网络协议篇(osi七层协议)
应用层,表示层,会话层可以并作应用层,从tcp/ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能
一系列的物理连接介质,网线,光纤,发送的数据就是01010101比特数据流,这些数据连续不断的收发,拿到这些数据没有用,你不知道数据代表的意义,数据要进行分组(按照一定规则),数据分组这件事物理层做不了
数据链路层: 以太网协议,ARP协议
数据链路层的由来: 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(ethernet):
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
报头head包含: 固定18个字节
源地址(6个字节)---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
为什么报头要固定
固定就是一个统一标准,为了提取源地址以及目标地址
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,知道通信是基于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
协议的工作方式: 每台主机的ip都是已知的
例如: 主机172.16.10.10/255.255.255.0访问172.16.10.11/255.255.255.0
第一步: 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 |
第二步: 分析172.16.10.10/255.255.255.0与172.16.10.11/255.255.255.0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 | |
|---|---|---|---|---|
| 发送端主机 | 发送端mac | FF:FF:FF:FF:FF:FF | 172.16.10.10/255.255.255.0 | 172.16.10.11/255.255.255.0 |
第三步: 这个包会以广播的方式在发送端所处的子网内传输,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
mac地址:
每块网卡出厂时烧制的唯一的地址,长度为48位2进制,通常由12位16进制表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)
例如: 3E-A0-67-68-B8-8D
广播:
交换机的自主学习功能:
广播: 都发送(吼)
单播: 单线直接联系
交换机(网口与mac地址)对照表:
| 网口1 | 3E-A0-67-68-B8-8D |
|---|---|
| 网口2 | 3E-A0-67-68-B8-86 |
| 网口3 | FF-FF-FF-FF-FF-FF |
| 网口4 | FF-FF-FF-FF-FF-FF |
| 网口5 | FF-FF-FF-FF-FF-FF |
网口1发出一条信息: ((源地址)网口1:mac地址 (目标地址)mac地址2 具体数据)
第一次以广播的形式发出去
2,3,4，5口都会接收到此消息,查看目标mac地址是否是自己的
2口确定是自己的,交换机(网口与mac地址)对照表就会记录2号口的mac地址
每个网口都广播发送消息一遍之后,对照表就构建好了,下次在任意的网口在发消息,就直接以单播的形式发送
目的: 避免局域网内每一次都以广播的形式通信,以后可以单播,提升效率
网络层由来:有了ethernet(以太网协议),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,这会是一种灾难
必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一个局域网,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:引入一套新的地址来区分不同的广播域/子网,这套地址即网络地址(ip)
IP协议:
IP地址分成两部分:
子网掩码:
表示子网络特征的一个参数,形式上和IP地址一样
一般情况下: C类子网掩码可以分配的ip数量: 254个(1-254)
用子网掩码和ip地址就可以判断两个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========>10101100.00010000.00001010.00000001
255255.255.255.0===>11111111.11111111.11111111.00000000
AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.00000001=>172.16.10.0
172.16.10.2========>10101100.00010000.00001010.00000010
255255.255.255.0===>11111111.11111111.11111111.00000000
AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.00000001=>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: IP协议的作用主要由两个,一个是为每台计算机分配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,无需为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自己,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 |
|---|---|---|
| 源mac,目标mac | 源ip,目标ip | 数据 |
路由协议:
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,然后我们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
传输层的功能: 建立端口到端口的通信
端口范围: 0-65535,0-1023为系统占用端口,1024~8000:一般是由软件占用
三次握手:
1.三次握手由客户端发起,第一次由客户端向服务端发送syn=1(请求)seq=x(随机序列)建立连接的请求
2.第二次,服务端收到了客户端的请求,证明了客户端的发送能力和服务端的接受能力正常,那么服务端回复给客户端ack=x+1,并且同时发送syn=1,seq=y的请求,此时客户端到服务端的连接已建立,称为半连接
3.第三次,客户端收到服务端的回复与请求,证明服务端的发送能力和客户端接受能力正常,服务端向客户端发送ack=y+1,seq=x+1的同意建立 连接的响应,此时服务端到客户端的连接建立,需要注意的是,第三次握手是可以携带数据的,因为此时双方的接受与发送能力都已验证
四次挥手: 客户端与服务端都可以发起,这里以客户端举例
1.客户端向服务端发送FIN=1,seq=u的断开连接请求
2.服务端收到客户端的请求,回复ack=u+1,sql=v
3.服务端向客户端发送FIN=1,sql=w+1的断开连接的请求
4.客户端收到服务端的请求,并回复ack=w+1,seq=u+1
四次挥手为什么不能合并成三次?:
优点: 稳定,安全
缺点: 效率相对低
使用TCP协议的应用: Web浏览器,文件传输程序
以太网头----ip头----tcp头----数据
UDP协议:
应用层:
软件将数据按照自己定义的协议进行封装,http,FTP等协议
应用层由来: 用户使用的都是应用程序,均工作于应用层,互联网是开放的,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”.
原文：https://www.cnblogs.com/douzi-m/p/11976039.html