今天跟大家分享的是，自己對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的理解。主要介紹網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，和傳輸層。
四層協(xié)議的概述
1.購物與四層協(xié)議
2.各層協(xié)議如何相互協(xié)作--封裝，分用 （組包，拆包）
數(shù)據(jù)鏈路層
1.以太網(wǎng)幀報文頭
2.arp協(xié)議，及演示
3.兩臺電腦如何mac地址進行通訊的
網(wǎng)絡(luò)層
1.ip頭部 ip地址 公網(wǎng) 私網(wǎng)
2.路由表
3.nat網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換協(xié)議
4.ip路由觀察
5.ip分片觀察
介紹傳輸層（只介紹TCP）
1.tcp報文頭
2.三次握手與socket
3.請求序列號，確認序列號，已經(jīng)超時重傳
4.socket與三層協(xié)議的關(guān)系及幾個問題
四層協(xié)議的概述
1.購物與四層協(xié)議
先通過一個故事來簡單描述一下四層協(xié)議的各自功能。
家里要買一個40米的大佛像，到了店鋪a（邯鄲），選好了樣式，店鋪a告知要從店鋪b（廣州）運貨回來。于是就有了以下運佛的故事。
我們先看兩個店鋪（傳輸層）做了些什么？
總的來說就是穩(wěn)定的端對端（廣州 ?[源]--邯鄲 [目的地]）傳輸
1.店鋪a先給店鋪b打了個電話，更準確的說應(yīng)該不是打電話，而是寫信，走快遞，來回三次信件（三次握手），溝通了一下佛像運輸問題，要分塊運輸（MSS）,以及店鋪a本地的倉儲大?。╳indow）；
2.店鋪b通過快遞公司，把一塊佛像寄送給店鋪a，店鋪a收到后立馬給店鋪b打了個電話，告知已經(jīng)收到（數(shù)據(jù)接收確認報文）；
3.一次一輛裝載佛像的汽車自燃了，店鋪b很久（超時時間）沒有收到店鋪a的回復(fù)電話，就立馬把這塊佛像又發(fā)了一遍。（丟包重發(fā)）
4.最后店鋪a收到了所有的佛像塊，組裝成了40米的大佛（數(shù)據(jù)有序組裝）。
5.一次店鋪a收到了序號為5，6，9，8序號的佛塊（無序接收），最后店鋪a直接打電話回復(fù)收到9號了（不用每次都回復(fù)，可以一批回復(fù)一次）
接著我們看看快遞公司（網(wǎng)絡(luò)層）做了些什么？
總的來說是不穩(wěn)定的端對端傳輸
1.快遞公司看了看快遞（不關(guān)心發(fā)的是什么），發(fā)現(xiàn)一車可以裝下，就不需要再分塊了（ip分片）；
2.廣州快遞公司看了看目的地邯鄲（ip），就發(fā)送到了最近的快遞中心，比如說是福建福州快遞中心，福州中心又發(fā)送到了杭州中心，。。。到了北京中心，北京中心又發(fā)給石家莊中心，最后石家莊發(fā)給了邯鄲中心，邯鄲中心發(fā)現(xiàn)地址就在本市（ip在本局域網(wǎng)），就收下了快遞。（路由）
最后我們看看快遞員（數(shù)據(jù)鏈路層）做了些什么？
不穩(wěn)定的點對點傳輸（石家莊-邯鄲）
1.比如說石家莊快遞員收到快遞，發(fā)現(xiàn)目的地是邯鄲，然后用百度地圖定位（arp），根據(jù)導(dǎo)航送貨到了邯鄲中心。
最后出現(xiàn)了網(wǎng)上購物（應(yīng)用層，http），我們不需要再和店鋪打交道了。
2.各層協(xié)議如何相互協(xié)作--封裝，分用 （組包，拆包）
現(xiàn)在了解了各層協(xié)議的大概功能，我再看看，各個協(xié)議之間是如何協(xié)作的？
