互联网协议
arminzheng Lv2
  2020-08-08 00:00:00 2020-08-08 00:00      1.8k Words  6 Mins  

总体思路

  • 网络接口层

    • 0、1 电信号
    • 以太网协议
    • 帧 Frame（以太数据包）:
      • 标头 head 18 B （头部 14 + 尾部：冗余校验码 FCS 4）Frame check sequence
        以太帧结构（格式）
      • 数据 data 46 ~ 1500 B （数据很长就分多个帧）（总共 64 ~ 1518 B）
      • 前同步码：用来使接收端的适配器在接收 MAC 帧时能够迅速调整时钟频率，使它和发送端的频率相同。前同步码为 7 个字节，1 和 0 交替。
      • 帧开始定界符：帧的起始符，为 1 个字节。前 6 位 1 和 0 交替，最后的两个连续的 1 表示告诉接收端适配器：“帧信息要来了，准备接收”。
    • MAC 地址：48 位 = 6 B = 12 个十六进制数表示（6 对），前 6 个十六进制（3 对）是厂家编号，后 6 个（3 对）是该厂家的网卡流水号（用来定位网卡和数据包的路径）
    • ARP 协议：网卡知道网卡的 MAC 地址
      • 所查询主机的 IP，在对方 MAC 地址一栏填的是 FF:FF:FF:FF，表示这是一个广播
      • 它所在子网络的每一台主机，都会收到这个数据包，从中取出 IP 地址，与自身的 IP 地址进行比较。如果两者相同，都做出回复，向对方报告自己的 MAC 地址，否则就丢弃这个包。

  • 网络层

    • 网络地址（子网络）
    • IP 协议（32 位）
      • 子网掩码（ip AND 掩码 == 网络部分）
    • IP 数据包
      • Head: 20~60
      • Data: 65535 - Head
      • 标头和数据放进帧的数据里面（可以分多个帧）
    • “网络层”的功能是建立”主机到主机”的通信。

  • 传输层

    • 端口：不管是浏览网页还是在线聊天，应用程序会随机选用一个端口，然后与服务器的相应端口联系。

    • “传输层”的功能，就是建立”端口到端口”的通信。

    • 只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。主机+端口，叫做”套接字”（socket）。

    • UDP 协议

      • UDP 数据包，也是由”标头”和”数据”两部分组成。
      • “标头”部分主要定义了发出端口和接收端口 8 字节 Bit
      • “数据”部分就是具体的内容。总长度不超过 65535 字节 Bit

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      • 以太数据包 头 + IP 数据包 头 + UDP 数据包 头

    • TCP 协议

      • 有确认机制的 UDP 协议，每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失，就收不到确认，发出方就知道有必要重发这个数据包了。
      • TCP 数据包和 UDP 数据包一样，都是内嵌在 IP 数据包的”数据”部分。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。

  • 应用层

    • 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”。
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用户角度

  • 以太网标头需要知道：

    • 对方的 MAC 地址
    • 对方的 IP 地址

  • 但不在同一子网，无法知道对方 MAC 地址，必须通过 Gateway 网关转发

  • 上网设置

    • 静态 IP 地址
      • 本机的 IP 地址
        　　* 子网掩码
        • 网关的 IP 地址
        • DNS 的 IP 地址
    • 动态 IP 地址
      • DHCP 协议（应用层协议）
        • 不知道对面的 MAC 地址：就设置对方 MAC 地址为广播地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF）
        • 我方对方的 IP 地址都不知道：就设置我方：0.0.0.0；对方 255.255.255.255
        • 双方端口：协议规定好了，我方：68，对方：67
        • 由于 MAC 地址是广播，每个都收到，但 IP 地址是 0….、255….DHCP 知道 ”这是发给我的“ ，其他计算机都丢弃。
        • DHCP 服务器读出数据，分配好 IP，发回一个 DHCP 响应包
          • 结构为：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。
          • 计算机收到响应包，就知道了自己的 IP 地址、子网掩码、网关地址、DNS 服务器等参数。

  • 实例：访问一个网站

    • DNS 协议：已知 DNS 服务器为 8.8.8.8，于是我们向这个地址发送一个 DNS 数据包，53 端口。网址会转换为 IP 地址，得到响应，我们就知道对方的 IP 地址。

    • 子网掩码，判断是否为一个网段，不为一个网段，就必须通过网关的转发，于是接收方 MAC 地址将是本机网关的 MAC 地址。

    • 应用层协议：HTTP 协议。请求头请求体等，假定长度为 4960 字节，将会被嵌入到 TCP 数据包中。

    • TCP 协议：接收方默认端口为 80 端口，本机端口是一个随机生成的 1024~65535 之间的整数，假定为 51755。加入一个 TCP 数据包 20 字节，总大小+20，4980 字节

    • IP 协议：TCP 数据包嵌入 IP 数据包，会设置双方 IP 地址。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。

    • 以太网协议：IP 数据包嵌入以太数据包，需要设置 MAC 地址，设置本机 MAC 地址，接收方设置为网关 192.168.1.1 的 MAC 地址（通过 ARP 协议得到，也就是广播获得的 MAC 地址）
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    • 服务端响应

      • 通过多个网关转发，网站服务器收到 4 个以太网数据包。
      • 根据 IP 标头的序号，将 4 个包拼起来，读取出完整的 TCP 数据包，读出请求，作出响应，再用 TCP 协议发回来。
      • 本机收到响应后，就可以将网页显示出来了，通信完成。

三次握手

  • SYN(synchronous 建立连接) （标志位 1 bit） 最后一次握手 SYN 不为 1 是不消耗序号的
  • ACK(acknowledgement 确认)
  • PSH(push 传送)
  • FIN(finish 结束)
  • RST(reset 重置)
  • URG(urgent 紧急)

以上是标志位

以下是序号和确认号

  • Sequence number (seq 序号)
  • Acknowledge number (AN 确认号) 是对方的序号。如果占用己方序号和对方确认号都加一
  • ack 确认报文段不占用序号，只有三种情况需要占用
    • 1、syn=1
    • 2、fin=1
    • 3、携带数据一个字节占用一个序号
  • 序号和确认号是相对的，seq 表示上次发送的数据量，an 代表上次接收的数据量（都是累加还算上初始值）
  • [ip 首部 + ip 数据部分{ tcp 首部 + 数据部分 } ]
  • ip 数据部分包含 tcp 包（8位倍数的可选项，如果未达到 32 则进行填充）

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