网络协议

Posted 2021-01-11 xiaobaiskill

 一、操作系统基础　　

　　操作系统:(Operating System，简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

注：计算机(硬件)－>os－>应用软件

 

二、网络通讯

　　2.1 互联网的本质--网络协议

　　　　单台电脑在没有联网的前提下,就一个独立的个体,只能自己玩自己,不能与其他人一起玩耍,就像下面这样

　　如何在能大家一起玩耍呢?当然是给他联网啦

　　想象一下QQ.(问题来了,它是怎么实现通讯的??)

　　QQ是一个软用软件,应用软件是运行在操作系统之上的,操作系统是运行在硬件设备上的,而QQ要实行与另一台设备的通讯需要走internet.

　　QQ发送一条消息应该是这样的一个过程

　　QQ(运用软件)--》操作系统--〉硬设--》internet　　(下面所说就是如何实现这样的一个过程)

　　

　　2.2 osi 协议

　　osi(Open System Interconnection 即开放式系统互联),有人说有四层,有人说五层,有人说七层.其实无非就是进一步扩展而已

(或者说是展开).

网络五层的运用:

用户进程:运用软件开启的进程.

 

数据的封装与解包

　　2.3 tcp/ip 网络五层协议

　　　　1、物理层

　　　　　　物理层由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网

　　　　　　物理层的功能:主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

　　　　2、数据链路层(数据链路层的数据最终是由物理层硬件设备发送和接收的)

　　　　　　数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思

　　　　　　数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

　　　　　　

　　　　　　以太网协议:

　　　　　　　　早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet

　　　　　　　　ethernet规定

• • • • 一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’
      • 每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

　　　　　　　　|   header   |          data            |

　　　　　　　　head包含：(固定18个字节)

• • • • 发送者／源地址，6个字节
      • 接收者／目标地址，6个字节
      • 数据类型，6个字节

　　　　　　　　data包含：(最短46字节，最长1500字节)

• • • • 数据包的具体内容

　　　　　　　　head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送

　　　　　　mac地址：　

　　　　　　　　head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址

　　　　　　　　mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

 　　　　　　　　

 

　　　　　　广播:

　　　　　　　　有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）

　　　　　　　　ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼

 

　　　　3、网络层(数据链路层只能在同一局域网内通讯,如何能够跨域呢?)

　　　　　　网络层的由来:有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难.

　　　　　　

　　　　　　上图结论：必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包），mac地址是无法区分的，它只跟厂商有关

　　　　　　

　　　　　　网络层的功能:引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

　　　　　　

　　　　　　IP协议：

• • • 规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
    • 范围0.0.0.0-255.255.255.255
    • 一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1

　　　　　　

　　　　　　ip地址分成两部分　　　

• • • 网络部分：标识子网
    • 主机部分：标识主机　　

　　　　　　　　注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

　　　　　　　　例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

 

　　　　　　子网掩码　　　　　　

　　　　　　　　所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。

 

　　　　　　　　知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。

 

　　　　　　　　比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0，请问它们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算，

　　　　　　　　172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001

　　　　　　　　255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

　　　　　　　　AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000000->172.16.10.0

 

　　　　　　　　172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010

　　　　　　　　255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

　　　　　　　　AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000000->172.16.10.0

　　　　　　　　结果都是172.16.10.0，因此它们在同一个子网络。

　　　　　　　　总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

　　　　　　

　　　　　　ip数据包

 　　　　　　　　

　　　　　　　ip数据包也分为head和data部分，无须为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分

　　　　　　　　

　　　　　　　　head：长度为20到60字节

　　　　　　　　data：最长为65,515字节。

　　　　　　　而以太网数据包的”数据”部分，最长只有1500字节。因此，如果IP数据包超过了1500字节，它就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。

 　　

 　　　　 ARP协议

　　　　　　

　　　　　　arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即广播的方式，所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在谈及以太网协议时候，我门了解到

　　　　　　通信是基于mac的广播方式实现，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议

　　　　　　arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址

 

　　　　　　协议工作方式：每台主机ip都是已知的

　　　　　　例如：主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

　　　　　　一：首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网

场景	数据包地址
同一子网	目标主机mac，目标主机ip
不同子网	网关mac，目标主机ip

 

 

 

　　　　　　二：分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络，那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

	源mac	目标mac	源ip	目标ip	数据部分
发送端主机	发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	172.16.10.10/24	172.16.10.11/24	数据

 

 

　　　　　　三：这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标ip为自己的，就响应，返回自己的mac

 　　　　　　

 　　　　4、传输层(网络层只能解决跨越通讯的问题,但是无法区分运用程序)

　　　　　　传输层的由来:网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序.　　

　　　　　　

　　　　　　那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号

 

　　　　　　传输层功能：建立端口到端口的通信

　　　　　　　　补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

　　　　　　tcp协议：

　　　　　　　　可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

以太网头

ip 头

tcp头

数据

 

　　　　　　udp协议：

　　　　　　　　不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

以太网头

ip头

udp头

数据

 

　　　　　　tcp报文

 　　　　　　　　

 

 　　　　　　tcp三次握手和四次挥手

　　　　　　

 

 

　　　　5、运用层

　　　　　　应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式 

　　　　　　应用层功能：规定应用程序的数据格式。

　　　　　　例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。