【Java网络原理】 六
本文主要介绍了网络层的IP协议/NAT机制/IPv6的由来以及在数据链路层涉及到的以太网协议和DNS域名解析系统
一.网络层
1.IP协议
各个字段所表示的含义
>4位版本号
用来表示IP协议的版本，现在只有两个版本IPv4 ，IPv6
>4位首部长度
IP报头可变，带有选项
单位是4字节
>8位服务类型
（只有四种有效）
最小时延
最大吞吐量
最高可靠性
最小成本
四种形态互斥，只能切换到一种形态
>16位总长度
IP报头+载荷的长度
最大长度虽然只有64kb，但是IP协议自身支持拆包组包机制，如果需要携带一个比较长的数据，IP协议会自动把数据报拆成多个，接收方分用的时候，也会把多个数据报合并成一个数据报。
以下三个字段字段描述的是IP数据报拆包的过程
>16位标识
拆除的多个包，16位标识是相同的
>3位标志位
有一位表示是否允许拆包，有一位表示是否是最后一个包
>13位片偏移
拆包后，通过片偏移，区分包的先后顺序（前一个包片偏移更小，后一个更大）
描述了整个IP数据报拆包组包的过程，当IP数据报携带比较长的数据的时候，IP协议就会触发拆包
拆包：
把一个打包拆成多个小包，多个小的IP数据报都会带有IP报头，载荷是TCP数据报的几个部分
>8位生存时间TTL
单位是次。初始情况下会有个数值，每次经过一个路由器转发，TTL-1，减到0就会被丢弃
正常来说，TTL足以支持数据报到达网络的任意一个位置的，TTL位0，基本不可达
>8位协议
描述上层传输层使用哪种协议，分用的时候就知道把数据交给哪种传输层协议处理
>16位首部校验和
校验首部是否正确就行，载荷数据传输层校验过了
>32位源地址
>32位目的地址
IP地址
一般用点分十进制表示：把32位分为四个部分，每个部分8个字节，每个部分的范围是0-255。
比如，192.168.1.2
事实上，32位表示的数据量非常有限42亿9千万
既然是地址，原则上是不能重复的，然而现在全世界上的设备，早就超过这个数字了，这就涉及到了一个非常严重的问题：IP不够用了怎么办？
一般来说有三种方法：
1.动态分配DHCP
某个设备不会一直上网，需要上网，就分配，不需要就不分配。但是这种方法只能缓解！不能完全解决问题！
2.NAT机制（网络地址转换）
3.IPv6（增加IP的数量）
2.NAT机制
把ip地址分成两类
1.内网IP
不同的局域网内的设备，内网ip可以重复；同一个局域网内的设备，内网ip不能重复
比如我的电脑上的IP地址(他其实就是一个内网IP)
2.外网IP
外网ip不饿能重复
现在设备之间的通信有以下情况：
1.局域网内部的设备之间进行通信，是完全可以的，因为IP地址是互不相同的。
2.两个局域网通信：A局域网中的设备，希望和B局域网设备通信，这个时候怎么办，毕竟这两个ip可能相同
当前的规则是禁止这个情况的，要想通信就需要有一个带有外网ip的设备进行中转，局域网内的设备访问带有外网ip的设备
比如我们平常使用的电脑手机，都是在局域网内使用的，它们会有一个内网ip；还有一类设备，是服务器，服务器可以有外网ip，这个时候就涉及到NAT工作了
举个例子：
当这个数据报到达cctalk服务器之后，cctalk服务器并不知道这个数据是源自于我的电脑ip，而是只知道源自于路由器的ip
NAT机制下，意义在于，一个外网IP代表的不一定是一个设备了，而是很多设备。
对于NAT设备，会在触发NAT的时候，维护一个映射表，表示了替换前ip和替换后ip的映射
当然，上述只是简化版本。
NAT缺点
1.效率不高
2.非常繁琐
3.不方便直接访问局域网内的设备
但是NAT是一个纯软件实现的方案，成本很低，优势明显。
3.IPv6
从根据上解决IP地址不够用问题
IPv4是4个字节，32位表示IP地址
IPv6是16个字节，128位表示IP地址
IPv6的数量是：2^128=(2^32)^4 这是一个天文数字，足够为地球上的每粒沙子都分配一个地址
缺点是：
IPv6和IPv4不兼容，要想升级IPv6，就需要更换路由器设备，成本很高
相比之下，NAT方案，只需要路由器开发商开出新版本的软件，升级软件就可以支持，成本较低
