一 CS架构与 BS架构
CLinet < =============>Server
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
Browser(浏览器) <==========>Server
二 网络通信
网络存在的意义就是跨平台地域传输====>称之为通信
网络=物理链路层介质 + 互联网通信协议
互联网的本质就是一系列的网络协议,总称为"互联网协议"
互联网协议的功能:定义计算机如何介入 internet,以及介入 internet 的计算机通信的标准
三 OSI 七层协议
互联网协议按照功能不同分为 osi 七层或者 tcp/ip五层 或 tcp/ip 四层
![1036857-20161008145544426-736439132](https://images2015.cnblogs.com/blog/1036857/201610/1036857-20161008145544426-736439132.png)
协议
协议:规定数据的组织格式
格式:头部 + 数据头获取数据
封包裹的过程:数据外加头
拆包裹的过程:拆掉头获取数据
osi 七层协议数据传输的封包与解包过程
五层协议
(装包) (解包)
应用层 :数据 应用层 数据
传输层 :tcp +数据 段 传输层 tcp +数据
网络层 :ip +tcp +数据 包 网络层 ip +tcp +数据
数据链路层 :mac + ip+tcp+ 数据 帧 数据链路层 mac + ip+tcp + 数据
物理层 <====================交换机=====================> 物理层
电信号( 0101010101010) 0101010101010
数据包:ethernet头 + ip 头 + tcp 头 +应用层的头 + 应用层数据
每层运行常见物理设备
传输层----------------->四层交换机、四层的路由器
网络层----------------->路由器、三层交换机
数据链路层----------->网桥、以太网交换机、网卡,两层交换机
物理层----------------->中继器、集线器、双绞线
用户感知到的知识上面一层应用层,自上而下每层都是依赖于下一层,所以我们从最下一层开始切入,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
1 物理层
物理层是连接到 internet 中与其他计算机通信。
物理层负责发送电信号(0010110110)
一组物理层数据称之为:位
2 数据链路层
单纯的电信号毫无意义,必须对其进行分组,于是便有了数据链路层对电信号进行分组,规定了电信号多少位为一组,每组什么意思
数据链路层的功能:定义电信号的分组方式
2.1 数据链路层:ethernet以太网协议
规定 1:一组数据称之为一个数据帧
规定 2:数据帧分成两个部分==》报头(head)+数据(data)两部分
报头包含:源地址与目标地址,这里的地址是 mac 地址
head 包含:(固定 18 字节)
发送者/源地址,6 个字节
接受者/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
数据包含:包含的是网络层发过来的整体的内容
规定 3:规定但凡接入互联网的主机必须有一块网卡,每块网卡在出产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:长度为48 位2 进制,通常由 122 位 16 进制数表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)
注:计算机通信基本靠吼,即以太网协议的工作方式是广播
3 网络层
网络层由来:有了 ethernet、mac 地址、广播的发送方式,世界上的计算机久了彼此通信了,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是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,这不仅效率低,也是一种灾难。
![1036857-20161008172732957-102296982](https://images2015.cnblogs.com/blog/1036857/201610/1036857-20161008172732957-102296982.png)
必须找出一种方法来区分那些计算机是属于同一广播域,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地址)
网络层:IP 协议
Ps:要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
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====》报头 + 数据体*
报头包含:源地址和目标地址。这里的地址指的是 IP 地址
数据包含:传输层发过来的整体的内容
1、IP 协议
规定网络地址的协议叫做 ip 协议,它定义的地址称之为 ip 地址,广泛采用 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-------------255.255.255.0
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 L单纯的 ip 地址只是标识了 ip 地址的种类,从网络部分和主机部分都是无法辨别一个 ip 所处的子网
