Linux网络概述

网络发展

独立模式

网络互联

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1. 可靠性

   即 如何能保证数据在长线中传输时, 不会发生数据丢失或损坏等问题呢？如果发生了怎么样弥补呢？

2. 效率

   即 如何保证数据在长的线中传输的速度要快一些呢？

3. 如何寻找到对方

   即 这么长的线, 如何找到传输数据的目的方呢？

局域网LAN 和 广域网WAN

认识 “协议”

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1. 计算机生产厂商有很多
2. 计算机操作系统, 也有很多
3. 计算机网络硬件设备, 还是有很多

协议的分层

1. 对软进行分层的同时, 其实也对软件的问题进行了归类

   进行分层之后, 其实已经将不同层的问题分开了, 因为 不同层之间基本上就是调用与被调用的关系

   当某个功能出现问题之后, 可以通过定位功能的实现层级来确定问题的出现层级, 可以进一步定位问题

2. 软件分层其实本质上就是: 软件上的解耦

   软件分层之后, 层与层之间是调用与被调用之间的关系, 就将不同的功能之间进行了解耦

3. 软件分层 也可以便于我们 进行代码分析

1. 人, 用户层级

   人与人之间通过一定的语言(协议)进行通信

2. 设备层级

   设备之间通过一定的协议 传输数字信号

网络协议栈

OSI七层模型

TCP/IP四层(五层)模型

• 物理层: 负责光/电信号的传递方式(物理)

  比如, 现在以太网通用的网线(双绞线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的WiFi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念

  物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等

  集线器(Hub)工作在物理层

• 数据链路层: 负责设备之间的数据帧的传送和识别

  例如, 网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作

  有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准, 交换机(Switch)工作在数据链路层

• 网络层: 负责地址管理和路由选择

  例如, 在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由)

  路由器(Router)工作在网路层

• 传输层: 负责两台主机之间的数据传输

  如传输控制协议(TCP), 能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机

• 应用层: 负责应用程序间沟通

  如简单电子邮件传输(SMTP)、文件传输协议(FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等

  网络编程主要就是针对应用

• 对于一台主机, 它的操作系统内核实现了传输层到物理层的内容;
• 对于一台路由器, 它实现了从网络层到物理层;
• 对于一台交换机, 它实现了从数据链路层到物理层;
• 对于集线器, 它只实现了物理层;

TCP/IP网络协议栈 与 操作系统 的关系 **

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重新以计算机的视角看待 网络协议栈

1. 提现在代码逻辑方面
2. 提现在数据上

在网上买东西的时候, 比如一个键盘、鼠标、显示器等

并不是像 直接在超市买东西 那样, 直接得到所买的东西

而是需要有一个商家->快递->买家的过程

这是 在网上买东西时, 一个商品的运输过程

而且, 商家也并不会直接将单独的商品给快递公司, 快递公司也不是直接将商品给到买家的

商家, 首先会对商品进行包装

然后快递公司会对商品进行二次包装, 并且快递公司二次包装时, 还会添加一些额外的信息: 快递单号、发件信息、收件信息等

这些信息并不是给买家看的, 而是快递在运输时使用的

商品, 从商家到买家手中, 是经历了一些运输过程的, 并且 为了方便、安全的运输, 商家、快递公司会对商品添加一定的额外信息

最终到买家手中的才会是一个完整的商品

而, 买家收到的商品并不仅仅是一个目的商品, 还有许多的其他物品或信息

只不过这些物品和信息一般不需要买家关注

• 快递在运输过程中, 会多出快递单等信息

  快递单实际上并不是给用户看的, 而是给快递公司内部 和 快递小哥看的

  快递单上的数据, 就可以看做快递公司内部和快递小哥之间的协议

  这一点, 可以映射出:

  实际的网络通信中, 为了维护被传输的数据, 实际是需要在原数据的基础上添加其他数据(协议数据)的

  这是协议在数据上的提现

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  而, 同层协议都认为自己与对方直接通信

  就好比商家与买家直接交流, 只要快递正常运输, 这个过程双方是不在乎的, 也就不在乎快递单上的内容

  即, 协议数据实际上是为了同层级通信而添加的

  协议数据是为了同层级通信, 那么同层级就需要都能读取协议数据

  那么每一个层级就需要制定自己的协议, 进而根据协议来添加同层级可以读取的协议数据

• 快递公司和快递小哥 会根据快递单上的数据 来运输商品: 快递是从哪里发货的, 通过什么途径, 送到什么地方等

  这则映射了:

