【0基础Python学习笔记02】-基础知识-网络底层基础

目录

1.3网络底层基础

1.3.1通信原理

1.3.2osi七层协议

（1）物理层

（2）数据链路层

（3）网络层

（4）传输层

（5）应用层

1.3.3网络通信流程

---

参考：http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/5937962.html

1.3网络底层基础

1.3.1通信原理

英语成为世界上所有人通信的统一标准，如果把计算机看成分布于世界各地的人，那么连接两台计算机之间的internet实际上就是一系列统一的标准，这些标准称之为互联网协议，互联网的本质就是一系列的协议，总称为‘互联网协议’（Internet Protocol Suite).

互联网协议的功能：定义计算机如何接入internet，以及接入internet的计算机通信的标准。

1.3.2osi七层协议

 

互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层：物数网传会表应；

四层	五层	七层	常见物理设备
应用层	应用层	应用层
		表示层
		会话层
传输层	传输层 （socket找到人的器官）	传输层	四层交换机/四层路由器
网络层	网络层 （IP找到房间）	网络层	路由器/三层交换机（家用）
网络接口层	数据链路层 （以太网的mac找到座位）	数据链路层	以太网交换机/网卡
	物理层 （线连接房间内所有座位）	物理层	中继器/集线器/双绞线

（1）物理层

由来：孤立的计算机之间要想一起玩，必须通过光缆、电缆、双绞线、无线电波接入Internet；

功能：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0；

（2）数据链路层

由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思；

功能：定义了电信号的分组方式；

以太网协议ethernet	a规定统一分组方式标准，一组电信号构成一个数据包，叫‘帧’	head	发送者／源地址
			接收者／目标地址
		data	数据包的具体内容
	b规定接入internet的设备都必须具备网卡，源地址/目标地址即网卡地址/mac地址，每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址
	c规定同一网络内的两台主机通信（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）采用广播的方式

（3）网络层

由来：世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，以太网只能在局域网内发送，跨局域网通信必须通过路由转发；

功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址；

• • • • • IP协议

规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，范围0.0.0.0-255.255.255.255；

IP协议	为每一台计算机分配IP地址	网络部分：标识子网
		主机部分：标识主机
	利用子网掩码确定哪些地址在同一个子网络

• • • • • 子网掩码

所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，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；

知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。

• • • • • ip数据包

ip数据包也分为head和data部分，无须为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分；

以太网头

IP头

IP地址

• • • • • ARP协议

由来：计算机通信以广播方式，所有上层的数据包到最后都要封装上以太网头（上表形式），然后通过以太网协议发送，计算机获取自身的mac和ip容易，想要访问目标IP地址，还需要获取目标主机的mac；

功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址；

步骤：①首先通过已知的自身源ip和目标IP地址和子网掩码区分出目标IP是否就在源IP所处的子网，以确定发送数据包中的目标mac和IP；

若是同一子网：

源mac	目标mac	源IP	目标IP	数据部分
发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	源IP	目标IP	数据

若不是同一子网：

源mac	目标mac	源IP	目标IP	数据部分
发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	源IP	网关IP	数据

②以如上形式数据包广播形式在自网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标mac是FF:FF:FF:FF:FF:FF就知道发送端主机想要的是目标mac，若发现目标ip为自己的，就响应即以相同数据包形式返回且数据部分为mac；

③发送端主机收到返回的mac，再次发送如下所示数据包，同一子网则直接通信，不同子网则通过网关-路由进行通信；

若是同一子网：

源mac	目标mac	源IP	目标IP	数据部分
发送端mac	目标mac	源IP	目标IP	数据

若不是同一子网：

源mac	目标mac	源IP	目标IP	数据部分
发送端mac	网关mac	源IP	目标IP	数据

（4）传输层

由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，而一主机有多个应用程序，每个程序与网卡关联的编号即唯一标识为端口，端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口；

功能：建立端口到端口的通信；

tcp协议/udp协议

socket

（5）应用层

由来：用户使用应用程序均工作于应用层，多种应用程序数据多种多样，必须规定好数据的组织形式；

功能：规定应用程序的数据格式，例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。

1.3.3网络通信流程

• 1.本机获取

本机的IP地址：192.168.1.100

子网掩码：255.255.255.0

网关的IP地址：192.168.1.1

DNS的IP地址：8.8.8.8

• 2.打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。
• 3.dns协议(基于udp协议)
• 

13台根dns：

A.root-servers.net198.41.0.4美国
B.root-servers.net192.228.79.201美国（另支持IPv6）
C.root-servers.net192.33.4.12法国
D.root-servers.net128.8.10.90美国
E.root-servers.net192.203.230.10美国
F.root-servers.net192.5.5.241美国（另支持IPv6）
G.root-servers.net192.112.36.4美国
H.root-servers.net128.63.2.53美国（另支持IPv6）
I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
J.root-servers.net192.58.128.30美国
K.root-servers.net193.0.14.129英国（另支持IPv6）
L.root-servers.net198.32.64.12美国
M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）

域名定义：http://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html

顶级域名：以.com,.net,.org,.cn等等属于国际顶级域名，根据目前的国际互联网域名体系，国际顶级域名分为两类：类别顶级域名(gTLD)和地理顶级域名(ccTLD)两种。类别顶级域名是以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等结尾的域名，均由国外公司负责管理。地理顶级域名是以国家或地区代码为结尾的域名，如"CN"代表中国，"UK"代表英国。地理顶级域名一般由各个国家或地区负责管理。

二级域名：二级域名是以顶级域名为基础的地理域名，比喻中国的二级域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者*.abc.com.
一般来说，二级域名是域名的一条记录，比如alidiedie.com是一个域名，www.alidiedie.com是其中比较常用的记录，一般默认是用这个，但是类似*.alidiedie.com的域名全部称作是alidiedie.com的二级

• 4.HTTP部分的内容，类似于下面这样：

GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: … …

我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。

• 5 TCP协议

TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。

TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。

• 6 IP协议

然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。

IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。

• 7 以太网协议

最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。

以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。

• 8 服务器端响应

经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。

根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的”HTTP请求”，接着做出”HTTP响应”，再用TCP协议发回来。

本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。