Linux网络编程(二)

待我称王封你为后i 2022-06-01 02:37 244阅读 0赞

# 目录 #

*  目录
 *  前言
 *  链路层的一些概念
    
     *  MTU
     *  以太网帧格式
 *  网络层的一些概念
    
     *  与IP协议配套使用的协议
     *  IP协议
        
         *  分类IP地址
         *  IP数据报格式
     *  路由表
 *  传输层的一些概念
    
     *  传输控制协议TCP
        
         *  TCP的连接
         *  TCP报文格式
         *  三次握手
         *  连接终止四次握手
         *  TCP可靠性
         *  滑动窗口协议
     *  用户数据报协议UDP
        
         *  UDP的主要特点
 *  总结
 *  链接地址

# 前言 #

**实体**(`entity`)表示任何可发送或接受信息的硬件或软件进程。  
**协议**是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是”水平的“，即协议是控制对等实体之间通信的规则。  
**服务**是”垂直的“，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。  
同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点`SAP`(`Service Access Point`)。

# 链路层的一些概念 #

**链路**是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。**数据链路**除了物理线路外，还必须与通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。  
常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条管道上传输的数据单位是帧

*  封装成帧  
    封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。  
    首部和尾部的一个重要作用就是进行**帧定界**。

## MTU ##

以太网对数据帧的长度都有限制，其最大值是1500，将这个限制称作最大传输单元(`MTU`, `Maximum Transmission Unit`)  
如果`IP`层有一个数据报要传，而且数据的长度比链路层的`MTU`还大，那么`IP`层就要进行分片(`Fragmentation`)，把数据报分成若干片，这样每一片都小于`MTU`。  
当网络上的两台主机互相进行通信时，两台主机之间要经过多个网络，每个网络的链路层可能有不同的`MTU`，其中**两台通信主机路径中的最小`MTU`**被称作**路径MTU**。

## 以太网帧格式 ##

![0][]  
**类型字段用来标志上一层使用的是什么协议**，以便把收到的`MAC`帧的数据上交给上一层的这个协议。  
`数据字段`正式名称是`MAC`客户数据字段，最小长度64字节-18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度

# 网络层的一些概念 #

## 与IP协议配套使用的协议 ##

网际协议`IP`是`TCP/IP`体系中两个最主要的协议之一。与`IP`协议配套使用的还有四个协议：

*  地址解析协议`ARP`(`Address Resolution Protocol`)  
    根据`IP`地址得到`MAC`地址
 *  逆地址解析协议`RARP`(`Reverse Address Resolution Protocol`)  
    根据`MAC`地址得到`IP`地址
 *  网际控制报文协议`ICMP`(`Internet Control Message Protocol`)  
    为了提供`IP`数据报交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议(`Internet Control Message Protocol`).  
    `ICMP`允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。  
    `ICMP`不是高层协议，而是`IP`层协议  
    `ICMP`报文作为`IP`层数据报的数据，加上数据报的首部，组成`IP`数据报发送出去。  
    `ICMP`报文的种类有两种：即`ICMP`差错报文和`ICMP`询问报文。  
    `ICMP`的应用最常见的就是`ping`命令，测试两个主机之间的连通性，ping使用了`ICMP`回送请求与回送回答报文。`ping`是应用层直接使用网络层`ICMP`的例子，它没有通过运输层的`TCP`或`UDP`。
 *  网际组管理协议`IGMP`(`Internet Group Management Protocol`)  
    目的是为了使路由器知道多播组成员的信息。

![0][0 1]

## IP协议 ##

### 分类IP地址 ###

每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是**网络号**，它标志主机(或路由器)所连接到的网络，而另一个字段则是**主机号**，它标志该主机(或路由器)。  
A类地址：0.0.0.0-127.255.255.255 网络号1个字节  
B类地址：128.0.0.0-191.255.255.255 网络号2个字节  
C类地址：192.0.0.0-223.255.255.255 网络号3个字节  
D类地址：224.0.0.0-239.255.255.255 D类地址是多播地址  
![1][]

*  为什么要分为网络号和主机号？  
    因为这样路由器可以仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目的主机号)，这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。

实际上IP地址是标志一个主机(或路由器)和一条链路的接口。  
当一个主机同时连接到两个网络上，该主机就必须同时具有两个相应的`IP`地址，其网络号必须是不同的。这种主机称为`多归属主机`。  
由于一个路由器至少应当连接到两个网络(这样它才能将`IP`数据报从一个网络转发到另一个网络)，因此一个路由器至少应当有两个不同的`IP`地址。  
用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 `net-id`