  实际的网络通信中, 被传输的数据会根据协议数据, 通过设定、编写的代码逻辑, 在不同的主机之间进行传输(可能感受不到)

  这是协议在代码逻辑上的提现

1. 数据包(网络信息), 在主机内是 自顶向下 或 自底向上 流动的
2. 同层协议, 都认为自己在和对方直接通信, 每一个层级就需要制定自己的协议
3. 实际的网络通信中, 为了维护被传输的数据 实际是需要在原数据的基础上添加其他数据(协议数据)的

1. 当主机一要向主机二传输 “你好” 信息时, 生成的信息数据包 在主机一内部的网络协议栈中 的变化 是这样的:

   PC1

   首先, 主机一产生的数据 在主机一内部的流向是从上到下的

   并且, 传输过程中, 不同层会在接收到的上层数据包中添加本层的协议数据, 这部分数据是拼接在原始数据的开头部分的

   • 每层添加的这部分协议数据, 被称为 报头

     即, 不同层会为接收到的数据包添加报头

   整个过程, 被称为对数据进行封装的过程

2. 主机一 将数据传输到 主机二 时, 是先传输到主机二的物理层的

3. 主机二 接收到数据之后, 数据在主机二内部的网络协议栈的变化是这样的:

   PC2

   首先, 接收到的数据包, 在主机二内部的网络协议栈中的流向是从下到上的

   然后, 当前层会将发送方对应层添加的协议数据(报头)进行分析、解包, 然后将解包后的数据包, 向上层传输

   这个动作, 其实就是同层协议可以看作是与对方直接通信

   因为, 对应层只会针对相应的报头进行解包, 那么就可以看作是同层协议直接与对方通信

   最终, 经过层层的解包, 还原出主机一发送的, 给用户看的数据

局域网内部通信原理简单介绍

本系列文章在介绍网络时, 非必要不会涉及物理层内容

局域网, 是对较小的地理范围内所建立的一组相互连接的计算机和网络设备的集合

局域网又被称为以太网

MAC地址, 是识别网络中物理网络设备的唯一标识符

所有物理网络设备的MAC地址都是唯一的

MAC地址由一个48位的二进制数字组成, 一般表现为12位的十六进制数

在Win和Linux都可以通过指令的方式查看 当前主机物理网络设备的MAC地址:

• Win:

  打开Windows Powershell或者CMD, 执行 ipconfig /all 即可查看 当前主机网络的信息, 可以在其中找物理设备的MAC地址:

• Linux:

  打开终端, 执行 ifconfig, 即可查看 当前主机的部分网络信息:

物理网络设备的MAC地址是全球唯一的

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不同局域网通信原理简单介绍

1. 局域网一的主机, 将封装完毕的数据包通过以太网直接发送给路由器
2. 路由器将以太网协议数据进行解包, 然后 向上传输到路由器自身的IP层
3. 再将数据包向下传输到路由器自身的数据链路层, 添加局域网二数据链路层协议的协议数据 封装数据包
4. 然后 再将封装好的数据包 直接传输到 局域网二的目标主机
5. 进而完成局域网一与局域网二的通信

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数据包 封装的部分细节

1. 应用层: TFP \ HTTP \ HTTPS…
2. 传输层: TCP \ UDP \ ICMP…
3. 网络层: IP \ ARP \ RARP…

有效载荷: 解包后, 需要向上层交付的数据包内容

1. 一般而言, 任何报头属性里面, 一定要存在一些字段, 支持封装和解包

   即, 报头中 一定要存在描述数据包哪些部分是报头, 哪些部分是有效载荷的字段

2. 一般而言, 任何报头属性里而, 一定要存在一些字段, 支持分用

   即, 报头中 一定要存在描述有效载荷需要交付给上层哪一个协议的字段

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