文章目录
前言
一、网络层协议
1.1 IP协议
1.2 IP地址;
1.3 路由选择;
二、数据链路层
2.1 以太网协议;
三、应用层;
3.1 应用层协议DNS;
3.2 DNS是如何完成转换的;
3.3 如何解决DNS访问量太高的问题
总结
前言
今天的内容我们主要介绍网络原理中有关网络层,数据链路层,应用层;以及介绍他们有关的协议的介绍,就让我们一起学习吧!!!!!
一、网络层协议
网络层协议的工作:
1.地址管理;
⒉路由选择(规划路径);
网络层中,最核心的协议,就是IP协议;
1.1 IP协议
1)IP协议报头结构:
2)分析报头结构:
(1) 4位版本号:
当前IP协议的版本. 4 6 = > lPv4 lPv6(课堂上以IPv4为主)
(2)4位首部长度:
IP报头的长度;带有选项字段(可以有也可以没有可以有一个也可以有多个)
(3)八位服务类型(TOS):
其实只有4位有效,另外4位是保留位;
4位有效位:
4个服务类型的bit位是互斥的;
一个报文里面4个位只有一个可以是1,剩下的都是0.用来表示当前的服务类型;
4位保留位:
现在不用,但是先占个位置,后面可能要用,给后续的扩展留下余地;
(4)16位总长度(字节数):
一个IP数据报的长度(报头+载荷);
载荷部分:就是一个完整的传输层数据报(比如完整的TCP数据报)
16位意味着,一个IP数据报,最大就是64KB??
UDP是被64KB限制死了的.UDP要想传输更大的应用层数据,需要在代码中手动拆包组包;
当前的IP协议,自己内置了拆包组包的功能!!!
如果搭载了太长的TCP 数据报,此时IP就会分包!!每个包来携带TCP的一部分数据!!
(5)16位标识,3位标志,13位片偏移;
16位标识:同一个包拆出来的若干个小的包,标识是一样的;
3位标志:
说是3位,其中1位是最关键的;
标识结束标记;1后面还有;0后面没了(类似于链表的null)
?????????????????????????????????????
13位片偏移:
描述了拆出来的每个包的先后顺序;
网络层构造出上述数据报之后,发现载荷部分太长了,超出最大长度限制了~~拆包!!
(6) 8位生存时间(TTL):
描述了这个IP数据报,还能在网络上存活多久!
网络环境非常复杂.
A->B发一个IP数据报,
数据报就会沿着网络尝试去找B的位置;如果B存在,能找到,就直接发过去了;
如果B不存在,找了半天没找到,就要放弃了;
注意:
8位生存时间里面的整数,并不是"秒"这样的时间单位,而是表示次数!能够被转发的次数;
例如:
给定一个初始TTL为64(32,64,128),每次数据报经过一个路由器的转发,TTL-= 1;
一旦TTL为0了,则认为这个IP就找不着,包就要丢弃!!
初始TTL64kb够用嘛?
全世界这么多的机器,64就可以嘛??
正常情况下,都是够用的!!!
通常情况下访问某个服务器之类的,都用不了几下;
(7) 8位协议:
表示了传输层使用了哪些协议;
(8) 16位首部检验和:
校验和功能和前面的校验和都是一样的.
这个校验和只是针对"首部”,而不对数据部分校验;
数据部分的校验,自然是传输层的协议来负责;
(9) 32位源IP地址;32位目的P地址;
在一个包裹的传递过程中,上述四个要素,必不可少;
IP地址:
本质上是一个32位的整数;
因为32位的整数不方便看,也不方便记,因此就发明出了另外一种表示方式:
点分十进制:使用三个点把32位的整数,分成四个部分.(每个部分8位,1个字节)每个部分的取值范围O-255;eg:123.139.134.249
如何解决IP地址不够用的问题?
1.动态分配IР地址DHCP
一个设备上网,就分配;
一个设备上网,就分配;
但是IP地址会变,所以治标不治本;
2.NATIP地址转换
把IP地址分成两个大类:
1.内网IP(局域网里面使用的IP);允许局域网之间的内网IP重复
2.外网IP(广域网中使用的IP);但是外网IP要保持唯一
同一个局域网中的IP地址不能相同;
但是不同的局域网里面的IP允许重复;
3.lPv6
解决IP不够用问题的终极方案!!!
IPv6相当于是另一个网络层的协议,和IPv4可以视为是完全不同的两个协议而不是IPv4的升级版;
lPv6使用16字节(128位)这样的值表示IP地址了;2^ 128;
lPv4是4字节:2^ 32;
哪怕把地球上的每一粒砂子都分配一个IP地址,都是绰绰有余的!!!
1.2 IP地址;
1)定义:
IP地址,是一个四个字节的整数;
为了更好的进行组网,对于这个IP又做出了一些更详细的划分;
把一个IP分成两段.前一半叫做网络号.后一半叫做主机号;
2)分类方法:
(1)
(2)现在主流的划分方式CIDR:
引入了“子网掩码”通过这个来区分;
哪个部分是网络号,哪个部分是主机号;(也是一个32位的整数!!左侧都是1,右侧都是0)
eg:
255.255.255.0;
标记为1的部分,就表示了这部分IP是网络号;
注意:
同一个局域网内部,设备之间的网络号,都是一样的.主机号是不同的;
两个相邻的局域网,网络号是不同的;(同一个路由器连接的两个局域网)
绿色局域网,设备网络号都是192.168.0;
主机号,就各不相同了.如果有两个设备主机号相同,就会导致其中一台设备无法上网!!!
