TCP_IP协议（网络层与数据链路层）笔记

Posted 2022-12-13 一位懒得写博客的小学生

网络层

基本概念

主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备

路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制

节点: 主机和路由器的统称

协议头格式

• 4位版本号(version): 指定IP协议的版本, 对于IPv4来说, 就是4；
• 4位头部长度(header length): IP头部的长度是多少个32bit, 也就是 length * 4 的字节数. 4bit表示最大的数字是15, 因此IP头部最大长度是60字节；
• 8位服务类型(Type Of Service): 3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0). 4位TOS分别表示: 最小延时, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本. 这四者相互冲突, 只能选择一个. 对于ssh/telnet这样的应用程序, 最小延时比较重要; 对于ftp这样的程序, 最大吞吐量比较重要；
• 16位总长度(total length): IP数据报整体占多少个字节；
• 16位标识(id): 唯一的标识主机发送的报文. 如果IP报文在数据链路层被分片了, 那么每一个片里面的这个id都是相同的；
• 3位标志字段: 第一位保留(保留的意思是现在不用, 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为1表示禁止分片, 这时候如果报文长度超过MTU, IP模块就会丢弃报文. 第三位表示"更多分片", 如果分片了的话, 最后一个分片置为1, 其他是0. 类似于一个结束标记；
• 13位分片偏移(framegament offset): 是分片相对于原始IP报文开始处的偏移. 其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的. 因此, 除了最后一个报文之外, 其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了)；
• 8位生存时间(Time To Live, TTL): 数据报到达目的地的最大报文跳数. 一般是64. 每次经过一个路由, TTL -= 1, 一直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是用来防止出现路由循环8位协议: 表示上层协议的类型；
• 16位头部校验和: 使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏；
• 32位源地址和32位目标地址: 表示发送端和接收端.；

IP地址组成

网络号 + 主机号。

网络号：IP地址和子网掩码按位与。 保证相互连接的两个网段具有不同的标识。
主机号：同一网段中，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号。

数据链路层

ARP：

定位：ARP不是单纯的数据链路层的协议，它是介于数据链路层和网络层之间的协议。
作用：IP 地址和 MAC 映射关系。
工作方式：

当在浏览器输入url地址之后，会发生什么事情？

• 1.浏览器会先检查你的url地址正确性。
• 2.浏览器会检查这个url有没有缓存，如果有缓存就会取缓存。
• 3.DNS域名解析，拿到IP进行访问。
• 4.TCP 3 次握手
• 5.HTTP协议Request内容发送（首行，head，空行，body）
• 6.服务器接收到请求，并且进行相应的业务处理。
• 7.服务器将结果返回到客户端。
• 8.浏览器拿到返回结果，并调用浏览器的内核进行渲染。
• 9.4次挥手。

NAT 实现背景：解决IP不足的问题。
NAT本质：实现一个映射，内网IP到外网IP的映射。

NAT缺点

部署和运行 NAT 服务是需要硬件支持

当 NAT 挂掉之后，整个局域网就瘫痪了。

NAT VS 代理

应用场景：NAT 是解决IP不足的问题，代理是解决不能达到的问题。

部署方式：NAT 通常会部署在防火墙，代理是一个软件，直接安装就可以了。

所在层级不同：NAT 是网络层，代理是应用层。

MTU 与 Mss的关系

MTU = MSS + 传输层报头大小 + 网络层的报头的大小。