【JavaEE初阶】第八节.网络原理网络层和数据链路层，应用层
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前言
一、网络层协议
1.1 IP协议
1.2 IP地址；
1.3 路由选择；
二、数据链路层
2.1 以太网协议；
三、应用层；
3.1 应用层协议DNS；
3.2 DNS是如何完成转换的；
3.3 如何解决DNS访问量太高的问题？？
总结
前言
今天的内容我们主要介绍网络原理中有关网络层，数据链路层，应用层；以及介绍他们有关的协议的介绍，就让我们一起学习吧！！！！！
一、网络层协议
网络层协议的工作:
1.地址管理；
2.路由选择(规划路径)；
网络层中，最核心的协议,就是IP协议；
1.1 IP协议
1）IP协议报头结构：
2）分析报头结构：
（1） 4位版本号:
当前IP协议的版本. 4 6 = > lPv4 lPv6（课堂上以IPv4为主）
（2）4位首部长度：
IP报头的长度；带有选项字段(可以有也可以没有可以有一个也可以有多个)
（3）八位服务类型（TOS）：
其实只有4位有效,另外4位是保留位；
4位有效位：
4个服务类型的bit位是互斥的；
一个报文里面4个位只有一个可以是1,剩下的都是0.用来表示当前的服务类型；
4位保留位：
现在不用,但是先占个位置,后面可能要用，给后续的扩展留下余地；
（4）16位总长度（字节数）：
一个IP数据报的长度(报头＋载荷)；
载荷部分：就是一个完整的传输层数据报(比如完整的TCP数据报)
16位意味着,一个IP数据报,最大就是64KB?? 不是；
UDP是被64KB限制死了的.UDP要想传输更大的应用层数据,需要在代码中手动拆包组包；
当前的IP协议，自己内置了拆包组包的功能!!!
如果搭载了太长的TCP 数据报,此时IP就会分包!!每个包来携带TCP的一部分数据!!
（5）16位标识，3位标志，13位片偏移；
16位标识：同一个包拆出来的若干个小的包,标识是一样的；
3位标志：
说是3位,其中1位是最关键的；
标识结束标记；1后面还有；0后面没了(类似于链表的null)
?????????????????????????????????????
13位片偏移:
描述了拆出来的每个包的先后顺序;
网络层构造出上述数据报之后,发现载荷部分太长了，超出最大长度限制了，所以拆包!!
(6) 8位生存时间（TTL）：
描述了这个IP数据报,还能在网络上存活多久!
网络环境非常复杂.
A->B发一个IP数据报,
数据报就会沿着网络尝试去找B的位置；如果B存在,能找到,就直接发过去了；
如果B不存在,找了半天没找到,就要放弃了；
注意：
8位生存时间里面的整数,并不是"秒"这样的时间单位,而是表示次数!能够被转发的次数；
例如：
给定一个初始TTL为64(32,64,128),每次数据报经过一个路由器的转发，TTL-= 1；
一旦TTL为0了,则认为这个IP就找不着，包就要丢弃!!
初始TTL64kb够用嘛?
全世界这么多的机器,64就可以嘛??
正常情况下，都是够用的!!!
通常情况下访问某个服务器之类的，都用不了几下；
(7) 8位协议:
表示了传输层使用了哪些协议；
(8) 16位首部检验和:
校验和功能和前面的校验和都是一样的.
这个校验和只是针对"首部”，而不对数据部分校验;
数据部分的校验,自然是传输层的协议来负责;
(9) 32位源IP地址;32位目的P地址;
在一个包裹的传递过程中，上述四个要素,必不可少；
IP地址：
本质上是一个32位的整数；
因为32位的整数不方便看,也不方便记,因此就发明出了另外一种表示方式:
点分十进制：使用三个点把32位的整数,分成四个部分.(每个部分8位,1个字节)每个部分的取值范围O-255；eg：123.139.134.249
如何解决IP地址不够用的问题?
