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网络基础之网络协议

程序员文章站 2022-07-01 15:19:03
...

1、CS架构与BS架构

Client<===========>Server

客户端软件send 服务端软件recv
操作系统 操作系统
计算机硬件<==== 物理介质 =====>计算机硬件

Browser<===========>Server

网端 < ============>服务端

2、网络通信

网络存在的意义就是跨地域数据传输=》称之为通信
网络=物理链接介质+互联网通信协议

3、OSI七层协议

网络基础之网络协议

OSI七层协议数据传输的封包与解包过程

网络基础之网络协议

4、五层协议

我们将应用层,表示层,会话层并作应用层,从tcp/ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能,搞清楚了每层的主要协议

就理解了整个互联网通信的原理。

首先,用户感知到的只是最上面一层应用层,自上而下每层都依赖于下一层,所以我们从最下一层开始切入,比较好理解

每层都运行特定的协议,越往上越靠近用户,越往下越靠近硬件
协议:规定数据的组织格式

计算机1:                            计算机2:

应用层                               应用层
传输层                               传输层
网络层                               网络层
数据链路层                        	数据链路层
物理层  <  ======== 交换机 ========> 物理层

数据传输的格式:头部+数据部分

封包裹的过程:数据外加头
拆包裹的过程:拆掉头获取数据

4.1 物理层负责发送电信号

一组物理层数据称之为:位
物理层功能: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
单纯的电信号毫无意义,必须对其进行分组

4.2 数据链路层:ethernet以太网协议

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

      head	                       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

小结:

规定1:一组数据称之为一个数据帧
规定2:数据帧分成两部分=》头+数据
头包含:源地址与目标地址,该地址是mac地址
数据包含:包含的是网络层发过来的整体的内容

规定3:规定但凡接入互联网的主机必须有一块网卡,每块网卡在出厂时都烧制好一个全世界独一无二的地址,该地址称之为mac地址

注意:计算机通信基本靠吼,即以太网协议的工作方式是广播

4.3 网络层:IP协议

网络层由来: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

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:10101100.00010000.00001010.000000001->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:10101100.00010000.00001010.000000001->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。

以太网头 ip 头 ip数据

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

两台计算机在同一个局域网内

计算机1:172.16.10.10/24 直接 计算机2:172.16.10.11/24
ARP:
自己的ip,对方的ip
1、计算二者网络地址,如果一样,拿到计算机2的mac地址就可以了
2、发送广播包
发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

两台计算机不在同一个局域网内

计算机1:172.16.10.10/24 网关 计算机2:101.100.200.11/10
ARP:
自己的ip,对方的ip
1、计算机二者网络地址,如果不一样,应该拿到网关的mac地址
2、发送广播包
发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.1/24 数据

小结:

ip地址+mac地址=》标识全世界范围内独一无二的一台计算机
或者:ip地址=》标识全世界范围内独一无二的一台计算机

未完。。。。。