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網路劃分和各層協議以及webservice 淺談

2021-12-12 06:25:58 後端開發

最近在公司做一些和其他外部系統介面呼叫的作業,遇到一些網路傳輸的問題,趁周末的時間記錄、整理一下,

提到網路我們不得不提網路的分層架構:
我們通常聽到 網路七層架構/五層架構/四層架構,但是不了解很容易被弄迷糊:什么是分層?這幾層架構有何不同?我們為什么要分層?

不要著急,我們先來了解一下這七層、五層、四層 是什么有何區別:

  1. 七層:OSI開放式系統互聯通信參考模型理念由ISO(國際標準化組織)提出,現有的理念標準,并沒說具體實作,只是概念模型 osi;
  2. 四層:在實際中先使用,然后再有的理念 ;(實際生產中為了解決網路通信問題,大家不約而同的使用某種方式(四層)來解決問題,各個廠家在具體分層的細節不一樣,為了統一規范,更加合理規范使用從而提出四層理念 )
  3. 五層:方便理解 七層 和 四層,由此提出五層作為中間理解的概念(通常是教學中才出現的叫法)

image

我們上面可以理解:七層、五層、四層的 各種叫法都是我們自己抽象出來的規范,具體的做事情是四層模型,

下面我們具體來看一下各個層具體是用來做了什么事情(我們這邊為了方便理解,所以使用了五層結構):

物理層

解釋:從字面看來就是我們實際接觸到的實物層:電纜線、光纜線、無線電波等,是傳輸的基礎;

作用:將信號(0,1)由一端 傳輸到 另一端 ,具體形式是二進制(0,1),

例子:電信號可以將電壓不同作為 0,1 的表示;無線電波以波長作為 0,1 的表示……

說白了其實就是做為傳輸信號的載體而已,

但是由此引出來一個問題:

信號可以傳遞過去,但是對方 面對一堆0,1信號,怎么去理解,也就是如何去劃分?(單純的0,1 是沒有意義的,重要的是如何進行解讀?)

各個廠家都有一套自己的規范(也就是0,1分組的方式不一樣),同一廠家的機器進行通信是沒有問題的,但是如果不通廠家的話還需要進行轉換,一個不小心就容易造成分組錯誤,導致傳遞的意思發生改變,這也就急需一個方案來具體解決廠商之間的通信問題(解決物理層解決不了的問題),

設計這種規范問題,都是這層解決不了,在前面加一層去解決,我們在物理層前面加一層去規范各個廠商的通信問題不就行了,這就引出-->鏈路層

鏈路層

為了解決物理層問題,在鏈路層,我們提出了劃分資料的規范:以太網協議

以太網協議:

  1. 一組資料(多個0,1)需要構成一個資料包:叫做 :解決資料識別的問題,

  2. 這個資料包的形式包含 標頭資料

image

  1. 標頭包含 發送者/接收者 的資訊,從而來進行解釋劃分

  2. 所有接入網路的設備必須要有 網卡 資料的真實流向其實是從 一端 網卡 =》 另一 網卡

網卡:

網卡就是各個廠商 自己去分組解釋 二進制資料的,

網卡:由48位二進制/12個6進制 (前6個數字是廠商編碼,后6個是該廠商的流水號)組成,這就是網卡的 mac 地址

Mac 地址是獨一無二的,

好了,現在我們解決了物理層資料的劃分問題,現在又出現了兩個新問題:

1、發送者是自己,怎么知道對方的 mac 地址呢? ARP協議,這個稍后解釋

2、有了雙方的MAC地址,系統如何準確將包送到對方

對于第2個問題解決方案:使用廣播:

向本網路內所有機器發送資料(此時標頭:(發送者mac\接收者mac))由所有的機器自己判斷是/否接受資料

但是 這個只能是本網路 ,是需要將所有的機器都連到一個網路上的?

可是這樣我們想象一下:一個機器發送資料,所有的機器都要接受到資料,這是災難性的(資料傳輸會很大,并發問題)

從而我們提出 劃分子網的概念,但是子網怎么半?(子網是找不到mac地址的),所以我們不得不去解決 mac 地址問題,從而在往前加一層(網路層)

網路層

這層我們是用來解決 鏈路層 提出以太網協議 中 網卡mac 地址 尋找的問題(就是 標頭中 怎么找到對方資訊),

這好辦啊,我們在加一個地址,也就是給mac地址,在系結一個地址,以此區分是不是同一個網路:

  1. 是同一網路:廣播 查找
  2. 不是同一網路:路由(新地址的查找)

新地址就是ip 協議:

IP協議

  1. 32 個 2 進制;
  2. ip 和 以太網 協議一樣,也是包含 標頭 和 資料兩部分;
  3. 標頭包含 本機 ip 地址,和 接收方 ip 地址,
  4. Ip 包在 以太網 資料包的 “資料”里

(這點可能有點繞,解釋一下為啥是包在 以太網的 資料包里 :我們從 上層拿到資料,然后包到 ip 資料包里,然后ip包給了 以太網,以太網 只認 以太網的標頭包,只有決議出 才能得到 ip 包的資料,從而找到 對方以太網地址)

好了,我們整理一下,目前我們有兩個地址

  1. mac 地址:主要解決廠商之間通信兼容問題;
  2. Ip 地址:解決網路 之間 通信問題

然后這個是如何查找mac 地址的呢?

