計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)——網(wǎng)絡(luò)分層和IP地址
協(xié)議
在因特網(wǎng)中，凡是涉及兩個(gè)或者多個(gè)遠(yuǎn)程通信實(shí)體的所有活動(dòng)都首協(xié)議的制約。
一個(gè)協(xié)議定義了在兩個(gè)或多個(gè)通信實(shí)體之間交換的報(bào)文格式和次序，以及報(bào)文發(fā)送、接受一條報(bào)文或其他事件所采取的動(dòng)作。
簡(jiǎn)單而說(shuō)，協(xié)議就像人類之間通信的語(yǔ)言，它就像機(jī)器之間通信的方式和語(yǔ)言。
協(xié)議三要素
- 語(yǔ)法：就是一段內(nèi)容要符合一定的規(guī)則和格式
- 語(yǔ)義：就是這一段內(nèi)容要代表某種意義
- 順序：就是先干啥，后干啥
網(wǎng)絡(luò)分層
我們知道，網(wǎng)絡(luò)是有分層的，可是為什么要分層呢？因?yàn)椋莻€(gè)復(fù)雜的程序都要分層。
我們可以這樣來(lái)想，想象網(wǎng)絡(luò)包就是一段Buffer，或者一塊內(nèi)存，它是有格式的，同時(shí)有一個(gè)可以跑在電腦，跑在服務(wù)器，跑在交換機(jī)，跑在路由器上的程序，程序可以處理這個(gè)網(wǎng)絡(luò)包，我們知道，一臺(tái)機(jī)器一般有很多個(gè)網(wǎng)口，從某一個(gè)網(wǎng)口拿進(jìn)來(lái)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包，程序處理后，再出另外一個(gè)口出去。說(shuō)了簡(jiǎn)單，可是網(wǎng)絡(luò)包很復(fù)雜，程序也很復(fù)雜。
復(fù)雜的程序都要分層，這是程序設(shè)計(jì)的要求。讓每一層專注做本層的事情。
而且，網(wǎng)絡(luò)每一層協(xié)議負(fù)責(zé)的工作都是不一樣的，也就對(duì)應(yīng)了有不同的設(shè)備來(lái)處理
OSI七層模型：
- 物理層：包含了多種與物理介質(zhì)相關(guān)的協(xié)議，這些物理介質(zhì)用以支撐TCP/IP通信。以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式在物理媒體上傳輸數(shù)據(jù)。
- 數(shù)據(jù)鏈路層：包含了控制物理層的協(xié)議：如何訪問(wèn)和共享介質(zhì)，怎樣標(biāo)識(shí)介質(zhì)上的設(shè)備，以及在介質(zhì)上發(fā)送數(shù)據(jù)之前如何完成數(shù)據(jù)成幀。典型的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議有IEEE802.3/以太網(wǎng)，幀中繼，ATM以及SONET
- 網(wǎng)絡(luò)層：主要負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)包格式和地址格式，為經(jīng)過(guò)邏輯網(wǎng)絡(luò)路徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行路由選擇，IP，ICMP，RIP，OSPF等
- 傳輸層：指定了控制網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議。這就像數(shù)據(jù)鏈路層控制物理層一樣，傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層都定義了流控和差錯(cuò)機(jī)制。二者不同在于，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議強(qiáng)調(diào)控制數(shù)據(jù)鏈路上的流量，即連接兩臺(tái)設(shè)備的物理介質(zhì)上的流量；而傳輸層控制邏輯鏈路上的流量，即兩臺(tái)設(shè)備的端到端的連接，這種邏輯連接可能跨越一連串?dāng)?shù)據(jù)鏈路。
- 會(huì)話層：解除或提供兩進(jìn)程之間建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接的功能；提供交互會(huì)話的管理功能，如三種數(shù)據(jù)流方向的控制，即一路交互、兩路交替和兩路同時(shí)會(huì)話模式。沒(méi)有協(xié)議
- 表示層：數(shù)據(jù)格式化，代碼轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)加密。沒(méi)有協(xié)議
- 應(yīng)用層：最常用的服務(wù)是向用戶提供訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的接口：文件傳輸，電子郵件，虛擬終端等。HTTP，F(xiàn)TP等
現(xiàn)在，我們常用的是TCP/IP四層模型：
- 物理層：中繼器，集線器，雙絞線都工作在物理層
- 網(wǎng)絡(luò)層：IP，ICMP，ARP，等等
- 傳輸層：TCP，UDP
- 應(yīng)用層：HTTP，TFTP，F(xiàn)TP等等
知道了這些之后，我們前面有提到程序，程序來(lái)處理網(wǎng)絡(luò)包，那么程序是如何工作的呢？
當(dāng)我點(diǎn)擊一個(gè)網(wǎng)頁(yè)想要瀏覽的時(shí)候，首先會(huì)發(fā)送HTTP請(qǐng)求，發(fā)送請(qǐng)求，在網(wǎng)絡(luò)上跑的肯定也是報(bào)文嘛，這個(gè)時(shí)候，報(bào)文會(huì)加上HTTP頭和HTTP正文，然后往傳輸層發(fā)送，因?yàn)檫@里是瀏覽網(wǎng)頁(yè)，傳輸層上會(huì)加上tcp頭和端口號(hào)，然后發(fā)往網(wǎng)絡(luò)層，在這一層，報(bào)文會(huì)加上IP頭，里面含有目標(biāo)IP地址，然后發(fā)往物理層，在物理層，會(huì)加上MAC頭，里面含有目標(biāo)MAC或者網(wǎng)關(guān)MAC還有源MAC地址。