例:172.16.10.1 与 172.16.10.2 并不能确定而知处于同一子网
2、子网掩码
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 地址为 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。
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,就表明他们在同一个子网中,否则就不是。
例: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
计算机 1:
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
计算机 2:
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,因此它们是在同一个子网络。
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 65515 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
报头部分=数据部分=============================================
计算机1: 计算机2:
应用层 应用层
传输层 传输层
网络层 网络层
数据链路层 数据链路层
物理层 <=========二层交互机========> 物理层
0101010101010
(源mac地址,xxxx)(源ip地址,目标ip地址)数据
(源mac地址,网关的mac地址)(172.16.10.10/24,101.100.200.11/10)数据
事先知道的是对方的 ip 地址(其实我们网页浏览用的链接地址,最终都是通过 DNS 域转换成 ip 地址),但是计算机的底层通信时基于 ethernet 以太网协议的 mac 地址通信
但是又不知道想要访问的计算机 mac 地址,该如何找到在同一子网中或者其他子网中的目标计算机呢?这里就需要用到 arp 协议。
3、 ARP协议
1)在同一子网中,arp 协议能够将ip地址解析成mac地址
2)不是在同一子网中,通过arp 协议获取的是网关的mac
前提:同一网络下
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)。
![image-20200416180900536](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1gdvrqgbwfjj30ue0kqgu6.jpg)
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。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 地址是容易的,但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。简单的来说就是在一个局部网络中,我怎么获取目标的 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
1)首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
同一子网中:
数据包地址:目标主机mac,目标主机ip
不同子网中:
数据包地址:网关mac,目标主机ip
2)分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24 是否处于同一网络(如果不是同一网络,那么目标ip为172.16.10.1,通过arp可以获取网关的mac)
目标mac地址不知道,所以统一用 FF:FF:FF:FF:FF :FF表示。
注:网关的mac是以太网地址,它是一个用来确认网上设备位置的地址,可以通过 arp解析网关的IP地址获取到网关的mac地址。
目标ip 是计算机2的公网ip,公网ip与私有子网ip有一个映射关系.通过公网ip可以反映射成私有的ip。
案例:
# 两台计算机在同一个局域网内
计算机1:172.16.10.10/24 直接 计算机2:172.16.10.11/24
ARP:
自己的ip,对方的ip
1、计算二者网络地址,如果一样,拿到计算机2的mac地址就可以了(通过arp协议解析)
2、发送广播包
源mac 目标mac 源ip 目标ip 数据部分
发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据
# 两台计算机不在同一个局域网内
计算机1:172.16.10.10/24 网关 计算机2:101.100.200.11/10
ARP:
自己的ip,对方的ip
1、计算机二者网络地址,如果不一样,应该拿到网关的mac地址(通过arp获取网关的mac地址)
2、发送广播包
源mac 目标mac 源ip 目标ip 数据部分
发送端mac 网关mac 172.16.10.10/24 172.16.11.11(公网) 数据
计算机1通过网关将数据包(目标ip 是计算机2的公网ip,公网ip与私有子网ip有一个映射关系)发到计算机2所在网络,并开始广播,当计算机2收到解析包发现找的是自己时,会将自己的mac地址发送给计算机1
总结:
IP地址 + mac 地址 ===》标识全世界范围内独一无二的一台计算机