數(shù)據(jù)到達物理網(wǎng)絡(luò)之前，會自上到下通過協(xié)議棧，每層協(xié)議都是通過添加自己的頭部信息來實現(xiàn)本層協(xié)議的。
當幀到達主機，會沿著協(xié)議棧自底向上依次傳遞，各協(xié)議層通過處理幀中本層負責的頭部數(shù)據(jù)，實現(xiàn)本層功能，并將幀上傳到上層協(xié)議，直到應(yīng)用程序。由此看出，只要我們掌握了各個頭部信息，就能掌握各層的功能。
數(shù)據(jù)鏈路層
1.以太網(wǎng)幀報文
可以看出以太網(wǎng)幀限制了數(shù)據(jù)的大小最大為1500字節(jié)，這就是為什么ip層要分片。
2.arp協(xié)議，及演示
arp協(xié)議就是通過ip地址獲取mac地址的報文。先看演示
先查看本地arp緩存表
沒有目的IP，接著我們用tcpdump監(jiān)聽，同時ping 10.252.68.118
紅色部分就是arp請求，和arp應(yīng)答。
最后我們再看本地arp緩存發(fā)現(xiàn)目的地址已經(jīng)緩存到arp緩存表中。
3.兩臺電腦如何mac地址進行通訊的
1.交換機如何工作的
線路上傳輸?shù)氖且蕴W(wǎng)幀（實際還有一層），以太網(wǎng)幀頭部有源和目的地。
交換機工作原理：交換機維護了一張主機mac地址和交換機接口對應(yīng)關(guān)系表。交換機在收到數(shù)據(jù)幀以后，會先記錄數(shù)據(jù)幀中的源MAC的地址和對應(yīng)的接口到表中，然后查看MAC地址表中是否有目標MAC地址的信息，如果有則將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到對應(yīng)的接口（單播），如果沒有則將數(shù)據(jù)從非接收口發(fā)出去（廣播）
2.兩個用戶之間信息傳輸流程
用戶1想發(fā)送消息給用戶2.并且知道了用戶2的ip地址。
? ? ?1.用戶1查看arp緩存表，如果找到則直接發(fā)送，如果沒有則發(fā)送一個arp請求（廣播）。詢問ipxxx的mac地址是多少？
? ? ?2.交換機發(fā)現(xiàn)是廣播，則將數(shù)據(jù)從非接收口發(fā)出。
? ? 3.用戶2發(fā)現(xiàn)ip地址與自己相同，則將自己的mac地址發(fā)送給用戶1
? ?4.用戶1收到后將mac地址存入arp緩存表中
3.如何獲得ip
1.用戶1的DHCP客戶端（操作系統(tǒng)中的程序）先發(fā)送一個廣播，尋找DHCP服務(wù)器。交換機收到報文，得到用戶1的mac地址，與其端口綁定。交換機發(fā)現(xiàn)是廣播，將消息分別發(fā)送到f1 f2接口(f0是報文發(fā)送方，不用再發(fā)送)，特定格式的報文，只有DHCP服務(wù)器會回應(yīng)。
2.DHCP服務(wù)器收到報文，從IP池中選址一個空閑IP地址，對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)掩碼，缺省網(wǎng)關(guān)，域名服務(wù)器IP(DNS)。因為已經(jīng)知道用戶1的mac地址，就可以直接發(fā)送給用戶1了。
網(wǎng)絡(luò)層
IP頭部
16位總長度整個IP數(shù)據(jù)報的長度，但受MTU限制最大1480個長度，（ip頭部20個字節(jié)）
16位標識唯一表示一次發(fā)送的數(shù)據(jù)報，數(shù)據(jù)包分片時，所有的分片數(shù)據(jù)中的16位唯一標識都一樣
3位分片標志，第一位保留，第二位表示禁止分片，第三位表示更多分片，指這個分片后面還有分片，除了最后一個分片，其它都是1.