1.动态分配IР地址DHCP
一个设备上网,就分配;
一个设备上网,就分配;
但是IP地址会变，所以治标不治本；
2.NATIP地址转换
把IP地址分成两个大类：
1.内网IP(局域网里面使用的IP)；允许局域网之间的内网IP重复
2.外网IP(广域网中使用的IP)；但是外网IP要保持唯一
同一个局域网中的IP地址不能相同；
但是不同的局域网里面的IP允许重复；
3.lPv6
解决IP不够用问题的终极方案!!!
IPv6相当于是另一个网络层的协议,和IPv4可以视为是完全不同的两个协议而不是IPv4的升级版；
lPv6使用16字节(128位)这样的值表示IP地址了；2^ 128；
lPv4是4字节：2^ 32；
哪怕把地球上的每一粒砂子都分配一个IP地址,都是绰绰有余的!!!
1.2 IP地址；
1）定义：
IP地址,是一个四个字节的整数；
为了更好的进行组网，对于这个IP又做出了一些更详细的划分；
把一个IP分成两段.前一半叫做网络号.后一半叫做主机号；
2）分类方法：
（1）
（2）现在主流的划分方式CIDR：
引入了“子网掩码”通过这个来区分；
哪个部分是网络号,哪个部分是主机号；（也是一个32位的整数!!左侧都是1，右侧都是0）
eg：
255.255.255.0；
标记为1的部分,就表示了这部分IP是网络号；255.255.255为网络号，0为主机号；
注意：
同一个局域网内部,设备之间的网络号,都是一样的.主机号是不同的；
两个相邻的局域网,网络号是不同的；（同一个路由器连接的两个局域网）
绿色局域网,设备网络号都是192.168.0；
主机号,就各不相同了.如果有两个设备主机号相同,就会导致其中一台设备无法上网!!!
(IP地址可以通过DHCP自动来分配,但是也可以通过手动的方式来进行配置)
常识（了解即可）
192.168.0.1 /192.168.1.1；
主机号为.1的IP，通常用来作为"网关" (Gateway)关:入口,出口；
(不是绝对的,只是一种常见的默认行为，完全可以手动配置成其他的IP )
192.168.0.0/192.168.1.0；
主机号为.0的IP，也就是网络号(表示当前局域网/网段)
192.168.0.255/ 192.168.1.255；
主机号为.255的IP是广播IP；
1.3 路由选择；
就和地图寻路差不多!!
我在陕西科技大学,我想去西安邮电大学；
就有很多种路线!!路线规划的过程中,就是路由选择；
百度地图/高德地图,已经把整体的位置信息都收集好了.(明确的知道,起点在哪,终点在哪，中间都有哪些东西...…)!这里的路线就很好规划；
但是路由器上进行路径规划的时候,没有那么多空间来保存全局的信息的!!!
每个路由器只能知道位置信息的一部分；
例如：路由器，能够知道和他相邻的一些设备,怎么走,或者可以知道相邻的相邻的设备；
路由器的硬件配置是很低的!!!
路由器这里的数据转发,就类似于没有百度地图之前的,原始的寻路方式:问路；
举实例说明:
问路：
我从学校出门了；根据地图,知道大概的方向,骑了一段路；问路；
每个人都知道的位置是有限的.(不能把全上海的地图装到脑子里)；但是每个人都有自己熟悉的一个区域；
经过了一系列的问路，就会非常接近外滩了；
每次问路,就相当于经历了一次"路由转发"；
每个人脑子里面记住的一些位置信息,称为"路由表"
问路的时候，要去的"外滩”IP数据报中的"目的IP"
路由器就会根据目的IP在路由表中匹配；能不能匹配到(按照网段的方式匹配的)
如果匹配到了，就会按照制定的方向继续往下转发；
如果没有匹配到,会有一个默认的方向(下一跳地址,路由表中的默认选项)
总结：路由转发基本过程类似于"问路"一跳一跳(hop by hop)进行转发的；
二、数据链路层
2.1 以太网协议；
1）定义
以太网协议；(插网线的协议)
平时插的网线, 也叫做"以太网线"；
2）以太网协议结构：
1.CRC效验和，放在未尾了；2.载荷就是IP数据报；
以太网数据帧的长度上限1500；
不同的数据链路层协议最大长度不同的.把这个最大长度称为MTU；
为啥是1500和硬件介质相关？？？
如果一个以太网数据帧是一辆卡车；
MTU就是载重量；如果达到这个量了,就会触发IP的分包操作!!
