读书笔记-网络协议

这两天读了一下阮一峰老师的互联网协议入门，搞清楚了之前一直懵懵懂懂的东西，做了一些笔记，供日后参考。

互联网分层

由下到上分层：实体层、链接层、网络层、传输层、应用层

实体层

物理设备，电气信号（0，1）

链接层

定义电气信号分组。分组协议中，以太网(Ethernet)协议占据主导地位。一组电气信号构成一个数据包，叫做帧(Frame)。每个Frame分为两部分：标头(Head)和数据(Data)。标头长度固定为18字节，包含了发送者和接收者的信息，数据最短为46字节，最长1500字节。因此，整个帧最短为64字节，最长为1518字节。
MAC地址只在同一子网内有效。不在同一子网内，无法获知对方的MAC地址。
在同一子网内，发送者和接收者的地址由网卡上的MAC地址标识。两个网卡如何互相交互，是通过ARP(Adress Resolution Protocol)协议来解决的。在不同子网中，由网关解决数据的传送。
数据通过广播的方式在网络中传送。数据广播出来后，网络上的每台计算机会拿到数据包，解析Head中接收方的MAC地址，如果与自己的MAC地址相同，则接收这个包，不是则忽略这个数据包。

网络层

如果以广播方式在全球网络中发送数据会造成灾难，出现子网的概念。在子网中通过广播方式发送数据，internet中通过路由方式发送数据。
网络层的作用是引进一套新的地址，以区分不同的计算机(MAC地址)是否属于同一个子网络。
每台计算机出现两个地址：网络地址和MAC地址，两者没有任何关系。MAC地址在网卡上固定，网络地址由管理员分配。
互联网中，通过IP协议的IP地址来表示网络地址。
IP地址分为两个部分，前一部分代表网络，后一部分代表主机。同一个子网中，网络部分一定相同。
通过子网掩码，来确定IP地址中，网络部分与主机部分的分割点。
子网掩码中，网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.254.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。
IP协议的作用主要有两个：一个是为每台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
IP数据包是以太网数据包的数据部分，也分为标头(Head)和数据(Date)。Head中主要包含版本、长度、IP地址等信息，Data部分为IP数据包的具体内容。
ARP协议：当两台主机在同一子网内，ARP协议规定发送一个数据包，其中包含所要查询的主机的IP地址，MAC地址一栏为FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示这是一个广播地址，同一子网内的主机都会接收到这个数据包，取出IP地址与自身IP地址对比，相同则做出回应，不同则丢弃。当两台主机不在同一子网，数据包由连接两个子网的网关负责找到对应的主机。

传输层

传输层的功能，就是建立端口到端口的通信，相比之下，网络层的功能是建立主机到主机的通信。只要知道主机和端口，就能实现程序之间的交流。Unix系统把主机+端口叫做套接字(socket)。
为了把端口(port)信息放进数据中，需要新的协议。UPD规定的数据也分为标头和数据两部分。标头部分一共8个字节，放置端口信息。UDP优点：简单，容易实现；缺点：可靠性差，无法获知数据是否到达。总长度不超过65535字节。
TCP协议建立连接有三次握手，断开连接有四次挥手。优点：可靠性好，确保数据不丢失；缺点：过程复杂，实现困难，消耗资源多。总长度没有限制。
UDP数据包、TCP数据包都是内嵌在IP数据包的数据部分，就像IP数据包内嵌在以太网数据包中一样。通常UDP／TCP数据包的长度不会超出IP数据包的长度，以确保单个UDP／TCP数据包不必再分割。

应用层

应用层的作用，就是规定应用程序的数据格式。举例来说：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、HTTP、FTP等，而上层应用拿到数据后，如果解析都有应用自己决定。