@网络通信原理

文章目录

• • • 一. 互联网的一些网络协议
    • • 1.操作系统简述：
      • • • 1>.网络介绍：
          • 2>.什么是网络：
      • 2.计算机互联网协议简述
      • 3 .互联网协议的功能：
      • 4.互联网七层协议：
      • 5.互联网七层协议详解：
      • • 1）物理层:
        • 2)数据链路层:
        • • 1>以太网协议：
          • 2>mac地址：
          • 3.>局域网广播：
        • 3).网络层：
        • • 4>.ip数据包:
          • 5>.ARP协议:
        • 4）传输层：
        • 5).应用层:

一. 互联网的一些网络协议

1.操作系统简述：

  对于只设有硬件的上的操作系统，还有装上软件才可以正常使用，但是然而你自己只能使用一些硬件之上计算机每个人都有属于自己的计算机，然而却彼此孤立，无法通信。

1

1>.网络介绍：

客户端与服务器：     Client -------网络--------- Server

浏览器与服务器：	Browser ------网络---------- Server
	

2>.什么是网络：

	网络=物理链接介质+互联网通信协议

2.计算机互联网协议简述

计算机本身是独立的，为了打破局限，就诞生了互联网协议（internet）

  一系列统一的标准，这些标准称之为互联网协议，互联网的本质就是一系列的协议，总称为‘互联网协议’（Internet Protocol Suite).
 

3 .互联网协议的功能：

定义计算机如何接入internet，以及接入internet的计算机通信的标准。
对于互联网协议，其实可以划分为七层协议
例如：互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层

4.互联网七层协议：

OSI七层协议数据传输的封包与解包过程 

四层协议运行时基本连接的物理设备

5.互联网七层协议详解：

1）物理层:

 
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

2)数据链路层:

   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
   

1>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
头部	数据本身

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

2>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）

3.>局域网广播：

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：

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

#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

1>.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

2>.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

3>.子网掩码:
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



10101100.00010000.00001010.000000001  ------ 172.16.10.1
11111111.11111111.11111111.000000000  ------ 255.255.255.255.0
AND运算得网络地址结果:
10101100.00010000.00001010.000000001  ------- 172.16.10.0




10101100.00010000.00001010.000000010  ------- 172.16.10.2
11111111.11111111.11111111.000000000  ------ 255.255.255.255.0
AND运算得网络地址结果:
10101100.00010000.00001010.000000001  ------ 172.16.10.0

#计算结果一致，表示两个ip属于同一个局域网内

4>.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                                

5>.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：

传输层功能：建立端口到端口的通信

#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三次握手和四次挥手:

 TCP简述：
 
TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务
在一个 TCP 连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于 TCP
TCP 使用校验和，确认和重传机制来保证可靠传输
TCP 给数据分节进行排序，并使用累积确认保证数据的顺序不变和非重复
TCP 使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制

    #TCP并不能保证数据一定会被对方接收到，因为这是不可能的。它不是100%可靠的协议，它所能提供的是数据的可靠传递或故障的可靠通知。

三次握手:

    三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

第一次握手([SYN], Seq = x)
客户端发送一个SYN标记的包，Seq初始序列号x，发送完成后客户端进入SYN_SEND状态。

第二次握手([SYN,ACK], Seq = y, ACK = x + 1)
服务器返回确认包(ACK)应答，同时还要发送一个SYN包回去。ACK = x + 1,表示确认收到(客户端发来的Seq值 + 1)，Seq = y, 表示让客户端确认是否能收到。发送完成后服务端进入SYN_RCVD状态。

第三次握手([ACK], ACK = y + 1)
客户端再次发送确认包(ACK),ACK = y + 1, 表示确认收到服务器的包（服务端发来的Seq值 + 1）。客户端发送完毕后，进入ESTABLISHED状态，服务端接收到这个包，也进入ESTABLISHED状态, TCP握手结束。

四次挥手:

TCP连接的断开需要发送四个包，所以称为四次挥手。

第一次挥手（[FIN], Seq = x）
客户端发送一个FIN标记的包，告诉服务器需要关闭连接，表示自己不用发送数据了，但是还可以接收数据。发送完成后，客户端进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手 ([ACK], ACK = x + 1)
服务端发送一个ACK的确认包，告诉客户端接收到关闭的请求，但是还没有准备好。发送完成后，服务端进入CLOSE_WAIT状态，客户端收到这个包后，进入FIN_WAIT_2，等待服务器关闭连接。

第三次挥手 ([FIN], Seq = y)
服务端准备好关闭连接时，发送FIN标记的包，告诉客户端准备关闭了。发送完成后，服务端进入LAST_ACK状态，等待客户端确认。

第四次挥手 ([ACK], ACK = y + 1)
客户端接收到服务端的关闭请求，再发送ACK标记的确认包，进入TIME_WAIT状态，等待服务端可能请求重传的ACK包。
服务端接收到ACK包后，关闭连接，进入CLOSED状态。
客户端在等待固定时间(两个最大段生命周期)后，没有接收到服务的ACK包，认为服务器已关闭连接，自己也关闭连接，进入CLOSED状态。

四次挥手与三次挥手的差异：

  假设的角度分析，如果是三次挥手，在服务器接收到客户端发送关闭的请求后，把SYN和ACK包一起发过去。这样会造成服务端还有数据没有发送完，会造成了数据的丢失。所以对于中间的这一段时间，等待服务器把剩余的数据发送完是很有必要的。

5).应用层:

应用层功能：规定应用程序的数据格式。