### IP数据报格式 ###

一个IP数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。在首部的固定部分后面是一些可选字段，其长度是可变的。  
![2][]

## 路由表 ##

在路由表中，对每一条路由，最主要的是(目的网络地址，下一跳地址)  
\- 查找路由表  
根据目的网络地址就能确定下一条路由器，这样做的结果是：  
IP数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器(可能要通过多次的间接交付)  
只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。  
\- 默认路由  
只要不是路由表中的路由，就选择默认路由。

# 传输层的一些概念 #

传输层向上层应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最底层。  
传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信(但网络层是为主机之间提供逻辑通信)。  
传输层有两种不同的运输协议，即面向连接的`TCP`和无连接的`UDP`。

## 传输控制协议`TCP` ##

`TCP`全称：`Transmission Control Protocol`。`TCP`提供面向连接的服务。`TCP`不提供广播或多播服务。由于`TCP`要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。

*  `TCP`特点  
    
    
    1.  面向连接
    2.  点对点
    3.  可靠交付
    4.  全双工
    5.  面向字节流

### `TCP`的连接 ###

`TCP`把连接作为最基本的抽象。  
每一条`TCP`连接有两个端点。`TCP`连接的端点不是主机，不是主机的`IP`地址，不是应用进程，也不是运输层的协议端口。`TCP`连接的端点叫做套接字。  
端口号拼接到`IP`地址即构成套接字。

### `TCP`报文格式 ###

![2][2 1]

### 三次握手 ###

`TCP`连接建立都是采用客户服务器方式。主动发起连接建立的应用进程叫做**客户**(`client`)，被动等待连接的应用进程叫做**服务器**(`server`)。  
![3][]

### 连接终止四次握手 ###

A对于B的连接终止需要两次握手，B对于A的连接终止需要两次握手。  
![4][]

### TCP可靠性 ###

不可靠：传输有差错(校验和)、失序(序号)、重复(序号)、丢包(超时重传+确认)。

1.  应用数据被分割成`TCP`认为最合适发送的数据块，称为段传递给`IP`层。
2.  当`TCP`发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
3.  当`TCP`收到发自`TCP`连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。
4.  `TCP`将保持它首部和数据的校验和。这是一个端到端的校验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的校验和有差错，`TCP`将丢弃这个报文段并且不确认(导致对方超时重传)。
5.  `TCP`承载与`IP`数据报来传输，而`IP`数据报的到达可能会失序，因此`TCP`报文段的到达也可能会失序。`TCP`将对收到的数据进行重新排序。
6.  `IP`数据报会发生重复，`TCP`的接收端必须丢弃重复的数据。
7.  `TCP`还能提供流量控制。`TCP`连接的每一方都有一定大小的缓冲空间。

### 滑动窗口协议 ###

一般来说，我们总是希望数据传输的更快一些。但如果发送方把数据发送的过快，接收方就可能来不及接收，这就会造成数据的丢失。**流量控制**就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。

## 用户数据报协议`UDP` ##

`UDP`全称：`User Datagram Protocol`

### UDP的主要特点 ###

1.  无连接，即发送数据之前不需要建立连接。
2.  不可靠，UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。
3.  面向报文，UDP没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。
4.  支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
5.  UDP的首部开销小，只有8个字节。  
    ![5][]

# 总结 #

只是对计算机网络中的一些概念进行简单的理解，后面用到了再补充，感觉学习来说，必须要结合实际，否则理论就失去了意义。这也是在大学的时候，没有学好计算机网络的原因！

# 链接地址 #

[计算机网络PPT韩立刚老师][PPT]

[0]: /images/20220601/049c49658bbd42b983be54d686d4a8e2.png
[0 1]: /images/20220601/36ce2bc61b394f258313a18c18fbd064.png
[1]: /images/20220601/a0670b100f8a4c939afe8a1853a8ca72.png
[2]: /images/20220601/9c66a2d0a1d3407eb49e22bfb488184c.png
[2 1]: /images/20220601/9c24378886cc418482959d4d0e508d32.png
[3]: /images/20220601/c4c5cf12bd9d4a34898a6b5e45df1f70.png
[4]: /images/20220601/270b5a4f548a4a9a9530d921a44fe006.png
[5]: /images/20220601/0863eb6d776a49c7aafe628c58cb7452.png
[PPT]: http://download.csdn.net/download/simonforfuture/10249581