Linux----网络原理初识

Posted 2022-04-20 4nc414g0n

网络原理初识

• 1）网络协议
• • 协议分层
  • OSI七层模型
  • TCP/IP五层(四层)模型
• 2）网络传输基本流程
• • 网络传输流程
• 3）网络中的地址管理
• • IP地址
  • MAC地址

1）网络协议

协议是一种约定
网络协议：约定一个共同的标准,大家都来遵守，让不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信
所谓的网络协议本质: 通过数据的表达方式，来完成参与通信的各个主机协议的表现

协议分层

在层状结构的软件体系下，很方便的可以随时更换任何一层协议，即进行解耦，提高了程序的可维护性

OSI七层模型

	分层名称	功能	每层功能概览
7	应用层	针对特定应用的协议	针对每个应用的协议
6	表示层	设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换	接收不同表现形式的信息，如文字流、图像、声音等
5	会话层	通信管理 负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)管理传输层以下的分层	何时建立连接，何时断开连接以及保持多久的连接
4	传输层	管理两个节点"之间的数据传输 负责可靠传输(确保数据被可靠地传送到目标地址)	是否数据丢失
3	网络层	地址管理和路由选择	经过哪个路由传递到目标地址
2	数据链路层	互连设备之间传送和识别数据帧	数据帧与比特流间切换
1	物理层	以“0”,“1“代表电压的高低、灯光的闪灭，界定连接器和网线的规格	比特流与电子信号间切换 连接器与网线规格

OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型 称为开放式系统互联参考模型，是一个逻辑上的定义和规范;把网络从逻辑上分为了7层. 每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机
OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输;它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，概念清楚，理论也比较完整. 通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯

TCP/IP五层(四层)模型

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇.TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求

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物理层我们考虑的比较少. 因此很多时候也可以称为 TCP/IP四层模型
一般情况下：（并不绝对. 很多交换机也实现了网络层的转发; 很多路由器也实现了部分传输层的内容(比如端口转发)）

1. 对于一台主机, 它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容;
2. 对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层;
3. 对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层;
4. 对于集线器, 它只实现了物理层;

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	分层名称	功能
5	物理层	负责光/电信号的传递方式. 比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等. 集线器(Hub)工作在物理层.
4	数据链路层	负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层.
3	网络层	:负责地址管理和路由选择. 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层.
2	传输层	负责两台主机之间的数据传输. 如传输控制协议 (TCP), 能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机.
1	应用层	:负责应用程序间沟通，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等. 我们的网络编程主要就是针对应用层.

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OSI七层模型 vs TCP/IP五层(四层)模型：

2）网络传输基本流程

• 局域网中，需要每一台主机都有自己的身份标识(MAC地址)，以正确接受消息
• 局域网中，数据如果被多台主机同时发出，容易发生数据碰撞，任何一个时刻，局域网中，只允许一台机器再向网络发送数
  据 每台主机都有识别碰撞的能力，每台主机都要执行碰撞避免算法

网络传输流程

IP网络:

网络转发：

• 问： 最底层是不一样的，网络是如何做到，在IP, 包括IP之上，可以没有任何差异?
• 答：因为有路由器的存在，可以做到不断的根据不同的局域网制式，进行解包和封包的过程，站在IP往上看，全网的网络是没有任何差别的，完成了一种网络虚拟化的技术----IP网络

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路由器：路由器是跨网络传输，要求路由器至少有两个网络接口 路由器是工作在网络层的设备，但不仅仅是工作在网络IP地址

• 源IP，目 的IP----是我们进行路径选择的核心依据
• 上一站从哪里来，下一站去哪里 对应 源mac地址， 目的mac地址----mac地址一直都是在变化的 (MAC地址只考虑在局域网中使用)
  

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解释：

1. 令牌环（每个时刻只允许一台机器发数据）上传输的小的数据（3个字节的一种特殊帧）叫为令牌，谁有令牌谁就有传输权限。如果环上的某个工作站收到令牌并且有信息发送，它就改变令牌中的一位（该操作将令牌变成一个帧开始序列），添加想传输的信息，然后将整个信息发往环中的下一工作站
2. 跨网段的主机的文件传输. 数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器
3. 每层协议，都必须解决两个问题:1.能够将自己的报头和有效载荷进行分离，2.每次协议的报头中一定包含了一个字段:标识要将自己的有效载荷交付给上层的哪一个协议

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数据包封装：

1. 不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报 (datagram),在链路层叫做帧(frame).
2. 应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装(Encapsulation).（本质就是memcpy()）
3. 首部信息中包含了一些类似于首部有多长, 载荷(payload)有多长, 上层协议是什么等信息.
4. 数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部, 根据首部中的 “上层协议字段” 将数据交给对应的上层协议处理

数据包分用：

1. 传入的帧根据以太网首部中的帧类型进行分用
2. 根据IP首部中的协议值进行分用
3. 根据TCP或UDP首部中的端口号进行分用

3）网络中的地址管理

IP地址

IP协议有两个版本, IPv4和IPv6

1. IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;
2. 对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;
3. 我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;

MAC地址

MAC地址：局域网中，需要每一台主机都有自己的身份标识(MAC地址)网卡的一个SN,全球唯一, 6字节的标识符

1. MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
2. 长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
3. 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址)