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商城 网站 开发,深圳梵高网站建设服务,国内购物网站大全,佛山外贸网站建设哪家好目录 1.网络协议 #xff08;1#xff09;网络的起源 #xff08;2#xff09;为什么需要协议 #xff08;3#xff09;协议分层及其设计的解耦 #xff08;4#xff09;OSI定义的七层网络模型 ①分层及其功能 ②TCP/IP协议 ③传输层协议#xff08;TCP和UDP1网络的起源 2为什么需要协议 3协议分层及其设计的解耦 4OSI定义的七层网络模型 ①分层及其功能 ②TCP/IP协议 ③传输层协议TCP和UDP 2.网络通信 1IP、MAC地址 ①MAC地址 ②IP地址 ③通信中MAC地址和IP地址的区别 2通信过程 ①封装和解包 ②IP和MAC在通信过程中的作用 ③端口号 ④路由和路由器 3通信过程中的解耦合设计 ①端口号和PID ②网卡发送 4网络字节序 5以太网和令牌环网的概念 1.网络协议 1网络的起源 起初计算机在一个小范围内通信即在局域网内通信。但是随着发展计算机有着更大的通信需求需要通过服务器进行数据共享于是出现了广域网。总体划分网络主要分为广域网和局域网城域网等是后来细化发展出来的。 人们有通信的需求相应的计算机也一定会产生通信的需求。计算机为人服务而通信就是人很大的需求因此网络的诞生是必然而不是偶然。 2为什么需要协议 不同计算机有着共同的底层即0和1表示数据但不同计算机表示0和1的方式不一致如光电信号的强弱电信号的有无等系统的设计也不一样。要让不同底层、系统实现计算机通信我们要如何抹平硬件的设计差异呢这就需要若干软件层面的约定即协议。协议的本质就是一套约定。两台计算机的通信需要约定就像我们打电话接通后的第一声“喂”就是人们公认的表示接通电话的约定。 实际上在系统里面CPU和内存、磁盘之间也存在自己的协议包括计算机内的硬件、嵌入式设备都有自己的协议这样才能实现硬件通信。总的来说协议无处不在网络协议只是其中一个部分国际协会做的公认的标准之一。 在网络中我们希望主机A、C能够通信但和系统内的进程间通信不同网络通信的物理距离变长了通信的特征变化了会带来新的问题主机A怎么发到路由器呢怎么找到主机B呢数据丢失怎么办呢B怎么知道我的数据应该怎么处理呢这就需要新的协议。 HTTP、FTP、SSH等都是广为使用的应用层协议 3协议分层及其设计的解耦 要实现通信需要经过多个软件协议这些协议是分层的可以说它们相互是解耦合的。协议分层在设计上更模块化更好维护。在C中继承和多态体系下的类的设计就是分层的父子分层可以更好维护层状体系。 假设现在有两个用户通信用户之间遵循的协议是语言层而通信设备之间遵循的协议是设备通信层。在用户看来他们是通过语言来通信的他们也能听懂彼此的话。这反映出通信也是分层的用户一直认为是在语言层通信对设备来说一直都在设备通信层通信。平层的协议当然能够互相理解。简单来说一层协议就是一个结构体发送端发送该层的一个结构体接收端当然知道如何处理因为写这个结构体的人早考虑好了。 同样的我们可以以分层的视角来看待系统了它也是各层之间解耦合的并且进程间通信也是各层之间互相通信实现的。在编程语言中类与类之间也是分层的分层后可以通过不同层之间的接口来调用这样出问题后可以很快排查、定位问题。 4OSI定义的七层网络模型 ①分层及其功能 虽然有七层但定标准和实现的是不同人。OSI规定了标准要求其它公司写系统需要遵循该网络协议这些公司实现时发现不需要这么复杂就省去了但必要的接口都是按照标准来的因此OSI还是实现了它的目标。 下面是常见的协议分层5层 应用层和传输层还存在表示层和会话层后续用到再说大部分情况这5层就足够了。 ②TCP/IP协议 虽然说不同层有不同协议但TCP和IP是这个网络协议栈的核心于是OSI定义的这个网络协议就可将其称为TCP/IP协议。 ③传输层协议TCP和UDP 传输层常见的协议有TCP和UDP。 