13位偏移，指的是數(shù)據(jù)偏移，實際偏移量是 13左移動3位，分片報文長度必須是8的倍數(shù)
8位協(xié)議 icmp 1 tcp 6 udp 17
IP地址：Ip=網(wǎng)段號+主機號
例如：10.252.71.172netmask255.255.252.0
ip分為公有ip，私有ip，公有ip是全球唯一的，私有ip用局域網(wǎng)。
3個預(yù)留私有地址：
10.0.0.0– 10.255.255.255
172.16.0.0– 172.31.255.255
192.168.0.0– 192.168.255.255
IP路由
我們本機和路由器上都有路由表，主要功能是告訴計算機，要去目的地，下一跳怎么走。
路由選擇過程：
1.完全匹配ip，沒有匹配到走2
2.匹配相同網(wǎng)段，沒有匹配到走3
3.默認路由網(wǎng)關(guān)
使用traceroute 查看跳轉(zhuǎn)路徑
traceroute 如果有**號，一般是服務(wù)器屏蔽了icmp報文，
traceroute 原理。 前面我們介紹ip頭部時介紹過ttl也就是time to live， traceroute就是根據(jù)ttl，第一次發(fā)送時ttl為1，第二次為2，依次遞推。 因為ttl每跳一次就會減1，做減法的路由器發(fā)現(xiàn)ttl為0時，就停止了轉(zhuǎn)發(fā)，并向源發(fā)送主機，發(fā)送一條icmp報文，告述源主機報文失效了，這樣我們就可以獲得每個節(jié)點的路由器了。
了解了鏈路層，我們就可以把互聯(lián)網(wǎng)的兩個主機通訊串起來了。下面介紹一下，用戶a是如何把一條以太網(wǎng)幀通過交換機，路由器，互聯(lián)傳送給服務(wù)器的。
1.用戶a主機的ip層查看目的ip地址，從本地路由表中得出下一跳要去網(wǎng)關(guān)，于是ip地址寫src：10.1.1.2 ，dst:4.4.4.4，mac地址寫:src: aa-aa-aa-aa-aa-aa dst: bb-bb-bb-bb-bb-bb.
2.路由器發(fā)現(xiàn)目的ip不是本局域網(wǎng)，查路由表，下一跳到運營商路由器。ip地址寫到 src:2.2.2.2 dst:4.4.4.4 ? ? mac地址寫: src:bb-bb-bb-bb-bb-bb dst:運營商路由器mac地址。
3.多次跳轉(zhuǎn)后到了目的主機的路由器，最后到了目的主機。
如果在同一個局域網(wǎng)中，有兩個人同時訪問了同一個遠程服務(wù)，由于從路由器出去時把私有ip轉(zhuǎn)換為公有ip，那么怎么區(qū)分發(fā)出請求的是哪臺電腦？
于是就用到了nat轉(zhuǎn)換
從圖中看出，路由器為每個機器分配了不同的路由器端口號，來區(qū)分。
IP切片
如圖，如果我們要發(fā)送一個data為1473字節(jié)的icmp報文，就會被ip網(wǎng)絡(luò)層切分成2和3兩部分。演示如下：
傳輸層（只介紹TCP）
SYN表示建立連接，
FIN表示關(guān)閉連接，
ACK表示響應(yīng)，
PSH表示有 DATA數(shù)據(jù)傳輸，
RST表示連接重置。
URG緊急數(shù)據(jù)
因為有可選字節(jié)，所以需要頭部報文長度
32位序號：我已經(jīng)發(fā)送多少字節(jié)數(shù)據(jù)（不包括本次）
32位確認序號：我已經(jīng)接收了多少字節(jié)數(shù)據(jù)。
MSS
MSS:Maxitum Segment Size 最大分段大小,分段的原因,為了能丟包重發(fā)(最小代價)，只發(fā)丟失的，不用全發(fā)。
MTU: Maxitum Transmission Unit 最大傳輸單元
三次握手與socket函數(shù)
1.三次握手與socket函數(shù)
connect 在第二次通訊后返回，accept在第三次返回。
2.如果第三次回復(fù)丟失，如何處理？查到的理論知識，有興趣的同學(xué)可以去查證一下
? ? ?1.超時時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，既然已經(jīng)發(fā)送數(shù)據(jù)，說明ack已經(jīng)發(fā)了，可以正常鏈接
? ? ? 2.超時時間內(nèi)沒有發(fā)送數(shù)據(jù)RST
3為什么是3次？
為什么是三次，不是兩次 為了防止已過期的syn請求被服務(wù)器接收后占用服務(wù)器資源，已過期是指客戶端先發(fā)了個syn請求，服務(wù)器沒響應(yīng)，然后客戶端再發(fā)一次，成功和服務(wù)器通訊，并斷開了鏈接。這時候第一次請求到了，服務(wù)器以為是新的請求，就分配了鏈接資源。同時三次也能證明雙方的發(fā)送和接收是都沒有問題的。
四次揮手發(fā)兩次fin，是因為tcp是全雙工的，雙向發(fā)送，fin只能關(guān)閉自己的發(fā)送。
socket就是一個 網(wǎng)絡(luò)編程接口
socket幫我們封裝了傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)
問題
?1.服務(wù)器accept接收到的套接字會不會占用主機端口號？
?2.服務(wù)器最大長連接數(shù)是多少？
?3.服務(wù)器如何實現(xiàn)幾十萬，上百萬的長連接數(shù)？（不考慮內(nèi)存，cpu）