之后這個(gè)包就在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。
當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包從一個(gè)網(wǎng)口經(jīng)過(guò)的時(shí)候，首先看看看要不要請(qǐng)進(jìn)來(lái)，處理一下。
拿進(jìn)來(lái)以后，就交給一段程序進(jìn)行處理。
首先，會(huì)摘掉MAC頭，看一下是否和這個(gè)網(wǎng)口的MAC地址相符，如果不是，就丟棄，不處理。如果MAC地址和網(wǎng)口的相符，就說(shuō)明是發(fā)給它的，于是它就會(huì)繼續(xù)摘掉IP頭，看看到底是發(fā)送給自己的，還是希望自己轉(zhuǎn)發(fā)出去的。
如果目標(biāo)IP地址不是自己的，那么就是轉(zhuǎn)發(fā)出去的；如果IP地址是自己的，那么就是發(fā)給自己的，就會(huì)進(jìn)行下一層的處理，我們這里是TCP的，所以會(huì)摘掉TCP頭，這個(gè)時(shí)候，就需要查看TCP的頭，看這是一個(gè)發(fā)起，還是一個(gè)應(yīng)答，又或者是一個(gè)正常的數(shù)據(jù)包，然后分別由不同的邏輯進(jìn)行處理。
如果是發(fā)起或者應(yīng)答，接下來(lái)可能要發(fā)送一個(gè)回復(fù)包；如果是一個(gè)正常的數(shù)據(jù)包，就需要交給上層進(jìn)行處理，這個(gè)時(shí)候會(huì)交給一個(gè)應(yīng)用來(lái)進(jìn)行處理，可是交給哪個(gè)應(yīng)用呢？這個(gè)時(shí)候，TCP的頭里面就有端口號(hào)，不同的應(yīng)用監(jiān)聽不同的端口號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)瀏覽器應(yīng)用在監(jiān)聽這個(gè)端口，那么程序就會(huì)把包發(fā)給瀏覽器，交給瀏覽器處理。
瀏覽器自然是解析HTML，顯示頁(yè)面出來(lái)。
要記住一點(diǎn)：只要是在網(wǎng)絡(luò)上跑的包，都是完整的。可以有下層沒(méi)上層，絕對(duì)不可能有上層沒(méi)下層。
IP地址
IP地址是一個(gè)網(wǎng)卡在網(wǎng)絡(luò)中的通訊地址，相當(dāng)于我們現(xiàn)實(shí)世界的門牌號(hào)碼。
IP地址分類
IP地址分為5類
對(duì)于A，B，C類來(lái)說(shuō)，主要分為兩部分：網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)
我們可以看到，C類地址的最大主機(jī)數(shù)太少了，而A類又很多，會(huì)造成浪費(fèi)，于是出現(xiàn)了一個(gè)協(xié)議：無(wú)類型域間選路（CIDR）
它將32為的IP地址分為兩部分，前一部分是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后面是主機(jī)號(hào)
如：10.100.122.2/24 ，這個(gè)IP地址后面有一個(gè)斜杠，斜杠后面有一個(gè)數(shù)字24，這個(gè)24就代表這個(gè)IP地址前24位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后8為是主機(jī)號(hào)。與此對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0。在10.100.122.XXX這個(gè)網(wǎng)絡(luò)段中，有一個(gè)IP地址比較特殊：10.100.122.255，這個(gè)是廣播地址，如果發(fā)送一個(gè)包，包的目標(biāo)IP是它，那么在10.100.122.xxx這個(gè)網(wǎng)絡(luò)段的所有主機(jī)都能接收到這個(gè)包。
當(dāng)我發(fā)送一個(gè)包的時(shí)候，必須在同一網(wǎng)段下，才能接收到。
如：192.168.1.1/24 發(fā)一個(gè)包給 192.168.1.121/26 ，是不可以的。
MAC地址
MAC地址是一個(gè)網(wǎng)卡的物理地址，用十六進(jìn)制，6個(gè)byte表示。MAC地址是全局唯一的，不會(huì)有兩個(gè)網(wǎng)卡有相同的MAC地址。
那么我們?yōu)槭裁床挥肕AC地址進(jìn)行通信呢？
因?yàn)镸AC地址更像是一個(gè)人的身份證，是一個(gè)標(biāo)識(shí)，它沒(méi)有遠(yuǎn)程定位的功能。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包從源到目標(biāo)，中間會(huì)經(jīng)過(guò)很多路由器等，MAC地址的通信范圍很小，局限在一個(gè)子網(wǎng)里面，找到MAC地址，就考喊，也就是廣播，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包要經(jīng)過(guò)很多子網(wǎng)的時(shí)候，MAC地址就不能通信了。
MAC頭和IP頭
在MAC頭里面，先是目標(biāo)MAC地址，然后是源MAC地址，然后有一個(gè)協(xié)議類型，用來(lái)說(shuō)明里面是IP協(xié)議。
IP頭里面：
版本：IPv4還是IPv6
TTL：最大生存時(shí)間，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包在網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，每到下一跳是，這個(gè)值會(huì)加1，當(dāng)達(dá)到255時(shí)，說(shuō)明包不可達(dá)，包被丟棄。這也一定程度上避免網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。
協(xié)議：說(shuō)明是TCP協(xié)議還是UDP協(xié)議
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