就該這樣理解 OSI 七層參考模型、淺談不同局域網之間的通信
簡介
說到OSI參考模型，理解網絡與網絡之間的關係，不說太深入難以理解的東西，只求能最大程度上理解與使用。
參考模型是國際標準化組織（ISO）制定的一個用於計算機或通信系統間互聯的標準體系，一般稱為OSI參考模型或七層模型。
概念性的東西，先知道這些就夠了，我們先來聊一聊一個常見的一個模型。
局域網與互聯網
互聯網就是許許多多個局域網組成的，從我們最簡單的一個局域網入手，開始理解
這裏舉例兩個不同的局域網，計算機用網線接入交換機、交換機連接網關路由器，另一處
也是通過相同的方式進行連接。先來了解一下OSI參考模型是如何定義這七層的
OSI 參考模型
參考：
這裏定義的七層只是為了方便我們去理解，實際上是不存在的。
簡單的了解一下這七層是如何定義的，具體的功能還是得舉例子來理解說明。
從最上層的應用層開始說起：如何一步步的封裝數據，到最後進行發送。
應用層
應用層是直接面向用戶的最高層，但它卻不是應用程序，它只是為引用程序提供服務的
就好比，我們用的電腦版微信吧！它就是一個實實在在的應用程序，假設要與一個遠方的小姐姐進行聊天會話，這個時候呢，發送一個Hello給遠方的小姐姐。
當你點擊發送的時候，其實做了很多事情，我們就來梳理一下。
需要發送的數據就是：Hello ,當然，應用層首先給這個數據拼接一個AH,這裏就是應用層的報頭，就好比是微信的一個特有的數據，就這樣先理解。
表示層
當然，我們總不能發送明文吧，將發送的文本數據進行編碼，平常我們計算機使用的萬國碼UTF-8,肯定要進行一下加密吧
表示層更關心的是所傳送數據的語法和語義，主要包括數據格式變化、與解密、與解壓等
會話層
字面意思，就可以理解出這一層表示的意思，建立一個會話，就好比使用Http訪問web的時候，都會存在一個Session 作為標識
讓服務器來區別訪問的計算機。主要功能是負責維護兩個節點之間的傳輸聯接，確保點到點傳輸不中斷，以及管理數據交換等功能。
會話層在應用進程中建立、管理和終止會話。會話層還可以通過對話控制來決定使用何種通信方式，通信或通信。會話層通過自身協議對請求與應答進行協調
傳輸層 端到端
傳輸層作為OSI參考模型中，最重要的一層，這裏主要是以端口到端口來區分。這裏涉及到兩個特別重要的協議TCP 以及UDP
一太計算機上同時運行着QQ、微信、以及瀏覽器等。發送數據報，這個數據包到底是哪個程序發出去的呢？當然要從指定的一個端口發出去
計算機的端口範圍 0-65535
0-1023 就是1024個端口為系統佔用端口
了解到這些，就該先來說說UDP協議
UDP 協議
UDP協議定義了端口，同一個主機上的每個應用程序都需要指定唯一的端口號，並且規定網絡中傳輸的數據包必須加上端口信息，當數據包到達主機以後，就可以根據端口號找到對應的應用程序了。UDP協議比較簡單，實現容易，但它沒有確認機制，數據包一旦發出，無法知道對方是否收到，因此可靠性較差，為了解決這個問題，提高網絡可靠性，TCP協議就誕生了。
參考：
一個UDP報文包含首部與數據部分，UDP首部佔用8個字節，數據部分最長長度為65535B（字節） 即 64KB
UDP協議是無連接，不保證穩定傳輸的協議，但處理速度較快，通常的音頻、視頻在傳送時候使用UDP較多。
我們這裏的例子是微信，微信能保證數據百分百到達，所以我們採用TCP來具體說明數據的封裝
TCP 協議
TCP即傳輸控制協議，是一種面向連接的、可靠的、基於字節流的通信協議。簡單來說TCP就是有確認機制的UDP協議，每發出一個數據包都要求確認，如果有一個數據包丟失，就收不到確認，發送方就必須重發這個數據包。為了保證傳輸的可靠性，TCP協議在UDP基礎之上建立了三次對話的確認機制，即在正式收發數據前，必須和對方建立可靠的連接。TCP數據包和UDP一樣，都是由首部和數據兩部分組成，唯一不同的是，TCP數據包沒有長度限制，理論上可以無限長，但是為了保證網絡的效率，通常TCP數據包的長度不會超過IP數據包的長度，以確保單個TCP數據包不必再分割
