DHCP的工作原理 公网IP与私网IP 网络通信的流程与数据包发送 网卡的工作原理 网卡丢包问题

网络通信的四个要素

1. 本机的IP地址
2. 子网掩码
3. 网关的IP地址
4. DNS服务器的IP地址

获取以上配置，有两种方式 :

1. 静态获取==》手动配置
2. 动态获取==》dhcp自动获取

• DHCP的作用
  自动分配给计算机，IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数。

DHCP的工作原理

dhcpclient(68号端口)------------->dhcpserver(67号端口)
- 计算机默认会安装dhcp客户端软件
- dhcp的服务端会安装在路由器上

以太网头  		   ip头     			udp头    		 dhcp数据包

1. 最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

2. 后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。

3. 最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。

这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。

接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，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。

新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数。

公网IP与私网IP的差别

1. 公有IP：公网的计算机和Internet上的其他计算机可随意互相访问。

2. 私有IP：在公网上是不能被识别的，必须通过NAT将内部IP地址转换成公网上可用的IP地址，从而实现内部IP地址与外部公网的通信。

ip地址申请
https://www.processon.com/mindmap/57fdad47e4b08d4fe9b3d7e2

网络通信的流程与数据包发送

• uri ：统一资源标识符(一种概念，标识全世界所有资源的地址)

• url : 统一资源定位符，https:// home.cnblogs.com/u/linhaifeng/

    https://(应用层协议)    home.cnblogs.com:80(域名和端口)    /u/linhaifeng/(软件管理的虚拟路径)
    软件端应用软件规定:客户端要下载的数据都在/var/www/html文件夹内找，/var/www/html就是软件管理的根目录
    /u/linhaifeng/ ====>  /var/www/html/u/linhaifeng/
  

1. 本机获取
   本机的IP地址：192.168.1.100
   子网掩码：255.255.255.0
   网关的IP地址：192.168.1.1
   DNS的IP地址：8.8.8.8

2. 打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。

3. dns协议(基于udp协议)，拿到对方的IP地址。

4. HTTP部分的内容，类似于下面这样：

    GET / HTTP/1.1
    Host: www.google.com
    Connection: keep-alive
    User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
    Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
    Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
    Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
    Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
    Cookie: … …
   
    我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。
   

5. TCP协议

   TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。

   TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。

6. IP协议

   然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。

   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。

7. 以太网协议

   最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。

   以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。

8. 服务器端响应

   经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。

   根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的”HTTP请求”，接着做出”HTTP响应”，再用TCP协议发回来。

   本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。

网卡的工作原理

• 什么是linux操作系统的软硬件中断?
  中断是系统用来影响硬件设备请求的一种机制，它会打断进程的正常调度和指向，然后调用内核中的中断处理程序来影响设备的请求。
  中断是一个异步的事件处理机制，可以提高操作系统处理并发的能力。
  硬件中断 : 数据在网卡的缓冲区，会提醒操作系统网卡缓冲区有传输的数据，操作系统会先把传输的数据记录下来。
  软件中断 : 操作系统忙完之后，会根据数据传输的记录，把网卡缓冲区的数据读入操作系统内核空间。

• CRC校验值 : 网卡每接收到一段以太网协议传输的数据(最大1500个字节)，都会在数据帧后面附加一个CRC校验值。

网卡丢包问题

什么样的情况会造成网卡丢包？

1. CRC校验有问题，网卡会出现丢包现象。如果出现这种情况，那么就是网络环境有问题了。
2. 网卡的缓冲区满了，也会造成网卡丢包。那么我们可以调整缓冲区的大小来解决丢包问题。

• 查看网卡是否丢包的命令
  
• 查看CRC的校验值

ethtool -S eth0 | grep crc
#    rx_crc_errors: 0
如果crc校验值有问题，那么就是网络环境有问题。

• 查看网卡调整缓冲区的最大值和当前缓冲区的值
  

• 调整网卡缓冲区大小的命令

ethtool -G eth0 rx 2048				接收端的缓存区调整为2048

ethtool -G eth0 tx 2048				发送端的缓存区调整为2048