Linux 网络基础：协议分层与传输流程

2. 操作系统与网络技术栈

网络协议栈和我们之前学的操作系统有什么关系？

数据链路层是软件，是在各种软件内部驱动实现的，其中的传输层和网络层是要在 Linux 内核中实现的

在我们日常的生活中，我们也会刷视频来获取信息，这些信息是怎么来的？就是通过物理层中的网卡获取的！！！所以网络通信的本质也是在访问硬件！！！

如果用户想要获取到视频资源，就需要去访问硬件，但是用户并没有资格去直接访问硬件，因为操作系统是硬件的管理者，操作系统不允许用户来访问底层硬件，操作系统并不信任用户，所以用户想要访问到硬件资源就必须要贯穿操作系统！！！用户层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，从上往下，依次贯穿！！！

网络通信的本质：就是贯穿协议栈的过程

此时问题又来了，如果用户层要访问硬件资源，不能直接访问，要依次贯穿网络技术栈，但是操作系统可能让用户去访问、去贯穿网络技术栈吗？这显然不可能，那用户又是如何获取到硬件资源的呢？——系统调用接口！！！通过系统调用接口，用户就可以获取到硬件资源，既然用户无法直接获取，但能让操作系统去获取，并给用户层提供一个接口，让用户层能拿到硬件资源。所以就有了利用系统调用来写出各种协议来供用户层使用！！！

大部分操作系统的内容和系统调用接口都是不一样的，但是网络协议栈是一样的！！！这是因为想要用使用网络，就必须按照网络制定的协议栈，又因为网络通信是要贯穿网络协议栈的（向上贯穿或者向下贯穿），主机 1 有用户层，主机 2 也一定会有用户层，同理任意两台主机的网络协议栈一定是是一样的！！！所以同层协议在逻辑上，就是在和对方的同层直接沟通！！！

3. 网络传输基本流程

网络协议栈的层状结构中，由于每一层都有协议，所以每一层都要添加报头（报文 == 报头 + 有效载荷），才会将信息送到下一层。

数据的自顶向下的封装的过程：

1. 应用层定的协议，要在发送的信息前加一个报头（里面会有版本信息…），消息往下传递给传输层。（将要传输的内容叫做有效载荷）
2. 传输层定的协议，再加入一个报头（里面会有信息的序号、源端口号和目的端口号…），消息往下传递给网络层。
3. 网络层定的协议，再加入一个报头（里面会有该信息是谁发的（主机），要发生到哪里（主机）…），消息再往下传递给链路层。
4. 链路层定的协议，再加入一个报头（里面的信息是从哪里发的（网卡），发送给谁的（网卡）…）

接着，报文就会交给网卡，网卡就会通过以太网，将报文发送给对方的主机的网卡上

远端机器拿到这个数据（报文）的时候一定是网卡先拿到数据的原因

那是因为计算机里面只有一个网络通信的设备就叫做网卡！网卡拿到这个数据（报文）后，肯定要将数据交给操作系统，从硬件外设交到内存里。

网卡拿到数据后一定要将数据（报文）从硬件设备交到内存里的原因

因为这是冯诺依曼体系规定！冯诺依曼体系规定网卡中的数据一定要从硬件设备交给内存里面

当对方拿到报头后，是有办法区分报头和有效载荷的，这时候，只需要将报头取出来，就可以将剩下的有效载荷送给上层，同理，由于同层协议既然能给有效载荷添加报头，所以也能获取报头，每一层拿到报文后，都会将报头和有效载荷分离开来，层层传递，直到到了用户层，将信息传递成功。

通信的过程：本质就是在不断的封装和解包的过程！

除了上述的知识，不同层其实不止一种协议，从上往下其实可以看成是一个倒着的多叉树结构，每一层的协议都要考虑到底是传输给上层的哪种协议

封装和解包中的问题（大部分协议的共性，未来学习具体协议的时候，都是这两个问题！！！）

1. 几乎任何层的协议，都要提供一种能力，将报头和有效载荷分离的能力
2. 几乎任何层的协议，都要在报头中提供，决定将自己的有效载荷交付给上层的哪一个协议 只有知道了两个问题，再面对封装和解包的问题就不会困惑，因为这就是大部分协议的共性