參考：
這裏只需要了解的是TCP的基本封裝過程，這裏只涉及到源端口以及目的端口，還未涉及到IP相關的內容。它和UDP協議一樣。就好像是一個改進版的
UDP協議，它能保證數據的可靠傳輸，這個特點記住即可。這裏模擬一下，我們數據的封裝過程。假設微信使用的端口是6666，目標端口就是遠方小姐姐微信
的端口，當然也是一樣的。這裏我為了理解只做簡寫
網絡層
從上面幾層來看，我們已經將微信的數據封裝成來一個TCP數據報，裡面包含來微信的端口 假設是6666，當然，就好比寫信一樣，我的信封
已經準備好勒，裏面要發送的內容我也已經準備好了，接下來就是地址了。肯定要指定這個報文我要發送到哪裡去。所以呢IP 網際協議，就誕生了。
IP 網際協議
網絡層引入了IP協議，制定了一套新地址，使得我們能夠區分兩台主機是否同屬一個網絡，這套地址就是網絡地址，也就是所謂的IP地址。IP協議將這個32位的地址分為兩部分，前面部分代表網絡地址，後面部分表示該主機在局域網中的地址。如果兩個IP地址在同一個子網內，則網絡地址一定相同。為了判斷IP地址中的網絡地址，IP協議還引入了子網掩碼，IP地址和子網掩碼通過按位與運算后就可以得到網絡地址
IP地址在這裏我們就比較好理解了。我們平時的生活中都會涉及到。一個IP指向的就是互聯網當中的一台機器或者就是一台路由器了。
我們來封裝數據。再把上面的圖拿下來，說明一下，我們要給E電腦的小姐姐發送消息。比如我是A電腦，小姐姐在另外一個網關下的E電腦
比較重要的兩個參數：
源地址：192.168.0.120
目標地址：192.168.1.135
進行封裝后的數據，這裏將源地址，告訴路由器（郵局） 發件人 就是源地址，以及收件人 也就是目標地址
ARP 協議
這裏暫時不細說這個ARP協議的內容。我們只需要知道 ARP協議是用來拿IP換MAC地址的，上面的IP協議也已經提過了，通過子網掩碼和IP地址的換算，可以得到
網絡號，網絡號就可以區別這兩個IP是否在同一個局域網內。 參考這個秒懂：
數據鏈路層
到這一層，就已經到網卡、網絡設備（交換機）的範疇了。數據鏈路層最重要的協議是以太網協議，數據鏈路層最重要的一點就是數據成幀。
以太網協議
接入以太網的設備必須包含一塊以太網網卡，也就是我們常用的網卡，一組電信號稱作是一個數據幀 、或者叫做一個數據包
網卡都包含一個全球唯一的MAC地址，發送端的和接收端的地址便是指網卡的地址，即Mac地址。
每塊網卡出廠時都被燒錄上一個實際上唯一的Mac地址，長度為48位2進制，通常由12位16進制數表示，（前六位是廠商編碼，后六位是流水線號）
進行數據鏈路層的封裝，將本機的MAC(源MAC地址) 和目標MAC地址封裝在頭部，在尾部加入DT報尾，這樣 一個數據幀算是封裝完成了！
等等。我們好像還不知道小姐姐那邊的目標MAC地址，這時候就需要用ARP協議了。我們知道ARP協議就是用來用IP來換MAC地址的。
ARP協議
上面已經簡單的了解過了，我們要和在B局域網下的E電腦進行通信，但是我們不知道它的MAC地址，於是我們發送一個ARP請求，來獲取目標的MAC地址
目標MAC 為FF:FF:FF:FF:FF:FF 表示的是廣播地址，這個數據包發出去后，所有的子網機器都會收到，收到的機器判斷目標MAC是否是自己，若不是，則直接丟棄
若是，收到報文的主機會通過單播的形式，將MAC地址回傳給我們。
通過路由協議我們可以得知，若不在一個一個子網內，則會交給路由器
路由器返回的包裏面，目標MAC就會變成路由器的MAC地址，我們拿路由器的MAC地址組裝數據鏈路層報文即可。
物理層
經過以上的每一層的層層包裝，這時候，我們已經包裝好了一個以太網數據幀，包含源MAC，目標MAC，源IP,目標IP等等一系列數據。