3.这里的目的地址源地址是mac地址(物理地址)不是IP地址！！！
mac地址：
6个字节的mac地址；
mac要比IР地址多很多；4字节42亿9千万；
目前mac地址还是可以做到唯一的；(网卡出厂的时候, mac地址就被写死在网卡上了)
注意：
网络层搞了一套地址,数据链路层也搞了一套地址；
为啥不用一套地址就搞定?(历史遗留问题)
用一套地址，完全能搞定!!
数据链路层的协议,和网络层的协议，是被分别独立设计出来；
只是在设计的时候，刚好想到一块去了，所以就用了一套地址；
数据链路层,负责的是两个相邻节点之间的数据转发；
4.ARP和RARP；
ARP效果是根据IP地址,找到对应的mac地址；
RARP根据mac地址，找到对应的IP地址；
路由器进行这种相邻节点转发这个过程中；需要能够建立好一套转发的规则（转发表)
转发表：
使用ARP和RARP主要是用来在转发之前,把转发表给构造好.毕竟网络环境经常发生变化；
以上网络层和数据链路层只是了解，不属于我们后端的内容；
但是接下来的应用层和传输层就是非常重要的内容了；
三、应用层；
3.1 应用层协议DNS；
DNS应用层的协议.用途是很大的."域名解析"；
域名:"网址"；
sogou.com搜狗这个网站的域名
cn.bing.com就是必应的域名....
IP地址，虽然写成了点分十进制,更方便人来理解了.但是仍然不是特别的直观!!为了进一步的简化人对于IP的理解,方便传播,就引入了"域名"；
域名可以通过DNS系统自动转换成对应的IP地址；
如果未来IP地址有变化(机器迁移了)
3.2 DNS是如何完成转换的；
最早的DNS系统,是一个文件.称为hosts 文件.
但是这个方式比较的原始.现在基本上不用了(这个功能还好使,但是确实很少使用了)
现在的网站成千上万.不能够把所有的映射关系都写到文件中!!
因此，更科学的办法,使用专门的 DNS服务器,来保存这个文件；
使用服务器把这些映射关系都存储好；哪个电脑需要DNS解析,就访问这个DNS服务器即可!!
全世界要上网的设备,非常非常多的!!每个设备上网的时候,都要请求DNS服务器??
DNS服务器能扛得住这么大的访问量嘛???
每个服务器,在给客户端提供服务的时候,都需要消耗一定的硬件资源(CPU,内存,网络带宽...)并且每个服务器能提供的硬件资源是有上限的!!
3.3 如何解决DNS访问量太高的问题？？
解决方法：
1.主机在请求DNS之后，会对映射关系在本地进行缓存；
域名->IP这个映射关系,虽然会变，但是频率比较低；
这就可以大大的减少客户端访问DNS服务器请求的数量；
2.在全世界，架设很多的DNS镜像服务器；
最初的DNS服务器,称为“根服务器"；
其他的DNS服务器,从根服务器上同步数据."镜像服务器"；
镜像服务器：非常非常多.一般各种大的网络运营商；
都会在自己业务的各个片区里面去部署镜像服务器；
总结
今天我们介绍了有关网络层，数据链路层，应用层的有关类容；今天有关计算机网络的部分就告一段落了，接下来我们就进入到前端有关知识的学习，继续跟上步伐，一起学习进步吧!!!!!!!
