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  • python--网络协议(OSI七层协议)

    一 互联网的本质

    咱们先不说互联网是如何通信的(发送数据,文件等),先用一个经典的例子,给大家说明什么是互联网通信。

    现在追溯到八九十年代,当时电话刚刚兴起,还没有手机的概念,只是有线电话,那么此时你要是给在外地的人打电话,你应该怎么做?

    首先你要确保你们两个的座机要有一堆连接介质连接(电话线,转换器等等)咱们统称物理连接介质。

    其次,你要拨号,锁定对方的电话。

    最后就开始通话了。

    通话是有学问的,当时那个年代还没有推广普通话,所以你要是和河南的人电话联系,你要讲河南话。

    你要是和东北的人电话联系,你要讲东北话。

    你要是和上海的人联系你要讲上海话。

    如果你要是有广西,内蒙,唐山,山东等等等等的朋友,你要是打电话是否都要学习当地的方言才能沟通呢?

    其实不是,而是咱们推广了普通话,这样只要大家都会说普通话,这样就可以建立良好的通信。

    那如果是与特朗普和普京通电话呢?

    那你还要学各个国家的语言么? No!No! No! 咱们现在国际上交流通用语言就是英语,其实咱们把英语学会了,就可以与各个国家的人交流了。这两个例子说明了什么?说明了咱们要统一标准,都遵循一个标准的话,就可以建立良好的通信。

    两台计算机之间的通信与两个人打电话原理是一样的。

      1,首先要通过各种物理连接介质连接。

      2,找准确确定对方计算机(准确到软件)的位置。

      3,通过统一的标准(一揽子协议)进行数据的收发。

    物理连接介质,这个是网络工程师所考虑的,后面也会给大家简单的讲到,咱们主要就是学习这统一的标准。

    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。

    OSI七层协议

    .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),高电压对应数字1,低电压对应数字0

     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豹,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

     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:

    • 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。

    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。

    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                                

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