A nature of the Internet
We will not speak of the Internet is how to communicate (send data, files, etc.), first with a classic example for everyone to say what is the Internet communications.
Now dating back to the eighties and nineties, when the phone is just emerging, there is no concept of mobile phones, but wired telephone, then the time if you call to people in the field, how should you do?
First you have to make sure that the two of you have a bunch of landline connection medium connection (telephone lines, converters, etc.) we collectively physical connection media.
Second, you want to dial, lock the other side of the phone.
Finally, the call began.
Calls are learned, then that's not the promotion of Putonghua, so if you call people and Henan, Henan, then you have to say.
If you call people and northeast, northeast, then you have to say.
And Shanghai if you contact the person who you talk in Shanghai dialect.
If you wanted to have in Guangxi, Inner Mongolia, Tangshan, Shandong and so much friends, if you call whether must learn the local dialect to communicate it?
Not really, but we promote Mandarin, so long as everyone will speak Mandarin, so that you can establish good communication.
If that is the Trump and Putin on the phone it?
Then you have to learn the language of each country it? No! No! No! Let now the lingua franca of international exchanges is English, in fact, I learned to speak English, you can communicate with people in the various countries. These two examples illustrate what? It explained to uniform standards, follow a standard, then it can establish good communication.
Communication with two people called principle between the two computers is the same.
1, first connector connected by various physical media.
2, to accurately determine the other computer (accurate to software ) position.
3, transmits and receives data through a unified standard (protocol package).
Physical connection media, this is a network engineer considered the back will give you a brief talked about, we mainly learn this unified standard.
English has become the standard for all unified communications world, as if the computer people located around the world, then the internet connection between two computers is actually
A series of uniform standards, which is called Internet Protocol, the nature of the Internet is a series of agreements, collectively called 'Internet Protocol' (Internet Protocol Suite).
Internet Protocol functions: how to define the computer access internet, and the computer communication standard of internet access.
C/S架构，B/S架构
客户端英文名称：Client，
浏览器英文名称：Browser.
服务端英文名称：Server，C\S架构就是说的Client\Server架构,B\S架构就是说的Browser\Server架构,。
a.硬件C\S架构：打印机。
b.软件C\S架构：QQ、微信、优酷、暴风影音、浏览器(IE、火狐，360浏览器等)。
C/S架构优点:个性化设置,响应速度快,
缺点:开发成本,维护成本高,占用空间,用户固定
其中浏览器又比较特殊，很多网站是基于浏览器来进行访问的，浏览器和各个网站服务端进行的通讯方式又常被成为B\S架构（B/S架构也是C/S架构的一种）。
B/S架构基于浏览器服务端之间的通信
优点:开发维护成本低,占用空间相对低,用户不固定
缺点:功能单一,没有个性化设置,响应速度相对慢一些
二 osi七层协议
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
每层运行常见的物理设备
我们将应用层，表示层，会话层并作应用层，从tcp／ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能，搞清楚了每层的主要协议
就理解了整个互联网通信的原理。
首先，用户感知到的只是最上面一层应用层，自上而下每层都依赖于下一层，所以我们从最下一层开始切入，比较好理解
每层都运行特定的协议，越往上越靠近用户，越往下越靠近硬件
2.1物理层
物理层由来：上面提到，孤立的计算机之间要想一起玩，就必须接入internet，言外之意就是计算机之间必须完成组网
物理层功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号\比特流)，高电压对应数字1，低电压对应数字0
比特流:bit 就是0101 跟水流一样
光纤： 双绞线：
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(比特流)的分组方式
以太网协议：对数据进行合理的分组
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报，叫做‘帧’
- 每一数据帧分成：报头head和数据data两部分
| head | data |
|---|---|
| 原mac地址6+目标mac地址6+数据类型6 | 46~1500 |
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
mac地址：计算机网卡上记录的地址,他是计算机独一无二的表示,用于局域网内广播(单播)时查找计算机位置
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）
广播：
单播:单独联系某个计算机
广播:给所有的计算机发消息
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
数据链路层补充:同一个局域网通过广播的形式发送数据
每个路由器最多连接256个电脑,但是有三个是特殊使用的,只能连接253个
交换机的mac地址学习功能:第一次发送消息是以广播的形式当学习表记录上端口与mac地址的对应关系后,再次发送消息的啥时候以单播形式发送
交换机:分流连接计算机
路由器:外网(公网)IP,
内网(局域网)IP:都是假的 DHCP自动分发IP、网关
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，
这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难
上图结论：必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，
就采用路由的方式（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
IP协议：确定局域网(子网)的位置
- 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 每段取值范围0~255
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
子网掩码255.255.255.0
A类:255.0.0.0
B类:255.255.0.0
C类:255.255.255.0
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。
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，
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。
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。
172.16.10.0网段地址被占用
172.168.10.1 网关被占用
172.16.10.255广播占用
一个局域网最多连接253台电脑
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 |
|---|---|---|
ARP协议从对方的ip地址获取对方的mac地址
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
2.4 传输层
端口协议(udp tcp):确定软件在计算机的位置
传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的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。
传输层功能：建立端口到端口的通信
补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口
自己开发原件都是8080以后的端口号
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（Transmission Control Protocol）可靠的、面向连接(流式协议)的协议（eg:打电话）、传输效率低全双工通信（发送缓存&接收缓存）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；文件传输程序。
UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议.不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文(数据包)，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。
tcp报文
tcp三次握手和四次挥手
三次握手,中间一次可以是两次也可以合并成一次
四次挥手 可会断传完数据时服务端可能还没有传完数据
syn洪水攻击:制造大量的假的无效的IP请求服务器.致使
正常的IP访问不了服务器
2.5 应用层
应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式
应用层功能：规定应用程序的数据格式。
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，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。
广播(局域网内) + mac地址(计算机位置)+IP地址(局域网位置) + 端口(软件在计算机的位置)
前提:知道目标mac:
计算机A 发送一个消息给 计算机B
源码mac 目标mac 源IP 目标IP 数据
单播的形式发送到交换机,交换机会检测自己的对照表有没有目标mac,如果有,单播传.如果没有,交由上一层: 路由器:
路由器收到消息: 对消息进行分析:
要确定目标计算机与本计算机是否在同一网段,
如果在同一网段,直接发送给对应的交换机,交换机在单播发给目标mac.
