网络基础之网络协议篇(一)

一.操作系统基础

  操作系统:(Operating System，简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

注：计算机(硬件)---->OS----->应用软件

二、网络通信原理

2.1 互联网的本质就是一系列的网络协议

1、C/S 架构和B/S架构
    client<---基于网络通信--->server
    browser<---基于网络通信--->server

         #如果没有网络，每台机器就只能彼此独立

    server端必须满足的条件：
        （1）稳定运行（网络、硬件、操作系统、服务端应用软件），对外一直提供服务

        （2）服务端必须绑定一个固定的地址（客户端地址不用固定，客户端先发送数据或请求，然后服务端就能知道它的地址）

2、互联网两大要素

（1）底层的物理连接介质，是为通信铺好道路的

（2）一套统一的通信标准---->互联网通信协议(计算机界的英语)

2.2 osi七层协议 

互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层

  

tcp/ip五层

用户感知到的只是最上面一层应用层，自上而下每层都依赖于下一层，所以我们从最下一层开始切入，比较好理解

                                                  client端                                                  server端      

        用户在用户层输入命令（数据），到传输层包上tcp协议头，再到网络层包裹上ip头，再到数据链路层包上以太网头，通过client物理层经过线路被server物理层接收，然后一层层反解到server的应用层，server应用层拿到命令后请求操作系统去调用硬盘里面的数据，最后再返回到数据层。

数据（可以加http协议等）----》传输层（包上tcp/udp协议）----》网络层（包上ip协议）----》数据链接层（包上以太网协议）----》物理层

1、物理层

底层物理连接介质。负责发送电信号高电压对应数字1，低电压对应数字0。两个物理层通过光缆电缆双绞缆等介质连接

2、数据连接层

数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

ethernet规定
一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’

每一数据帧分成：报头head(固定18个字节)和数据data两部分

数据包的具体内容
head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送

mac地址(网卡的地址，接入internet的设备都必须有网卡，即可找到某个具体的设备)：

head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址

广播：

有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址，该主机再回应时就不用吼了，交换机的‘学习’特性）

ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼

pc1通过广播方式发送以太网包给pc2,pc3,pc4,pc5，大家收到pc1发来的包，拆开后如果发现不是自己的就丢弃，是自己的就响应，并返回给pc1自己的mac地址。

2.3网络层

网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

IP协议：

规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
范围0.0.0.0-255.255.255.255

一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1

标识地址的方式：

    ip+mac就能标识全世界范围内独一无二的一台计算机
    ip+mac+port就能标识全世界范围内独一无二的一个基于网络通信的应用软件

    url地址：标识全世界范围内独一无二的一个资源

ARP协议：

arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址

协议工作方式：每台主机ip都是已知的

例如：主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

一：首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网    

#子网掩码固定为255.255.255.0（1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000），即取ip的前三段，以此判断是不是在同一个子网

场景             数据包地址
同一子网     目标主机mac，目标主机ip
不同子网     网关mac，目标主机ip
 
二：分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络，那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

                        源mac         目标mac                 源ip                         目标ip                 数据部分
发送端主机 发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据
 

三：这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标ip为自己的，就响应，返回自己的mac

2.4 传输层

传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序，那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

传输层功能：建立端口到端口的通信

补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口，1024-65535给软件用

tcp协议（可靠传输）：

以太网头-------ip 头---------tcp头---------数据                                                  

udp协议（不可靠传输）：

以太网头-------ip 头---------udp头---------数据           

tcp三次握手和四次挥手          

      

tcp建立连接与断开连接的状态信息及表示的意义

【三次握手】

SYN_SENT：客户端发送指令处====【SYN=1（请求建立连接），seq=x(序列)】====》

LISTEN：等待指令  SYN_RCVD：已收到建立连接指令====【SYN=1（请求建立连接），seq=y(序列)，ACK=x+1(返回已响应客户端发出那条建立指令的信息)】====》

ESTABLISHED（连接已建立状态）====【ACK=y+1(返回 已响应服务端发出那条建立连接指令 的信息)】====》

ESTABLISHED（连接已建立状态）

【四次挥手】

FIN_WAIT_1：等待服务端（一般这种请求是服务端先发出）发送断开指令状态====【FIN=1(请求断开连接)】，seq=x+2(序列)====》

CLOSE_WAIT：等待关闭状态====【ACK=x+1(返回 已响应服务端发出那条断开连接指令 的信息)】====》

FIN_WAIT_2： 等待已关闭的信息（被动等待）

LAST_ACK：客户端发送断开连接信号的地方====【FIN=1(请求断开连接)，seq=y+1(序列)】====》

TIME_WAIT：被动等待客户端的断开信号状态====【ACK=y+2(返回 已响应客户端发出那条断开连接指令 的信息)】====》服务端

半链接池：由于建链接时，只能一条一条请求的来，有客户端对服务端发送了请求，下一条客户端请求就会显示等待。
          因此有了半链接池，他的工作原理是在客户端请求成功被服务端接收后，服务端不会马上对该请求发出响应，
          而是把这些请求存进半链接池内，只要半链接池没有满，客户端的请求都会进入服务端，如果半链接池满了，
          那么请求也会被阻拦在外面显示等待，并且半链接池会通过服务端响应最早进入的客户端请求，达到泄洪的目的。
注意：半链接池限制的同一时间的客户端请求数，而非连接数。