因此IPv6的发展比NAT要慢很多。
4.IP地址
IP地址分为两个部分：网络号和主机号
1.同一个局域网中设备网络号必须相同，主机号必须不同
2.两个相邻的局域网，网络号必须不同
那么一个Ip地址，哪个部分是网络号，哪个部分是主机号
通过子网掩码来识别：
子网掩码和IP地址一样，也是四个字节，32位的整数
左侧必须是连续的1，右侧必须是连续的0
1的范围描述了IP地址的对应哪些位是网络号
家用路由器子网掩码一般是255.255.255.0
子网掩码是现代的划分网络号的方案
以前还有一种方法
广播地址
如果IP地址中的主机号全部设为1，就成为了广播地址，用于给同一个链路上的相互连接的所有主机发送数据报；
比如：
子网掩码是255.255.255.0（最后八位是主机号）
如果ip地址是192.168.0.255（255代表全1）
往这个IP上发送数据报，这个数据就会被转发给局域网中的所有设备
（此处的广播，在传输层只能使用UDP，不是使用TCP，TCP无法针对广播地址进行三次握手建立连接)
举个常见的例子：
将手机上的内容投屏到电视上，前提是手机和电视在同一个局域网下(同一个wifi下)，手机点击搜索设备，就能把所有同一个局域网下的设备都找出来，这个搜索的过程就可以基于广播IP实现
5.路由选择
路由选择的IP协议的另一个功能。
由于路由器，无法做到理解全貌，只能认识部分网络环境，在这个前提下，进行路由转发，走一步算一步，给出的路径不一定是最优解，只能说是较优解。
每一个路由器内部，有一个路由表
数据报到达路由器的时候，就需要查询路由表
1）如果查到了就按照这个方向转发
2）如果没查到，路由器就会给一个默认的方向，沿着默认的方向走
二.数据链路层
数据链路层的代表协议是以太网协议
以太其实是人们人们设想出来的一种物质，事实上并不存在。
另外以太网协议既涉及到数据链路层的内容，也涉及到物理层的内容
1.以太网协议
以太网协议报头有三个字段：
>目的地址
>源地址
这个地址叫做mac地址，长度是6字节
为什么有了IP地址，还要mac地址
这其实是因为这两个地址，都被各自独立设计出来了，因此都保留下来了
（一般使用十六进制数字，表示mac地址）
两个十六进制数字，就是一个字节
（字节之间一般是-或者：来分割）
mac地址比IPv4的地址大很多
mac地址都是网卡出厂的出后就固定了，可以保证每个设备的网卡都有独立的mac地址的
>类型
以太网数据帧的载荷有多种形式，通过这个字段来标识
载荷部分最大长度是1500（1kb多一点）
一个稍微大一点的传输层/应用层数据报都会在数据链路层被切分成多个
其实IP数据报分包和组包这个过程就是为了MTU（最大值）而做的
2.域名
上网就要访问服务器，知道服务器的ip地址，但是ip地址不方便人们记忆和传播，于是就出现了域名。
比如：www.baidu.com
三级域名.二级域名.一级域名
这个域名机器不认识，就需要一套系统，把域名解析成ip地址----这就促成了域名解析系统的诞生。
3.DNS域名解析系统
DNS的工作原理简单的来说就是：主机A想访问www.baidu.com，主机会先访问DNS服务器，让DNS服务器返回www.baidu.com的IP地址给主机，于是主机就可以访问这个IP地址
DNS服务器如何能够承受高并发的状况的呢？
开源节流
1.每个电脑上在进行域名解析的时候都会有缓存，这样不至于每一次访问域名都要真的访问DNS
2.全世界搭建了很多的DNS镜像服务器（和最初的DNS服务器同步数据）
此时访问镜像和访问那个DNS服务器效果一样
但是如果根域名服务器（在美国）还是可以控制镜像服务器，这也意味着美国掌握着世界上任何一个国家的网络使用权。
因此国内大力发展IPv6一部分原因也是为了摆脱DNS的限制(虽然IPv6也需要DNS，但是它是一套新的DNS，和之前的不相关）
从技术角度看，NDS服务器是否会挂?
会。
尤其是所在地区的DNS镜像服务器
比如：遇到类似这样的情况：qq能用，浏览器不能用
这种时候就很有能是DNS镜像服务器挂了，好在如果挂了可以改镜像服务器
比如改成谷歌维护的DNS服务器8.8.8.8
在网络管理中修改：
