前言
了解TCP/IP五层模型，探究从URL输入到返回到底经历了什么，这篇文件比长 你会从中了解到关于五层模型、MAC、ARP、三次握手、四次挥手等知识
TCP/IP五层模型
物理层
电脑的传输介质，传输二进制(0 1)电气信号
链路层
确定0和1的分组方式 主要为以太网
以太网协议
一组电信号构成一个数据包叫做帧，每一帧分成两个部分：
- 标头（Head）
- 数据（Data）
标头（Head)包含数据包的一些说明项，比如发送者、接收者、目标MAC数据类型等等
数据（Data）则是数据包的具体内容。
MAC地址
MAC地址及物理网卡的地址，由12个16进制数表示例：00-B0-D0-86-AA-F7
前6个16进制数是生产厂商编号后6位是厂商流水号，每个网卡的MAC都是独一无二的
作用：通过MAC地址将数据包送到该子网络中的目标网卡
网络层
网络层的由来
互联网是由无数子组成的巨型网络而以太网依靠MAC地址发送数据，非同个子网络无法传输数据，
需要区分MAC是否是同个子网从而使用不同方式发送（广播、路由方式）
如何区分目标是否在同个子网？
使用子网掩码与本机IP做二进制AND运算（两个数位都为1，结果为1，否则为0），再使用子网掩码与目标IP做AND运算，两个结果一样则在一个子网反之则不在】
例：访问google IP 172.194.72.105, 已知本机子网掩码是255.255.255.0，本机用它对自己的IP地址192.168.1.100，做AND运算，计算结果为192.168.1.0，再对Google的IP地址172.194.72.105也做一个AND运算，计算结果为172.194.72.0，结果不一致
广播（在同个子网）
数据包的目标地址是对方的MAC加对方IP
将数据包发送到本网络下所有的计算机，每台计算机从以太网标头拿到目标MAC地址与自身做比较 一致则接收，
缺点：
- 目标必须在同个子网络下
- 无法得知目标是否接受成功
- 同个子网下都会接受到包，资源浪费 效率低
这里目标的MAC从何得到的？使用ARP(后续网络层中会讲)
路由转发（不在同个子网）
此时数据包的目标地址是网关的MAC加对方IP
网址作用
通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，分组超过了协议数据单元允许的长度，则源节点的网络层就要对该分组进行分片
IP协议
规定网络地址的协议叫做IP协议，它所定义的地址就被称为IP地址
作用:
- 为每一台计算机分配IP地址
- 确定哪些地址在同一个子网络
IPv4 网络地址由32个二进制位组成。
子网掩码
作用： 判断任意两个IP地址是否处在同一个子网络
判断步骤：将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是
IP数据包
IP数据包也分为标头和数据两个部分
标头部分主要包括版本、长度、IP地址等信息，数据部分则是IP数据包的具体内容
再将其插入以太网数据包后
ARP协议
作用：根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议
步骤：
- 在自己的本地ARP缓存中检查目标IP的匹配MAC地址，有则返回
- 请求帧广播到本地网络上的所有主机，包含要查询主机的IP地址，在对方MAC这栏填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示这是一个广播地址
- 子网络的所有主机接受这个数据包，取出IP与自身比对, 相同则告诉对方自己的MAC地址反之则丢弃
- 拿到IP和MAC地址映射更新ARP缓存
传输层
作用：提供应用程序间的通信（区分数据是给主机上哪个程序的），主要是UDP和TCP协议
方法：每个数据包都发到主机的特定端口，所有不同的程序就能取到自己所需要的数据
UDP协议
UDP数据包，也是由标头和数据两部分组成,相当于广播方式 一旦数据包发出，无法知道对方是否收到，传输数据是不可靠的
标头部分主要定义了发出端口和接收端口，数据部分就是具体的内容。然后把整个UDP数据包放入IP数据包的数据部分
TCP
它就是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认,如果有一个数据包遗失，就收不到确认，发出方就知道有必要重发这个数据包了
TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的”数据”部分,TCP数据包没有长度限制
在将TCP或UDP数据包入IP数据包后
- 以太网标头设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址，前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
- IP标头设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时对于这两者，本机都不知道，于是发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。
- TCP标头设置发出方的端口和接收方的端口,这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口
三次握手
- 第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。
- 第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
- 第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手
状态码
- URG：紧急指针是否有效，为1表示某一位需要被优先处理
- ACK：确认号是否有效，一般置为1
- PSH：提示接收端应用程序立即从TCP缓冲区把数据读走
- RST：对方要求重新建立连接，复位。
- SYN：请求建立连接，并在其序列号的字段进行序列号的初始值设定 建立连接，设置为1
- FIN：希望断开连接。
四次挥手
- 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部FIN=1 其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时 客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态
- 服务器收到连接释放报文，发出确认报文 ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服 务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间
- 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）
- 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认
- 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态
- 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些
应用层
作用： 为不同应用程序规定不同的数据格式
举例来说TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等，那么必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了应用层
结尾
到这我们了解TCP/IP中基本结构以及MAC解析 数据传递的知识，下一篇将分析URL输入到返回的具体步骤
