都没有那么崇高，只是有些人，被赋予使命。

不是被选定的，而是自己的选择。比如运维。

其实制度已经准备好了，加密算法之类的。而这个制度，只会越来越完善。尚方宝剑在手，天下我有？

嘛，差不多就是这感觉吧！

话说阿拉很喜欢IT界呢，没有那么多弯弯绕绕，每个人都在努力做着自己的事情，有多少能力就得到多少回报，一个劲的加油总会被人看的见。真好啊，能够成为运维。

就像距离目标总有一些暧昧的距离，而这个距离，一直都不是遥不可及，却一直到达不了。

愿你我都有到达不了的尽头，所以可以尽情驰骋。偶尔回首，也会被自己感动的热泪盈眶。

本文转自阿拉杜美美51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/amelie/1962086 ，如需转载请自行联系原作者