【JavaEE】网络原理——网络层+数据链路层
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文章目录
- 1.网络层
- 1.1IP协议的报文格式
- 1.2IP地址基本规则
- 1.2.1网段划分
- 1.2.2特殊IP地址
- 1.2.3路由选择
- 2.数据链路层
- 2.1以太网协议
1.网络层
1.1IP协议的报文格式
- 4位版本：就是ipv4和ipv6两个版本，此处的报文格式是ipv4的。
- 4位首部长度：此处的和TCP是一样的，单位为字节，范围为0-15，则最大报头字节为15*4=60字节，最小为20字节。
- 8位服务类型：其实只有4位有效，并且这4位还是互斥的，有一位为1则其余三位都为0.
- 16位总长度：指IP报头和载荷的和，通过这个长度可以算出TCP的载荷长度。
TCP载荷=IP总长度-IP报头-TCP报头
此处的16位，那么IP的数据包也最多只有64kb？
为了解决这个问题，IP有自动拆包和自动组包的特性
以上就是拆包的过程，那么接收方怎么把这些拆包的数据包组成一个完整的IP数据包呢。
- 16位标识：用来区分哪些数据包需要进行合并
- 3位标志：其实有用的只有2位，其中一位是表示该数据包是否触发拆包的效果，进而确定是否要组包，另一个标志位是在组包的时候标记最后一个包，在组包的过程，发现了这个标记说明到达了这个完整包的最后一部分。
- 13位片偏移：这个就是标记若干个要拼接数据包的先后顺序，片偏移量越大就越在后面。
- 8位生存时间：其实是IP数据包在网络转发的次数，一个IP数据包的初始情况下，有一个TTL的值(像32/64这样的整数)每经过一次路由器转发就-1，减到了0那么就丢包了，这个初始值是可配置的，是系统内核的参数。
- 8位协议：这里就是描述载荷部分是哪种协议的数据包，比如TCP,UDP等等协议
- 16位首部检验和：和TCP，UDP的检验和是一样的。
- IP地址：是一个32位的整数，为了让人们可以更好的观察，我们采取"点分十进制"的方式，理论上ip个数有42亿多，放到之前肯定是无法用完的，但是就现在而言，网络的发展，ip地址是远远不够的。
IP地址不够用怎么办？
1）动态分配IP地址
比如这个地方的人不用，就给另一边的人用，就是空闲下来的ip地址分配给需要用的人。
2）NAT机制——网络地址映射
外网IP不可以重复，内网IP在不同的局域网中可以重复。
a）内网/局域网
192.168.* 10* 172.16-172.31* 一般这些IP地址开头的就是局域网，其余就是外网IP
b）外网/广域网
在NAT机制下有这几种情况：
1）同一个局域网中，内网IP访问内网IP是可以的。
2）不同的局域网中，内网IP访问内网IP是不可以的
3）外网IP访问外网IP是可以的
4）外网IP访问内网IP是不可以的
5）内网IP访问外网IP是可以的
对于内网IP访问外网IP这个问题我们来画一张图来描述
首先我们以单个主机访问JD为例：
在同一个局域网下多个主机访问JD？
我们需要添加一个端口号和一个映射表，通过端口号和映射表不仅可以让多个主机访问JD，而且还可以让JD将响应一一返回给我们的主机。
映射表的简略模型：
同局域网下的内网IP端口号相同怎么访问JD外网IP？
只需要在端口号这改一下即可，将新端口号改为不一样的即可，这个新端口号是由运营商路由器自己分配的，类似于我们自己的主机给我们主机上的程序自动分配端口号一样
不同局域网下内网IP相同怎么访问JD外网IP？
1.2IP地址基本规则
1.2.1网段划分
同一个局域网的主机要按照一定规则分配IP地址
这个规则就是：
将一个IP地址分为两部分，一部分为网络号，一部分为主机号。
在同一个局域网下网络号相同，但主机号不同。
那么怎么划分网络号和主机号呢？
这里就需要一个新的概念子网掩码，这个子网掩码就是帮助我们来设置网络号和主机号的，子网掩码左边部分全为1，右边部分全为0，这些01是指二进制，而且01不能交替
比如：255.255.255.0这个子网掩码就是前三个字节全为1，后一个字节全为0。
全为1的就是网络号，全为0的就是主机号
1.2.2特殊IP地址
- 主机号全为0：这样的IP表示网段，不应该分配给具体的主机
- 主机号全为1：这样的IP表示广播IP，在广播IP发送数据，就会发送给局域网中所有的设备，例如：手机投屏。
广播IP在发送数据是发送UDP数据包而不是TCP数据包，原因就是TCP是有连接的，但是广播IP在发送数据给每一个设备的时候并不需要建立连接，只需要发送到了就行。‘
- 127.*开头的地址：这样的地址称为环回地址，就是将数据包自己发送给自己，比如客户端和服务器在同一个主机上。
1.2.3路由选择
路由选择其实就是找从源IP到目的IP的路径，这里类似于我们生活中的地图导航，规划出一个路线"最优解"，但是在我们路由这里就不是"最优解"而是"较优解"其实就是我们网络路线复杂程度很高，并且路由不是对全局网络路线都很了解，只对周围路由的网络线路了解。
对于源IP找目的IP是"探索性"的方式寻找，在寻找的过程中会借助"路由表"来寻找目的IP。
2.数据链路层
2.1以太网协议
mac地址：为了区分网络传输中不同设备的。
mac地址/物理地址：
mac地址在网卡出厂的时候就设置好的，原则上不同点网卡的mac地址是不一样的，因此mac地址可以作为主机的一种身份标识。
IP地址是支持整个传输过程的转发
mac地址的作用是支持两个相邻节点之间的转发。
比如：生活中出游的路线规划
假设我要从株洲出发到重庆旅游，那么我规划的路线是这样的：
株洲-长沙-重庆
株洲作为源IP，重庆作为目的IP
株洲-长沙：株洲就是源mac，长沙就是目的mac
长沙-重庆：长沙就是源mac，重庆就是目的mac
这个过程中源mac和目的mac一直是变化的，可以将mac作为短期目标，而ip作为长期目标来理解。
在数据传输的过程中，IP会用到路由表，mac会用到转发表，这两个表不是同一个东西
ARP协议就是为了给每一个路由器/交换机来建立转发表的。
- 2.1以太网协议