TCP的性质是面向连接、可靠传输、面向字节流。 UDP的性质是不面向连接、不可靠传输、面向数据报。 简单来说TCP可用于转账、下单等与数据可信度要求高的应用而UDP用于直播等对小型丢包感知不强的应用。 TCP面向字节流意思是把数据缓存起来后由用户自己决定如何取出数据可以一次性读出来也可以多读几次。而UDP的面向数据报就像寄快递发的时候就决定了接收数据时一定要全拿走。 2.网络通信 1IP、MAC地址 ①MAC地址 MAC地址是48bit共6字节用16进制 冒号表示如08:00:27:03:89:19。 Windows在cmd里面用ipconfig /all查看MAC在出厂时就确定了在Windows里可能切换网络后MAC会变化。 MAC地址具有唯一性原则上说MAC地址可以是任何值只需要在局域网内不冲突就可以了。 MAC地址是在一个局域网里面标识自己的地址。有了MAC地址就能实现局域网通信。形象来说老师在班上教训某个同学在班上的其他同学都能听到内容但他们不需要做任何处理这个MAC就是同学的名字。同一局域网内所有主机都能收到消息只不过MAC不匹配会丢弃消息。一个班上不能出现同名的人对应MAC地址在局域网内的唯一性。但在不同班里可能有同名的人。 ②IP地址 IP地址有IPv4和IPv6现在IPv6还未完全普及开所以后续的IP地址默认都是指的IPv4。IPv4是4字节、32bit的数据。.用来隔开4个0-255的数字。 如192.168.34.45是字符串风格的IP地址点分十进制提高了可读性。网络中常用char.char.char.char四字节表示IP如struct IP里面的成员变量有char p1、p2、p3、p4这两种表示可以互相转换。 在Linux的eth0可查看自己的IP地址 从局域网通信 - 跨子网通信不同实验室实现了不同局域网通信方式。IP的出现使得不同的主机可以相互通信就算局域网不同但它们IP之上完全一样IP是对底层网络屏蔽差异化的解决方案。 ③通信中MAC地址和IP地址的区别 在网络通信中通信的源和目的IP地址是永远不变的MAC地址在经过一个地方后就会变化。类似于旅行始终存在两条路线其中长期路线永远不变对应源IP和目的IP同时也有当前的位置和即将前往的目的地这个一直在变源MAC地址和目的MAC地址。 2通信过程 ①封装和解包 应用层要相互通信就要先把数据传到物理层网卡。经过每层的通信时数据前面会多封装一个协议报头类似于快递单和快递盒子 数据每经过一层协议就会套一层包装。 应用层报头、传输层报头、网络层报头、数据链路层报头。物理层的主要功能是发送数据它没有严格意义上的报头。报文 报头 有效载荷每一层的报文向下传递后其整体又被作为有效载荷处理。 网络层报头包含源IP和目的IP数据链路层包含当前设备的MAC和下一个设备的MAC 物理层将数据发送后网卡收到数据后会触发硬件中断让系统来处理接收方会像栈一样一层一层分析报头一层层解包去掉该层的报头得到的就是有效载荷。当前层的报头内部必须包含一个字段记录接下来要将自己的有效载荷交给谁就像链表的指针一样。 简单来说每一层得到自己的报文后都能看懂报头的内容也知道有效载荷应该交给谁。这些都基于同层协议之间的数据能够理解的基础上就像人和人的沟通同层之间肯定没有障碍。 ②IP和MAC在通信过程中的作用 在封装过程中网络层会封装IP源IP和目的IP数据链路层会封装MAC帧源MAC地址和目的MAC地址。 在通信过程中主机A可能会经过路由器B路由指的就是路径选择才能交到C中。主机A封装时会把目的MAC设置成B的MAC因此当数据传给B时B解到数据链路层时发现跟自己的MAC匹配再解包到网络层。 解包到网络层后就得到了源IP和目的IP之后路由器会根据源IP和目的IP进行路由再向下封装重新封装MAC地址设置下一个源MAC和目的MAC继续通过MAC交给另一个子网。如此往复直到达到目的地址。 