這就是ARP協議:

ARP協議

發送一個資料包到所在網路:此時包含有ip(自己的/對方的都有)/mac(只有自己的) 地址,

然后對方的mac 寫成 FF:FF:FF:FF:FF:FF

本網路與ip 比較:一樣 回復 ip 地址,mac地址;不一樣 丟棄 包資料

圖解:

image
image

到此,實作了網路之間 主機 與 主機 之間的通信了

但是有個新問題:一臺機器,多個程式同時進行 網路 收/發 包,如何判斷 包(資料)的歸屬?也就是說這個包到底歸誰?

這是同一個機器內的問題,

由此我們引出 傳輸層的概念,

傳輸層

這層為了解決 機器內部包的歸屬問題,提出了UDP 協議:

給每個程式 分配不同的 埠 號,引入 “第三個" 地址:埠號

其實就是每個程式 使用網卡 的編號而已

當然,我們的udp 協議也是 有標頭、資料兩個部分

與此同時 還有個ip 協議,這個說白了就是 有確認機制的udp 協議,這個點 我們基本都清楚,所以不詳細說了,具體的可以百度查看,
image

到此,我們就解決了通信的問題,也就是資料從一個機器到另一個機器,然后另一個機器如何解讀的問題,

但,但是,還有一個重要的問題:資料來源很雜的(email、ftp、www)不同的格式,我們沒辦法解讀啊,這就相當于識別圖片 /音源/文本的判斷問題了(其實和 0,1 如何分組一樣)

所以這就用到我們的應用層解決

應用層

這層主要是識別 資料源,進行解碼的,具體怎么做呢?制定協議、規范,編碼按照規范編碼,解碼按照規范解碼就行,

這層協議:

http:超文本

ftp:檔案傳輸

smtp:郵件

當然http 也有 頭+資料這樣的格式

總結網路分層

物理層 是解決傳輸 信號問題(0,1);

鏈路層是 解決物理層 誰來接收的問題(也是識別 誰發來資訊,從而進行0,1 分組)--要站在接收方的角度想一下

傳輸層是 解決鏈路層 查找的問題(也算是優化)

網路層是 解決機器的 分包問題(到底資料是給哪個程式)

應用層是 解決資料的展示問題(圖片還是文本)

這樣我們模擬一下資料傳輸的具體路線:

本機傳輸到另一機器一張圖片:

首先,通過http 協議,里面包含了 這是圖片的資訊(標頭,識別標志);

資料傳輸到 傳輸層,TCP 標頭里面加上本地 埠號(具體哪個程式);打包給網路層

在走到網路層(包含 本機ip/傳送方ip(關于接收方ip 肯定之前就知道,不然你傳給誰)),這里是arp 協議,由ip 拿到了對方的mac 地址等資訊(也就是在這層知道給給誰傳輸的資料); 確定的鏈接,后面都是已經知道對方的地址了

ARP 協議怎么走的:

通過ip 區別出 網路(本網路還是 子網路(這個是子網掩碼之類的,不再講述)),

? 本網路:廣播到本網路 對方 ip地址,和mac 地址( FF:FF:FF:FF:FF:FF)

? 非同一:路由方式找到對方網路(網關之間的鏈接),由網關 廣播 ip 地址和 mac(這個基礎是建立在網路中各個主機互相信任的基礎上的)

非目標源丟棄,目標源 接收到資訊,并記錄下 發送方ip 和mac 地址放到快取中,并且回復 發送方,自己的ip 和 mac 地址,

發送方接收到資訊,放到快取中,然后正式發送資料,

ARP資料具體的流轉:

發送方:

網路層 包含 本機ip 和對方ip ;

向下給到 鏈路層,鏈路層添加 自己mac 和對方 mac 然后第一次鏈接不知道對方Mac (寫成 FF:FF:FF:FF:FF:FF)包成以太網包;

物理層:資料發送,這次資料很小,相當于探測,所以本網路都發送一遍(本網路的機器都 物理層 都收到這個包);

對方:

物理層 決議出 0,1的包給到 傳輸層,鏈路 層進行 決議 ip 和mac 都不是自己的,丟棄包;

是自己的,記錄并回復,

資料傳輸到鏈路層,這里在包裹上 我們的mac 地址,和對方mac地址(對方的mac 地址已經在ARP 中獲取到了),在將資料包到 以太網 包中

然后在走到 物理層,這樣物理層通過 0,1將資料發送出去,(ARP 之后就是確定地址傳輸了,不再是所有網路都發一次資料)

接收方:接到0,1 識別mac 地址,然后解碼,找到對方ip 地址 和分包方式,在向上傳輸到 傳輸層,決議出對方介面號和 這層的分包方式,然后在向上 解讀這是http 協議,解讀標頭,解讀出這是圖片,展示出來,

關于 web service 和 hessian

他們都是RPC 框架的一種,是在http/tcp 協議上(跨了一層或多層)的協議

Web service :

Soap:http傳輸協議+特定的xml

wsdl:檔案說明書

Uddi: 發布服務會用到
image

Hession 是 二進制的傳輸協議,里面自己進行了序列化 和反 序列化,

以上是自己理解的,如果有不對的地方,請各位大佬幫忙指正,在此感激不盡!!!

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