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  • 计算机硬件基础之网络协议(三)

    1.网络通信原理:

      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,所以就有了interne,t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,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。

      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。

     2.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

      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。

    3.物理层

      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),高电压对应数字1,低电压对应数字0。

    4.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

    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                             

    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:

      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:

    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

                    

    5.网络层

       网络层的由来:有了ethernet、mac地址、广播的的发送放上,理论上世界上的计算机就可以彼此通信了,但是世界上的互联网是一个个彼此隔离的小的局域网组成的,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能收到,这就不仅仅是效率低的问题了,而是一场灾难。

      根据上图所示,必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,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,由此引出网络层的功能。

      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:

    • 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

      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。

    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。

    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

    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

     PS:如果每次都以这样的方式去获得mac地址太麻烦了,所以就有了交换机mac地址学习。

     6.传输层

      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

    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                                           

      下次再写tcp三次握手和四次挥手,下面开始Python。

    7.Python一些基础了解

      如果想要永久保存代码,就要用文件的方式

        如果想要调试代码,就要用交互式的方式(多使用交互式,方便调试)

        

      变量是什么?

      一个是变:核心在于变化。
      一个是量:衡量,计量,表达的是一种状态。

           

      变量的定义: 
      level=0;level=1
      name='egon'#'egon'这个值的引用计数+1
      name='alex'#‘egon’这个值的引用计数—1

      值的引用计数或者说值身上绑定的变量名为0个,
           python解释器就会帮你回收。

      变量定义规则
      1.变量名只能是 字母、数字或下划线的任意组合
      2.变量名的第一个字符不能是数字
      3.以下关键字不能声明为变量名(略)。

      变量定义的三个重要组成部分:
      ID
      type
      value
      name=1,name1=name,name is name1    true
      age1=10,age2=10,age1和age2 ID,TYPE,都一样
      (这种比较小的不需要请求2次)
      is比较的是ID,==是比较的值

      常量:不变的量
      python 中没有常量的专门的定义方式
      仅仅只是一种提示效果
      AGE_OF_OLDBOY=50(提示常量)

      input都当字符串处理。
      多行注释'''
      代码注释原则:
      1.不用全部加注释,只需要在自己觉得重要或不好理解的部分加注释即可。
      2.注释可以用中文或英文,但绝对不要拼音噢。

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