整个通信过程中MAC地址一直在解包和封装而网络层的IP地址不会变MAC地址就像脱衣服穿衣服一样一直根据当前的设备在变化。就像旅游一样从重庆到海南是源IP和目的IP而旅行途中要先从贵州开到广西则是源MAC和目的MAC它们会随着当前位置的改变而改变。 整个过程我们要记住路由器之间的解包是解到网络层停止不会向上交付因为目的IP不匹配。 在局域网内其它主机也会收到消息但当它们解包到数据链路层时发现目标MAC不是自己于是就会直接丢掉数据应用层根本感知不到自己收到过数据。这就是前面提及的教室里面老师和学生通信时其他同学的处理方式。 ③端口号 目的IP在网络中标识主机的唯一性。但在整个通信过程中仅有IP是不够的因为数据借助IP传输到主机只是手段数据到达主机内部再交给主机内的进程才是目的。因此网络通信的本质就是进程间通信IPC。 数据在网络层向上交付给进程需要端口号port这是传输层的内容端口号共2字节16bit十进制对应0 - 65535每一个端口号和进程关联告诉系统这个数据要交给哪个进程来处理。总的来说IP 端口号socket合起来才标志某一台主机的某一个具体的进程。两个进程通过网络这个公共资源来进行socket通信。 对于端口号的分配来说0-1023一般被固定了1023-65535是OS动态分配的端口号也是客户端程序的端口号 对于服务端和客户端来讲如果要通信IP和端口号都是必不可少的一般来说手机里面下载的软件里面就保存了要访问的服务器的IP和端口号第一次建立通信时客户端也要发送自己的IP和端口号这样服务端才知道如何返回响应。 ④路由和路由器 两个不同子网通信必须要经过路由器。根据前面的通信过程我们也能发现路由器是工作在网络层的路由器在两端主机看来都各自认为路由器在自己的局域网内实际上子网是路由器构建的子网内主机的IP地址都是路由器给的首次连接后主机也能知道路由器的MAC、IP地址。路由器硬件内部有以太网和令牌环的驱动程序可以和不同子网通信。同时路由器自己也有IP地址并且能够进行判断目的IP是不是在同一局域网同一子网内主机的IP地址基本是一致的并可以选择下一步转发数据给谁这个路径的选择过程就叫路由。 3通信过程中的解耦合设计 ①端口号和PID 为什么要有端口号而不直接用pidpid是进程管理的范畴如果网络使用pid那么网络和进程管理就耦合了。如果系统修改pid网络管理也要跟着改这显然不合理。 引入端口号之后只需要一个软件层如哈希表即可实现pid和端口号的转变。一般来说系统会维护一个65535个元素的哈希表下标就是端口号。系统将进程PCB的地址存到表中当接收到端口号时直接根据报文查哈希表就能找到PCB进而通信。 ②网卡发送 最后利用网卡发送消息实际上不需要在系统上大动干戈只需要将file底层指向的方法改成网卡发送的方法这样系统直接对文件操作是可以实现对网络进行操作。这就是系统管理和网络管理的解耦合加入新功能毫不影响原来系统的设计。 有了系统和网络的解耦合进程间通信可以替换成网络通信即网络通信实现本地通信只需用网络的一套规则将发送方和接收方都设置成自己即可。 4网络字节序 小端低权值放低地址高权值放高地址 大端低权值放高地址高权值放低地址 网络规定所有发送到网络上的数据必须都是大端的对于数据0x11223344采用大端按照从低地址到高地址发送数据就会先发送1高权值一般来说这里就是报头的位置因此这种处理易于边读边分析。 OS可能采用不同字节序但这没有关系OS根据自己的设计转换即可。 5以太网和令牌环网的概念 以太网名字来源于物理学的以太这算是物理概念的迁移。 令牌环就是谁有令牌环就只能谁说话令牌就是上锁。 在以太网中同一时间只能存在一份有效报文这样才能尽量避免光电信号干扰。如果有多个用户之间要通信就会进行数据的碰撞检测一般来说系统为了避免碰撞会选择等一会重发。这个以太网难道不就类似系统中的临界资源吗碰撞避免难道不就类似加锁吗并且整个以太网也是一个生产消费模型。 因此一个局域网也是一个碰撞域主机越少碰撞的概率就越低主机越多网络就可能更差因为碰撞避免多了主机休眠时间长了。