(IP地址可以通过DHCP自动来分配,但是也可以通过手动的方式来进行配置)
常识(了解即可)
192.168.0.1 /192.168.1.1;
主机号为.1的IP,通常用来作为"网关" (Gateway)关:入口,出口;
(不是绝对的,只是一种常见的默认行为,完全可以手动配置成其他的IP )
192.168.0.0/192.168.1.0;
主机号为.0的IP,也就是网络号(表示当前局域网/网段)
192.168.0.255/ 192.168.1.255;
主机号为.255的IP是广播IP;
1.3 路由选择;
就和地图寻路差不多!!
我在陕西科技大学,我想去西安邮电大学;
就有很多种路线!!路线规划的过程中,就是路由选择;
百度地图/高德地图,已经把整体的位置信息都收集好了.(明确的知道,起点在哪,终点在哪,中间都有哪些东西...…)!这里的路线就很好规划;
但是路由器上进行路径规划的时候,没有那么多空间来保存全局的信息的!!!
每个路由器只能知道位置信息的一部分;
例如:路由器,能够知道和他相邻的一些设备,怎么走,或者可以知道相邻的相邻的设备;
路由器的硬件配置是很低的!!!
路由器这里的数据转发,就类似于没有百度地图之前的,原始的寻路方式:问路;
举实例说明:
问路:
我从学校出门了;根据地图,知道大概的方向,骑了一段路;问路;
每个人都知道的位置是有限的.(不能把全上海的地图装到脑子里);但是每个人都有自己熟悉的一个区域;
经过了一系列的问路,就会非常接近外滩了;
每次问路,就相当于经历了一次"路由转发";
每个人脑子里面记住的一些位置信息,称为"路由表"
问路的时候,要去的"外滩”IP数据报中的"目的IP"
路由器就会根据目的IP在路由表中匹配;能不能匹配到(按照网段的方式匹配的)
如果匹配到了,就会按照制定的方向继续往下转发;
如果没有匹配到,会有一个默认的方向(下一跳地址,路由表中的默认选项)
总结:路由转发基本过程类似于"问路"一跳一跳(hop by hop)进行转发的;
二、数据链路层
2.1 以太网协议;
以太网协议;(插网线的协议)
平时插的网线, 也叫做"以太网线";
2)以太网协议结构:
1.CRC效验和,放在未尾了;2.载荷就是IP数据报;
以太网数据帧的长度上限1500;
不同的数据链路层协议最大长度不同的.把这个最大长度称为MTU;
为啥是1500和硬件介质相关???
如果一个以太网数据帧是一辆卡车;
MTU就是载重量;如果达到这个量了,就会触发IP的分包操作!!
3.这里的目的地址源地址是mac地址(物理地址)不是IP地址!!!
mac地址:
6个字节的mac地址;
mac要比IР地址多很多;4字节42亿9千万;
目前mac地址还是可以做到唯一的;(网卡出厂的时候, mac地址就被写死在网卡上了)
注意:
网络层搞了一套地址,数据链路层也搞了一套地址;
为啥不用一套地址就搞定?(历史遗留问题)
用一套地址,完全能搞定!!
数据链路层的协议,和网络层的协议,是被分别独立设计出来;
只是在设计的时候,刚好想到一块去了,所以就用了一套地址;
数据链路层,负责的是两个相邻节点之间的数据转发;
4.ARP和RARP;
ARP效果是根据IP地址,找到对应的mac地址;
RARP根据mac地址,找到对应的IP地址;
路由器进行这种相邻节点转发这个过程中;需要能够建立好一套转发的规则(转发表)
转发表:
使用ARP和RARP主要是用来在转发之前,把转发表给构造好.毕竟网络环境经常发生变化;
以上网络层和数据链路层只是了解,不属于我们后端的内容;
但是接下来的应用层和传输层就是非常重要的内容了;
三、应用层;
3.1 应用层协议DNS;
DNS应用层的协议.用途是很大的."域名解析";
域名:"网址";
sogou.com搜狗这个网站的域名
cn.bing.com就是必应的域名....
IP地址,虽然写成了点分十进制,更方便人来理解了.但是仍然不是特别的直观!!为了进一步的简化人对于IP的理解,方便传播,就引入了"域名";
域名可以通过DNS系统自动转换成对应的IP地址;
如果未来IP地址有变化(机器迁移了)
3.2 DNS是如何完成转换的;
最早的DNS系统,是一个文件.称为hosts 文件.
但是这个方式比较的原始.现在基本上不用了(这个功能还好使,但是确实很少使用了)
现在的网站成千上万.不能够把所有的映射关系都写到文件中!!
因此,更科学的办法,使用专门的 DNS服务器,来保存这个文件;
使用服务器把这些映射关系都存储好;哪个电脑需要DNS解析,就访问这个DNS服务器即可!!
全世界要上网的设备,非常非常多的!!每个设备上网的时候,都要请求DNS服务器??
DNS服务器能扛得住这么大的访问量嘛???
每个服务器,在给客户端提供服务的时候,都需要消耗一定的硬件资源(CPU,内存,网络带宽...)并且每个服务器能提供的硬件资源是有上限的!!
3.3 如何解决DNS访问量太高的问题??
解决方法:
1.主机在请求DNS之后,会对映射关系在本地进行缓存;
一域名->IP这个映射关系,虽然会变,但是频率比较低;
这就可以大大的减少客户端访问DNS服务器请求的数量;
2.在全世界,架设很多的DNS镜像服务器;
最初的DNS服务器,称为“根服务器";
其他的DNS服务器,从根服务器上同步数据."镜像服务器";
镜像服务器:非常非常多.一般各种大的网络运营商;
都会在自己业务的各个片区里面去部署镜像服务器;
总结
今天我们介绍了有关网络层,数据链路层,应用层的有关类容;今天有关计算机网络的部分就告一段落了,接下来我们就进入到前端有关知识的学习,继续跟上步伐,一起学习进步吧!!!!!!!