《网络协议》笔记-网络分层

Posted 2022-01-27 iblade

网络为什么要分层？因为，是个复杂的程序都要分层。

程序是如何工作的？我们可以简单地想象“你”这个程序的工作过程。

当一个网络包从一个网口经过的时候，你看到了，请进来，处理一把。（上图左下方）

1. 你调用 process_layer2(buffer)。从 Buffer 中，摘掉二层的头，看一看，应该根据头里面的内容做什么操作。

2. 如果该包携带的 MAC 地址和你的相符，那说明就是发给你的，于是需要调用 process_layer3(buffer)。此时，Buffer 里面往往就没有二层的头了，因为已经在上一个函数的处理过程中拿掉了，或者将开始的偏移量移动了一下。在这个函数里面，摘掉三层的头，看看到底是发送给自己的，还是希望自己转发出去的。

3. 如何判断呢？如果 IP 地址不是自己的，那就应该转发出去；如果 IP 地址是自己的，那就是发给自己的。

4. 根据 IP 头里面的标示，拿掉三层的头，进行下一层的处理，两种选择 process_tcp(buffer) 或者process_udp(buffer) 呢？假设该地址是 TCP 的，则会调用 process_tcp(buffer)。这时候，Buffer 里面没有三层的头，就需要查看四层的头，看这是一个什么？发起？应答？还是正常的数据包？然后分别由不同的逻辑进行处理。

5. 如果是发起或者应答，接下来可能要发送一个回复包；如果是一个正常的数据包，就需要交给上层了。交给谁呢？是不是有 process_http(buffer) 函数呢？

没有的，网络包处理程序是不需要有 process_http(buffer)，而是应该交给应用自己去处理。交给哪个应用呢？在四层的头里面有端口号，不同的应用监听不同的端口号。如果发现浏览器应用在监听这个端口，那你发给浏览器就行了。至于浏览器怎么处理，和你没有关系。

浏览器自然是解析 html，显示出页面来。电脑的主人看到页面很开心，就点了鼠标。点击鼠标的动作被浏览器捕获。浏览器知道，又要发起另一个 HTTP 请求了，于是使用端口号，将请求发给了你。

1. 你应该调用 send_tcp(buffer)。不用说，Buffer 里面就是 HTTP 请求的内容。这个函数里面加一个 TCP 的头，记录下源端口号。浏览器会给你目的端口号，一般为 80 端口。

2. 然后调用 send_layer3(buffer)。Buffer 里面已经有了 HTTP 的头和内容，以及 TCP 的头。在这个函数里面加一个 IP 的头，记录下源 IP 的地址和目标 IP 的地址。

3. 然后调用 send_layer2(buffer)。Buffer 里面已经有了 HTTP 的头和内容、TCP 的头，以及 IP 的头。这个函数里面要加一下 MAC 的头，记录下源 MAC 地址，得到的就是本机器的 MAC 地址和目标的 MAC 地址。不过，这个还要看当前知道不知道，知道就直接加上；不知道的话，就要通过一定的协议处理过程，找到 MAC 地址。

反正要填一个，不能空着。万事俱备，只要 Buffer 里面的内容完整，就可以从网口发出去了，你作为一个程序的任务就算告一段落了。

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那 TCP 在三次握手的时候，IP 层和 MAC 层在做什么呢？当然是 TCP 发送每一个消息，都会带着 IP 层和 MAC 层了。因为，TCP 每发送一个消息，IP 层和 MAC 层的所有机制都要运行一遍。而你只看到 TCP 三次握手了，其实，IP 层和 MAC 层为此也忙活好久了。

这里要记住一点：只要是在网络上跑的包，都是完整的。可以有下层没上层，绝对不可能有上层没下层。

所以，对 TCP 协议来说，三次握手也好，重试也好，只要想发出去包，就要有 IP 层和 MAC 层，不然是发不出去的。

所谓的二层设备、三层设备，都是这些设备上跑的程序不同而已。一个 HTTP 协议的包经过一个二层设备，二层设备收进去的是整个网络包。这里面 HTTP、TCP、 IP、 MAC 都有。什么叫二层设备呀，就是只把 MAC 头摘下来，看看到底是丢弃、转发，还是自己留着。那什么叫三层设备呢？就是把 MAC 头摘下来之后，再把 IP 头摘下来，看看到底是丢弃、转发，还是自己留着。

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很像发快递的过程（http，应用层)，你向顺丰下单(第一次请求),顺丰接单(应答),你向顺丰小伙联系(回应应答)，你将消息放进盒子里(开始封装请求，会话层)，快递员封装一层盒子贴上快递单带回网店(传输层），到快递点检查是否区域快件（网络层），将快件交给运输车（链路层），各个快递转运中心（物理层），快件到达收件市转运中心（物理层），转运输车（链路层），到达区域分发（网络层），网点派送（传输层），快递员方面签收（会话层），拆开检查（表示层），收到快递（应用层）。