网络编程基础之网络协议篇

一 CS架构和与BS架构

  Client(客服端 )<===========>Server(服务端)

  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

二 网络通信原理

  2.1什么是网络

    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(网线,交换器......)+互联网通信协议

  2.2 什么是互联网通信协议

    互联网的本质就是一系列的网络协议

    一台硬设有了操作系统,然后装上软件你就可以正常使用了,然而你也只能自己使用,像这样,每个人都拥有一台自己的机器,然而彼此孤立

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    如何能大家一起玩耍

2

    然而internet为何物?其实两台计算机之间通信与两个人打电话之间通信的原理是一样的(中国有很多地区,不同的地区有不同的方言,为了全中国人都可以听懂,大家统一讲普通话)3

    普通话属于中国国内人与人之间通信的标准,那如果是两个国家的人交流呢?

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    问题是,你不可能要求一个人/计算机掌握全世界的语言/标准,于是有了世界统一的通信标准:英语

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    结论:英语成为世界上所有人通信的统一标准,如果把计算机看成分布于世界各地的人,那么连接两台计算机之间的internet实际上就是

    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).

    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。

 三 osi七层协议

  3.1 七层协议分类

    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

协议

    协议:规定数据的组织格式。格式:头部+数据部分。举个例子把东西(数据)邮寄给某人需要先把东西(数据)打包,在外面要写上收件人寄件人等(头部),然后在邮寄到收件人手上,收件人需要

    拆掉包裹(头部),就能得到里面的东西(数据)。

协议

  3.2 5层协议的介绍

    3.2.1 物理层

物理层

      物理层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

      一组物理层数据称之为:位

      单纯的电信号毫无意义,必须对其进行分组,这就涉及到数据链路层

    3.2.2 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

      ethernet以太网协议规定

        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(固定18个字节):发送这/源地址(6字节)与接收者/目标地址(6字节)和数据类型(6个字节)     该地址是mac地址

          数据包含(最短46字节,最长1500字节):网络层发过来的整体的内容

          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

        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

      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

        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

        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

广播

    3.2.3 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。

      网络层

      上图就得出了网络层的功能:划分广播域,每一个广播域但凡要接通外部,一定要有一个网关帮内部的计算机转发包到公网,网关与外界通信走的是路由协议

      网络层同样有几个规定:

        规定1:一组数据称之为一个数据包

        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IP地址

          数据包含的:传输层发过来的整体的内容

      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地址分为两部分一个合法的ipv4地址组成部分=ip地址/子网掩码地址

        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

      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。

#先装换为2进制,然后按位比较都为1才是1
计算机1:
172.16.10.1:     10101100.00010000.00001010.000000001
255255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0:      10101100.00010000.00001010.000000000

计算机2:
172.16.10.2:      10101100.00010000.00001010.000000010
255.255.255.255.0: 11111111.11111111.11111111.000000000
172.16.10.0:       10101100.00010000.00001010.000000000
案例

        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。

       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

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转载自www.cnblogs.com/bk134/p/12714016.html