第四十六篇 互联网及互联网协议
一、互联网
什么是互联网：
1.底层的物理连接介质：网线、中转设备......
2.一套统一的通信标准：互联网通信协议
3.组成整个网络的服务端（服务器：电脑......）和客户端(电脑......)
二、互联网协议
什么是互联网协议：互联网协议就是计算机界的英语，协议就是标准
1.OSI七层协议
1.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）
2.每层运行常见的物理设备
2.物理层
1.物理层：孤立的计算机要想一起玩，就必须接入Internet，也就是计算机之间必须完成组网
2.物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压（电信号），高电压为1，低电压为0
3.数据链路层
1.数据链路层：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，因此，数据链路层的功能就是，定义了电信号的分组方式
2.以太网协议：
- 1.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
- 2.Ethernet规定：一组电信号构成一个数据报，叫做“帧”，每一数据帧分成报头head和数据data两部分
- 1.head包含：（固定18个字节）
- 1.发送者/源地址（6个地址）
- 2.接收者/目标地址（6个字节）
- 3.数据类型（6个字节）
- 2.data(最短46个字节，最长1500个字节)
- 1.head包含：（固定18个字节）
- 3.数据报的具体内容，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
3.MAC地址
1.head中包含的源地址和目标地址由来：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
2.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为二进制，通常由12位十六进制数表示（前六位时厂商编号，后六位是流水线号）
3.方法：==在cmd命令行中输入
ipconfig/all==
4.广播地址：
1.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协议获取另一台主机的mac地址）
2.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
4.网络层
4.1 网络层简介
1.网络层的由来：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一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
2.对于上述的问题这就不仅仅是效率问题了，还涉及到更多问题了
3.通过下图的分析，必须找到一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不属于同一广播域，如果属于就采用广播的方式发送，如果不属于则采用路由的方式（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
4.网络层的功能：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
4.2 IP协议
1.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（IP4），它规定网络地址由32位二进制表示（范围：0.0.0.0 -- 255.255.255.255）
2.一个IP地址通常写成四段十进制数，例如：192.168.11.XXX
4.3 IP地址的两部分
1.网络部分：标识子网
2.主机部分：标识主机
3.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：例如 172.16.10.1 与 172.16.10.2 并不能确定二者处于同一子网
4.4 子网掩码
1.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，它的网络部分全部位1，主机部分全为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，那么子网掩码就是 11111111.11111111.11111111.00000000 ，写成十进制就是 255.255.255.0
2.知道“子网掩码”后，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将连个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数为都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果相同，则表明它们在同一个子网络中，否则就不在同一个子网络中。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 ，两者与子网络掩码分别进行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中3.总结：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
4.5 IP数据包
1.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
- 1.head:长度为20到60字节
- 2.data：最长为65515字节
2.注意：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
3.==有了mac地址 + IP地址，我们就能确定世界上独一无二的一台计算机==
4.6 ARP协议
1.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，在谈及以太网协议的时候，我们了解到：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
2.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
3.协议工作方式：
1.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
- 2.首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
- 3.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)
4.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
5.传输层
5.1 传输层
1.传输层的由来：网络层的IP帮我们区分子网，以太层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，电脑上可能同时开启QQ、暴风影音等多个应用程序，那么我们通过IP和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号
2.传输层功能：建立端口到端口的通信
3.补充：端口范围 0 -- 65535 ， 0 -- 1023 为系统占用端口
4.==有了mac地址 + IP地址 + 端口，我们就能确定世界上独一无二的一台电脑上的应用程序==
5.2 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
5.3 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65535字节，正好放进一个IP数据包
5.4 TCP报文
5.5 TCP三次握手和四次挥手
6.应用层
1.应用层的由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开放的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，因此必须规定好数据的组织形式
2.应用层功能：规定应用程序的数据格式
3.举例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、www、FTP等等。那么，就必须有不同协议规定电子邮件、网络、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层“
7. socket 层
1.我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提是能够唯一标示一个进程，在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程，但PID只在本地唯一，网络中的两个进程PID冲突几率很大，这时候我们需要另辟它径了，我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机，而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程，这样我们可以利用ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程
2.能够唯一标示网络中的进程后，它们就可以利用socket进行通信了，什么是socket呢？我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信
3.socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件