如果不是在同一网段: ?
前提:不知道目标mac:
计算机A 发送一个消息给 计算机B
源码mac 目标mac不知道 源IP 目标IP 数据
单播的形式发送到交换机,交换机交由上一层路由器:路由器收到消息: 对消息进行分析:
要确定目标计算机与本计算机是否在同一网段,
如果在同一网段通过 IP以及ARP协议获取到对方的mac地址,然后在通信.
三 网络通信实现
想实现网络通信，每台主机需具备四要素
- 本机的IP地址
- 子网掩码
- 网关的IP地址
- DNS的IP地址
获取这四要素分两种方式
1.静态获取
即手动配置
2.动态获取
通过dhcp获取
| 以太网头 | ip头 | udp头 | dhcp数据包 |
|---|---|---|---|
（1）最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
（2）后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。
（3）最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。
这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。
接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。
新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数
四 网络通信流程
4.1 本机获取
- 本机的IP地址：192.168.1.100
- 子网掩码：255.255.255.0
- 网关的IP地址：192.168.1.1
- DNS的IP地址：8.8.8.8
4.2 打开浏览器，访问
想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。
4.3 dns协议(基于udp协议)
13台根dns：
A.root-servers.net198.41.0.4美国
B.root-servers.net192.228.79.201美国（另支持IPv6）
C.root-servers.net192.33.4.12法国
D.root-servers.net128.8.10.90美国
E.root-servers.net192.203.230.10美国
F.root-servers.net192.5.5.241美国（另支持IPv6）
G.root-servers.net192.112.36.4美国
H.root-servers.net128.63.2.53美国（另支持IPv6）
I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
J.root-servers.net192.58.128.30美国
K.root-servers.net193.0.14.129英国（另支持IPv6）
L.root-servers.net198.32.64.12美国
M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）
域名定义：http://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html
顶级域名：以.com,.net,.org,.cn等等属于国际顶级域名，根据目前的国际互联网域名体系，国际顶级域名分为两类：类别顶级域名(gTLD)和地理顶级域名(ccTLD)两种。类别顶级域名是 以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等结尾的域名，均由国外公司负责管理。地理顶级域名是以国家或地区代码为结尾的域名，如"CN"代表中国，"UK"代表英国。地理顶级域名一般由各个国家或地区负责管理。
二级域名：二级域名是以顶级域名为基础的地理域名，比喻中国的二级域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者.abc.com.
一般来说，二级域名是域名的一条记录，比如alidiedie.com是一个域名，www.alidiedie.com是其中比较常用的记录，一般默认是用这个，但是类似.alidiedie.com的域名全部称作是alidiedie.com的二级
4.4 HTTP部分的内容
类似于这样的：
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,/;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: … …
我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。
4.5 TCP协议
TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。
TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。
4.6 IP协议
然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。
IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。
4.7 以太网协议
最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。
Data portion of the Ethernet packet, the maximum length of 1500 bytes, and now the IP packet length is 5000 bytes. Thus, IP packet must be split into four data packets. Since each packet has its own IP header length (20 bytes), the IP packet data of the four packets were 1500,1500,1500,560.
4.8 Server responds
After forwarding multiple gateways, Google's servers 172.194.72.105, I received four Ethernet packets.
The number of the IP header, Google will put together four packets, pulling the full TCP packet, and then read out the inside of the "HTTP request", and then make a "HTTP Response", and then sent back to the TCP protocol.
After the unit is received the HTTP response, the web page can be displayed to complete a communications network.
V. access to the process example of FIG.
DNS server: DNS
NAT: IP Replacement Technology
Routing Protocol: select the best route
Port Mapping Technology