计算机网络基础知识

TCP/IP 网络模型有哪几层

不同设备之间的进程通信需要网络通信，就要兼容多种多样的设备，因此需要一套通用的网络协议。且这个网络协议是分层的。

应用层

应用层只专注与为用户提供应用功能，不需要关心数据如何传输，因此应用层是工作在操作系统的用户态。

传输层

应用层数据包会传输给传输层，传输层是为应用层提供网络支持。传输层有两个传输协议：

• TCP:传输控制协议
• UDP:只负责发送数据包，不保证数据包能否抵达到对方。

当应用数据过大时，可将数据分段，每一段称为TCP段，这样数据传输意外中断，仅仅发送相应段就ok。

网络层

功能是帮助实现应用到应用的通信，是应用间的数据传输媒介。

网络层中最常用的协议是IP协议，将数据部分加上ip包头部组成IP报文，如果过大就再次分片。
IPv4协议里，ip地址共32位，分四段，且ip地址分为两种意义：

• 网络号：负责标识ip地址属于哪个子网
• 主机号：负责标识同一子网下的不同主机

网络接口层

网络接口层在ip头部前面加上MAC头部，封装成数据桢发送到网络上

总结：

键入网址到网页显示，期间发生了什么

第一步—HTTP

浏览器第一步工作就是解析URL:

解析完url，浏览器确定了web服务器和文件名，并根据此生成HTTP请求消息。

真实地址查询–DNS

通过浏览器解析URL并生成HTTP消息后，要委托操作系统将消息发送给web服务器。但在此之前还需要查询服务器域名对应的IP地址。

DNS服务器就是用来保存web服务器域名和IP的对应关系，


当然如果缓存里面有就不需要这些步骤了。

协议栈

其内部分了几个部分，分别承担不同的工作，协议栈上半部分有两块，分别负责收发数据的tcp和udp协议，下半部分则是用ip协议控制网络包的收发操作
，ip内还包含了icmp协议和arp协议，icmp用于告知网络包传送过程中产生的错误以及控制信息，arp用于根据ip地址查询相应的以太网MAC地址。

可靠传输 – TCP

TCP报文头部格式：



网络包的报文：

远程定位–IP

两点传输 – MAC

MAC包头里需要发送方MAC地址和接收方目标MAC地址，用于两点之间的传输。

• MAC双方如何确认，发送方只需将MAC地址读出来写到MAC头部即可。接收方要通过以太网告诉对方MAC地址，以太网就会打包发过来。
• 如何获取地方的MAC地址— 需要ARP协议以广播的形式找到，当然这里也有缓存叫ARP缓存，但缓存就几分钟。

出口—网卡

负责将数字信息打包并转换为电信号。

送别者 — 交换机

将网络包原样转发到目的地。也称为二层网络设备。

• 交换机的包接收操作：信号转换– FCS校验错误–查询接收方MAC地址是否在地址表里–根据地址表查找地址并发送。
• MAC地址表找不到地址会咋样：会群发，只有接收方会回复响应信息。

出境大门—路由器

路由器基于IP设计，也称三层网络设备，路由器的各个端口都具有MAC地址和IP地址，可以是接收方和发送方。

• 路由器的包接收操作：电信号转数字信号– FCS校验–检查接收方MAC地址–符合则接收并丢弃MAC地址

在网络包传输过程中，目标IP和源IP始终不会变，一直变化的是MAC地址，因此需要MAC地址在以太网内进行两个设备之间的包传输。

服务器

LINUX系统如何收发网络包

收发基本流程相同，在发网络包的情况下，内核申请sk_buff内存并将用户数据存入然后加入到缓冲区–网络协议栈取出该内存，然后逐层处理
及就是添加信息头—最后当ack应答时，释放原始的sk_buff。

• 发送网络数据时，涉及几次内存拷贝操作？：
• • 第一次是用户数据拷贝到sk_buff
• • 第二次是tcp协议下，每一个sk_buff都会被克隆一个新副本送到网络层。
• • 第三次是IP层发现sk_buff大于MTU时需要额外的sk_buFF时。