《網絡協議從入門到底層原理》筆記（一）基本概念、通信基礎

第一章 前言

網絡協議

數據是如何從一個設備傳遞到另一個設備的？
答：網絡協議

互聯網、移動互聯網、物聯網，都離不開網絡協議：

• 最熟悉的網絡協議：HTTP
• 爲了滿足各種需求，有各式各樣的網絡協議（HTTPS、SMTP、MQTT、RTMP等）

網絡協議方面的面試題目近年來要求提高了：

•  TCP和UDP的區別？說一下它們的報文格式？
•  TCP的流量控制和和擁塞控制？TCP如何實現可靠性傳輸？
•  爲什麼連接是3次握手，關閉是4次揮手？
•  7層模型與4層模型的區別？每一層的作用是什麼？
•   交換機與路由器的區別？

客戶端—服務器

跨平臺的原理

Java跨平臺的原理：

 解釋型語言跨平臺的原理與 Java 類似：例如 JavaScript，甚至不需要經過編譯，有瀏覽器即可解析。

---

 

C++跨平臺的原理：使用平臺相關的編譯器生成對應平臺的可執行文件

網絡互連模型（OSI參考模型）

什麼是協議？爲什麼要有協議？

    協議就是通用的標準。
    如果沒有一個國際通用的標準，那麼各大公司按照自己的標準來，相互之間的交互就會很麻煩。比如我編寫的代碼在微軟的服務器可以運行，但是要在蘋果的服務器運行又需要重新編寫…

爲了更好地促進互聯網絡的研究和發展，國際標準化組織 ISO 在 1985 年制定了網絡互連模型 OSI 參考模型(Open System Interconnect Reference Model)，具有7層結構。

實際上 OSI參考模型(7層) 更偏理論，而 TCP/IP 協議(4層) 在纔是在實際中使用的協議，而爲了研究和學習計算機網絡，又常將之劃分爲 5層。

 

 請求過程：不管什麼協議都是經過下列的 包裝 + 解包 的過程。

網絡分層

第二章 通信基礎

1、需要得知對方的 IP地址

2、最終是根據 MAC地址（網卡地址），輸送數據到網卡，被網卡接收

• 如果網卡發現數據的目標MAC地址是自己，就會將數據傳遞給上一層進行處理
• 如果網卡發現數據的目標MAC地址不是自己，就會將數據丟棄，不會傳遞給上一層

網線直連

需要用 交叉線（不是直通線）

• ping命令使用的是ICMP協議，前提是需要知道對方的ip地址，最終是根據MAC地址輸送數據到網卡，被網卡接收。
• 當不知道對方MAC地址時，使用ARP協議，進行廣播。ARP協議的作用：已知 IP地址，通過 廣播 獲取 MAC地址。
• 廣播只在同一個網段中傳播，目的是獲取MAC地址，給所有連接設備發廣播，詢問對應ip地址下的MAC地址。
• ARP協議的廣播中，目標MAC地址爲FFFF.FFFF.FFFF。即16進制MAC地址，換算二進制全是1。
• 全是1的MAC地址，代表廣播，表示在同一個網段的所有連接設備都能接收。
• ARP協議是有緩存的，當下次在ping的時候，就不需要再去獲取ip地址了，而是直接執行ICMP協議。

地址解析協議，即ARP（Address Resolution Protocol），是根據IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協議。

ICMP（Internet Control Message Protocol）Internet控制報文協議。它是TCP/IP協議簇的一個子協議，用於在IP主機、路由器之間傳遞控制消息。

爲什麼下邊出現3個ARP包，實際上是 一次完整的發送請求，接收響應的過程。

同軸電纜(Coaxial)

• 半雙工通信
  • 同一時間，單向通信
• 容易衝突
  • 電纜兩個方向同時有數據匯入時，會發生衝突。
• 不安全
  • 數據不會單向走入對應的計算機，而是向所有設備發送數據。
• 中間斷了, 整個就癱了
  • 失去了終止電阻

集線器（Hub）

集線器相比同軸電纜唯一的優點就是：哪怕連着集線器的某一個設備中間線路出問題，不會影響到連着集線器的其他設備。

• 優點：
  • 某兩條線路發生衝突，其他線路任可通信
• 缺點：
  • 如果連接了1000臺設備， ARP協議就會發送1000條數據。即使知道對方MAC地址，發送數據仍然需要同時發送給1000臺設備。
  • 半雙工通信
  • 容易衝突
  • 不安全

網橋（Bridge）

 能夠通過自學習得知每個結構那側的MAC地址，從而起到隔絕衝突域的作用。

• 通過MAC地址表
• 當數據通過網橋MAC地址表確定目標MAC地址不在另一側時，就不會繼續向另一側發送數據了。
• 如果左右兩側數據可以被網橋分隔，那麼左右兩側可以同時進行通信。

例如，6向7發數據包，
當6發出請求ARP廣播時，網橋會記錄6的MAC地址在左；
當7發出響應ARP廣播時，網橋會記錄7的MAC地址在左。

交換機（Switch）

• 相當於接口更多的網橋全雙工通信，雙向通信
  • 學習能力，能記住每個接口對應的MAC地址
• 比集線器安全
• 區域網最終方案

全球所有設備都用交換機連接會是什麼情況？

• 他們必然處於同一網段（交換機上連接的主機要求是同一網段），因此 IP地址可能會不夠用
• 即使使用交換機，第一次發送數據包仍然需要ARP廣播，耗費大量時間。
• 形成廣播風暴，只要有一個設備發送ARP廣播，全球設備都能收到

路由器（Router）

可以在不同網段之間轉發數據

• 隔絕廣播域

不同網段之間的廣播是發不過去的

不同網段如何通信？

主機發數據之前先判斷目標IP地址與主機是否在相同網段

• 在同一個網段，發送ARP，通過交換機、集線器傳遞數據。
• 不在同一個網段
  • 主機先發送ARP到路由器網關，確定網關MAC地址。
  • 主機發送數據給網關，網關再決定出口是哪個網關。
  • 在出口網關發送ARP，以確認接收方MAC地址。
  • 最後出口網關將數據發送給接收方。

總結

• 網線直連, 同軸電纜, 集線器, 網橋, 交換機
  • 連接的設備必須在同一網段
  • 連接的設備處在同一廣播域
• 路由器
  • 可以在不同網段之間轉發數據
  • 隔絕廣播域
    • 不同網段之間的廣播是發不過去的
• 主機發數據之前, 首先會判斷目標主機的ip地址跟它是否在同一個網段
  • 在同一個網段: ARP
  • 不在同一個網段: 通過路由器轉發數據