物理層就是將這個數據通過電信號、光信號的方式傳遞過去的，物理層一般都是我么所說的光纜以及網線這些硬件設備。
不同子網間的通信
通過上面的知識，我們已經了解到如何封裝成一個數據幀，以及一些協議的相關內容。那麼這裏就會有一個問題，同一子網、
不同子網、以及相隔很遠的兩個子網是如何進行通信的呢？以及我們撥號上網后，公網IP與內網IP是怎麼一回事呢？
同一子網通信
我們先來看一個圖，計算機A要與計算機B進行通信，這時候他們是同處於一個子網內的，這個時候就很簡單了。
按照上面的七層進行封裝數據，這裏的具體參數需要說明一下：
源IP: 0.120（簡寫）
目標IP:0.113
源MAC : A電腦的MAC
目標MAC:B電腦MAC(這裏若不知道就先發送ARP請求)
A將數據報發送出去后，交換機直接查詢目標MAC所轉發的端口，將這個數據報準確的推送到B電腦連接的那個端口即可。
不同子網通信
A電腦需要與E電腦進行通信，這時候發現A與E不在一個子網內，這時候呢，就需要路由器來協助了
源IP: A的IP
目標IP: E的IP
源MAC:A的 MAC
目標MAC: 路由器C的MAC
因為不在一個子網內，需要路由器來進行路由這個數據包，送至D路由器后，D路由器拿出數據報中目標的IP,發送ARP請求，
請求E的MAC地址，知道后，將數據報裏面的目標MAC進行替換，然後發送給E即可。
公網IP與內網IP通信的方式理解
我們在使用路由器上網后，運營商就會給我們分配一個公網IP,按照圖上的指示，C路由器在進行撥號后，就會給C路由器分配一個公網IP
我這裏假設有這樣兩個。這時候需要封裝數據，該如何封裝呢，還是以A電腦與E電腦進行通信，大家肯定會很迷惑。
這裏就需要了解一個協議：網路地址轉換協議：
以下簡稱NAT，NAT 在IPV4 之前起到很大的作用，我們現在也在用，因為IPV4 IP數量的限制，但接入互聯網的電腦又那麼多
該怎麼辦呢。就是給一個路由下分配一個公網IP,路由器下面的IP與公網IP進行一個轉換，這裏面說的轉換就是：NAT
圖中黑色的就是轉換部分，通過端口的轉換，將多個子網IP映射到公網的一個IP上面
網絡地址端口轉換（NAPT）
這種方式支持端口的映射，並允許多台主機共享一個公網IP地址。 支持端口轉換的NAT又可以分為兩類：源地址轉換和目的地址轉換。前一種情形下發起連接的計算機的IP地址將會被重寫，使得內網主機發出的數據包能夠到達外網主機。后一種情況下被連接計算機的IP地址將被重寫，使得外網主機發出的數據包能夠到達內網主機。實際上，以上兩種方式通常會一起被使用以支持雙向通信。 還是舉例，這時候，我們的A電腦需要與E電腦進行通信，E電腦在廣東省，他們撥號后，都會分配一個公網IP，並且已經在路由器裏面完成了NAT映射，
源IP: A電腦IP
目標IP: E電腦映射后的公網IP
源MAC ：A電腦MAC
目標MAC : 本地路由器MAC地址 封裝完成后，將數據報送到C路由器，路由器通過映射表，將源IP進行一個替換
替換后，交給互聯網上的路由器進行數據報的轉發，這就好像發快遞時候一樣，經過一系列的中轉站，到達目的路由。
到達D路由后，D路由將數據報中的目標地址也進行一個轉換，這個地址是可以相互轉的。現在就是公網映射轉到本機IP
轉換后就輕鬆了。按照ARP請求到E機器的MAC地址，然後發報即可。
小結
以上內容皆是自己查看一些博主的總結，通過學習后，能夠加深自己對OIS模型、以及TCP、IP、ARP
這些非常重要的協議的一個認識。以及了解到不同層級下面。兩台電腦如何完成一個通行。這裏講的比較淺，
互聯網的奧妙不是那麼容易就可以理解透的。還是那句，不要停止學習的腳步。就好
參考：
- ARP請求
- 不同子網內兩台機器的通信方式
- OSI 參考模型
- 內網端口與外網端口的理解
- 網絡地址轉換協議：
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