也可以说:ip ===》标识全世界内独一无二的一台计算机
因为 mac 地址可以通过 arp协议解析ip 地址得到
ip + port ====》标识全世界独一无二的软件
4 传输层
通过 ip 和 mac可以找到一台特定的主机,端口标识这台主机上的应用程序,端口即应用程序与网卡关联的编号
传输层:tcp和 udp 协议
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
ip + port ====》标识全世界独一无二的软件
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 65535 字节,正好放进一个 ip 数据包
以太网/ip报头/udp头/数据
总结图:
![image-20200420215033465](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1ge0km7az3hj31i00u07h7.jpg)
双向通路是真实发送数据的通道:
C(客户端)--------------------------------------------->S(服务端)
C(服务端)<--------------------------------------------S(服务端)
三次握手建立连接:
建立连接是为了传数据做准备的,三次握手即可
四次挥手断开连接:
断开链接时,由于连接内有数据传输,所以必须分四次断开
tcp 是可靠传输的:
发送数据必须等到对方确认后才算完成,才会将自己内存中的数据清掉,否则重传
ps:当服务器端大量处于 TIME_WAIT 状态时意味着服务端正在经历高并发
ps:当服务器大量处于 TIME_WAIT状态时,意味着服务器正在经历高并发
tcp 报文
![image-20200417182025998](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1gdwxoqe0ebj30oc0d80up.jpg)
16 位源端口,16 位目的端口:
数据从何而来,去向何方。
32 位序号,32 位确认序号:
sep:
ack:
和 TCP 的 ACK 机制有关,发送端给数据进行编号,接收端收到数据后确认收到哪些编号的数据。
4 位报头长度:
表示 TCP 的首部占用多少个 4 字节。
6 个标志位:
URG 紧急指针是否有效;
ACK 确认号是否有效;
PSH 提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走;
RST 复位标志,对方要求重新建立连接;
SYN 同步标志,请求建立连接;
FIN 结束标志,通知对方, 本端要关闭了。
16 位窗口大小:
和 TCP 滑动窗口相关,在下文。
16 位校验和:
发送端填充,CRC 校验,接收端校验不通过,则认为数据有问题。此处的检验和不光包含TCP首部,也包含TCP数据部分。
16 位紧急指针:
标识哪部分数据是紧急数据。
选项和填充位:
为了对其做相关填充
tcp 三次握手和四次挥手
详解:
SYN:同部位,它是请求链接标识,从第一次握手时,此位就为 1
ACK(Acknowledgement):确认位,为 1 即为确认进行链接
ark(Acknowledgement Number): 确认号:期望收到对方下个报文段的第一个数据字节的序号,
即收到 seq = x 的数据包后,回复 ack = x+1的确认
seq:占 4 字节,序号范围[0,2^32-1],序号增加到 2^32-1 后,下个序号又回到 0。TCP 是面向字节流的,通过 TCP 传送的字节流中的每个字节都按顺序编号,而报头中的序号字段值则指的是本报文段数据的第一个字节的序号。
建立链接三次握手:
第一次握手
建立链接前,客户端发送 SYN 包( seq = x)到服务器,并进入 SYN_SENT状态,等待服务器确认;服务器在未收到客户端链接请求前处于 LISTEN状态(监听状态)
此时标志位里面只有个同步位,也就是在做请求(SYN)
第二次握手
服务器收到 SYN(包),必须确认客户的 SYN:ack = x + 1, 同时也要回复发送一个 SYN包,
即SYN +ACK 包:seq=y ark = x + 1,此时服务会处于SYN_RECV状态
此时标志位里面有确认位和同步位,也就是在做回复和请求(SYN +ACK)
第三次握手
客户端收到服务端的SYN包(SYN +ACK),向服务器发送确认包ACK:ack=y+1,此包发送完毕后,客户端和服务器进入ESTABLISHED(TCP 连接成功)状态,完成三次握手
此时标志位里面只有确认位,就只是在回复确认(ACK)
总结:
第一次握手,客户端会随机选取一个序列号作为自己的初始序号发送给服务端;
第二次握手,服务端使用ack对收到的数据包进行确认,因为已经收到了序列号为x的数据包,准备接收序列号为x+1的包,所以ack=x+1,同时服务端告诉客户端自己的初始序列号,就是seq=y;
第三条握手,客户端告诉服务端,收到了服务端的确认消息并准备建立连接,客户端发送确认的包,ack=y+1是表示A正准备下次接收服务端序列号为y+1的数据包。
Ps: seq是数据包本身的序列号;ack是期望对方继续发送的那个数据包的zhidao序列号。
数据的传输过程:
在双向通信的链接建立好后,客户端发送真实请求数据,序号为 x+1, 确认号为:ack = y +1, 即:seq= x+1, ACK y+1, 服务端接收到请求,会返回一个确认信息给客户端,即 ACK x+2.
为了保证数据准确到达,服务端在收到数据包(包括SYN包、FIN包、普通数据包等)包后必须立即回传ACK包,这样发送方才能确认数据传输成功。
ps:发送端只有在收到对方的 ACK 确认包后,才会清空输出缓冲区中的数据。这就是 tcp 可靠的传输性。
上图中的数据传输过程中,Ack 号=seq号 + 1,并没有加传递的数据字节数,存在数据包丢失的可能。比如我要传输 100 个字节的数据,但无法明确100字节全部正确传递还是丢失了一部分,比如只传递了80字节。但是服务端确认收到数据,但是不知道数据是否完整。
下面分析传输过程中数据包丢失的情况,如下图所示:
![image-20200420204831799](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1ge0itoxnuqj30rc0vsn1v.jpg)
上图表示通过 Seq 1301 数据包向主机B传递100字节的数据,但中间发生了错误,主机B未收到。经过一段时间后,主机A仍未收到对于 Seq 1301 的ACK确认,因此尝试重传数据。
为了完成数据包的重传,TCP套接字每次发送数据包时都会启动定时器,如果在一定时间内没有收到目标机器传回的 ACK 包,那么定时器超时,数据包会重传。
上图演示的是数据包丢失的情况,也会有 ACK 包丢失的情况,一样会重传。
1、重传超时时间(RTO, Retransmission Time Out)
这个值太大了会导致不必要的等待,太小会导致不必要的重传,理论上最好是网络 RTT 时间,但又受制于网络距离与瞬态时延变化,所以实际上使用自适应的动态算法(例如 Jacobson 算法和 Karn 算法等)来确定超时时间。
往返时间(RTT,Round-Trip Time)表示从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接收端的 ACK 确认包(接收端收到数据后便立即确认),总共经历的时延。
2、重传次数
TCP数据包重传次数根据系统设置的不同而有所区别。有些系统,一个数据包只会被重传3次,如果重传3次后还未收到该数据包的 ACK 确认,就不再尝试重传。但有些要求很高的业务系统,会不断地重传丢失的数据包,以尽最大可能保证业务数据的正常交互。
数据传递改进版:
建立连接后,两台主机就可以相互传输数据了。如下图所示:
![image-20200420203508768](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1ge0ifrfzsvj30t60qmwib.jpg)
上图给出了主机A分2次(分2个数据包)向主机B传递200字节的过程。首先,主机A通过1个数据包发送100个字节的数据,数据包的 Seq 号设置为 1200。主机B为了确认这一点,向主机A发送 ACK 包,并将 Ack 号设置为 1301。
为了保证数据准确到达,目标机器在收到数据包(包括SYN包、FIN包、普通数据包等)包后必须立即回传ACK包,这样发送方才能确认数据传输成功。
此时 Ack 号为 1301 而不是 1201,原因在于 Ack 号的增量为传输的数据字节数。假设每次 Ack 号不加传输的字节数,这样虽然可以确认数据包的传输,但无法明确100字节全部正确传递还是丢失了一部分,比如只传递了80字节。因此按如下的公式确认 Ack 号:
Ack号 = Seq号 + 传递的字节数 + 1
与三次握手协议相同,最后加 1 是为了告诉对方要传递的 Seq 号。
四次挥手:
别名连接终止协议。其性质为终止协议。
四次挥手如下图所示:
四次挥手即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。
由于TCP连接是全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭。
(1) TCP客户端发送一个FIN报文,用来关闭客户到服务器的数据。
(2) 服务器收到这个FIN报文,它发回一个ACK报文,确认序号为收到的序号加1。和SYN一样,一个FIN报文将占用一个序号。
(3) 服务器关闭客户端的连接,发送一个FIN给客户端。
(4) 客户端发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1。
四次挥手过程:
中断连接端可以是客户端,也可以是服务器端,一般是服务器主动提出的。
过程详解:
1)客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=M(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 TCP规定。
2)服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=M+1,并且带上自己的序列号seq=N,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的通道就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
3)客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。
4)服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=M+1,由于在半关闭状态,服务器还要发送序列号为seq=N数据,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。
5)客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=N+1,而自己的序列号是seq=M+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。
6)服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
总结挥手过程:
第一次挥手:客户端发送一个FIN=M,是为了用来关闭客户端到服务器端的数据传送的通道,客户端进入FIN_WAIT_1状态。意思是说"我客户端没有数据要发给你了,但是如果你服务器端还有数据没有发送完成,则不必急着关闭连接,可以继续发送数据''。注:此时,从客户端到服务端的通道已经被关闭了
第二次挥手:服务器端收到FIN后,先发送ack=M+1,告诉客户端:"你的请求我收到了,但是我还没准备好,请继续你等我的消息"。这个时候客户端就进入FIN_WAIT_2 状态,继续等待服务器端的FIN报文。注:此时,从客户端到服务端的通道被关闭了
第三次挥手:当服务器端确定数据已发送完成,则向客户端发送FIN=N报文,告诉客户端:"好了,我这边数据发完了,准备好关闭连接了"。服务器端进入LAST_ACK状态。
第四次挥手:客户端收到FIN=N报文后,就知道可以关闭连接了,但是他还是不相信网络,怕服务器端不知道要关闭,所以发送ack=N+1后进入TIME_WAIT状态,如果Server端没有收到ACK则可以重传。服务器端收到ACK后,就知道可以断开连接了。客户端等待了2MS后依然没有收到回复,则证明服务器端已正常关闭,那好,我客户端也可以关闭连接了。最终完成了四次握手。注:此时,从服务端到客户端的通道就被关闭了
上面是一方主动关闭,另一方被动关闭的情况,实际中还会出现同时发起主动关闭的情况,如下图所示:
![image-20200420195809451](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1ge0hdaan5kj30uu0my7a2.jpg)
注:在高并发的情况下:服务端 LISTEN 状态会快速切入 TIME_WAIT状态
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。
规定好的协议:http https ftp
可以自定义协议=》头部+数据部分
自定义协议需要注意的问题:
1、两大组成部分=头部+数据部分
头部:放对数据的描述信息
比如:数据要发给谁,数据的类型,数据的长度
数据部分:想要发的数据
2、头部的长度必须固定
因为接收端要通过头部获取所接接收数据的详细信息
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,必须要有不同协议来规定这些数据(邮件,网页,FTP) 格式,这些应用程序协议就构成了'应用层'。
6 总结
总结图如下:
![image-20200420210946653](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1ge0jg0narwj311q0u0gno.jpg)
数据传输动图如下:
四 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
五 网络通信流程
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
2.打开浏览器,想要访问Google,在地址栏输入了网址:www.google.com。
3.dns协议(基于udp协议)
4.HTTP部分的内容,类似于下面这样:
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。
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。
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。
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)。
以太网数据包的数据部分,最大长度为1500字节,而现在的IP数据包长度为5000字节。因此,IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头(20字节),所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。
![image-20200420211941980](https://tva1.sinaimg.cn/large/007S8ZIlgy1ge0jq4l969j30ys0p2gyy.jpg)
8 服务器端响应
经过多个网关的转发,Google的服务器172.194.72.105,收到了这四个以太网数据包。
根据IP标头的序号,Google将四个包拼起来,取出完整的TCP数据包,然后读出里面的”HTTP请求”,接着做出”HTTP响应”,再用TCP协议发回来。
本机收到HTTP响应以后,就可以将网页显示出来,完成一次网络通信。