【JavaEE初阶】第八节.网络原理网络层和数据链路层，应用层

前言

今天的内容我们主要介绍网络原理中有关网络层，数据链路层，应用层；以及介绍他们有关的协议的介绍，就让我们一起学习吧！！！！！

一、网络层协议

网络层协议的工作:

1.地址管理；

⒉路由选择(规划路径)；

网络层中，最核心的协议,就是IP协议；

1.1 IP协议

1）IP协议报头结构：

2）分析报头结构：

（1） 4位版本号:

当前IP协议的版本. 4 6 = > lPv4 lPv6（课堂上以IPv4为主）

（2）4位首部长度：

IP报头的长度；带有选项字段(可以有也可以没有可以有一个也可以有多个)

（3）八位服务类型（TOS）：

其实只有4位有效,另外4位是保留位；

4位有效位：

4个服务类型的bit位是互斥的；

一个报文里面4个位只有一个可以是1,剩下的都是0.用来表示当前的服务类型；

4位保留位：

现在不用,但是先占个位置,后面可能要用，给后续的扩展留下余地；

（4）16位总长度（字节数）：

一个IP数据报的长度(报头＋载荷)；

载荷部分：就是一个完整的传输层数据报(比如完整的TCP数据报)

16位意味着,一个IP数据报,最大就是64KB??

UDP是被64KB限制死了的.UDP要想传输更大的应用层数据,需要在代码中手动拆包组包；

当前的IP协议，自己内置了拆包组包的功能!!!

如果搭载了太长的TCP 数据报,此时IP就会分包!!每个包来携带TCP的一部分数据!!

（5）16位标识，3位标志，13位片偏移；

16位标识：同一个包拆出来的若干个小的包,标识是一样的；

3位标志：

说是3位,其中1位是最关键的；

标识结束标记；1后面还有；0后面没了(类似于链表的null)

?????????????????????????????????????

13位片偏移:

描述了拆出来的每个包的先后顺序;

**网络层构造出上述数据报之后,发现载荷部分太长了，超出最大长度限制了~～拆包!! **

(6) 8位生存时间（TTL）：

描述了这个IP数据报,还能在网络上存活多久!

网络环境非常复杂.

A->B发一个IP数据报,

数据报就会沿着网络尝试去找B的位置；如果B存在,能找到,就直接发过去了；

如果B不存在,找了半天没找到,就要放弃了；

注意：

8位生存时间里面的整数,并不是"秒"这样的时间单位,而是表示次数!能够被转发的次数；

例如：

给定一个初始TTL为64(32,64,128),每次数据报经过一个路由器的转发，TTL-= 1；

一旦TTL为0了,则认为这个IP就找不着，包就要丢弃!!

初始TTL64kb够用嘛?

全世界这么多的机器,64就可以嘛??

正常情况下，都是够用的!!!

通常情况下访问某个服务器之类的，都用不了几下；

(7) 8位协议:
表示了传输层使用了哪些协议；

(8) 16位首部检验和:

校验和功能和前面的校验和都是一样的.

这个校验和只是针对"首部”，而不对数据部分校验;

数据部分的校验,自然是传输层的协议来负责;

(9) 32位源IP地址;32位目的P地址;

在一个包裹的传递过程中，上述四个要素,必不可少；

IP地址：

本质上是一个32位的整数；

因为32位的整数不方便看,也不方便记,因此就发明出了另外一种表示方式:

点分十进制：使用三个点把32位的整数,分成四个部分.(每个部分8位,1个字节)每个部分的取值范围O-255；eg：123.139.134.249

如何解决IP地址不够用的问题?

1.动态分配IР地址DHCP

一个设备上网,就分配;

一个设备上网,就分配;

但是IP地址会变，所以治标不治本；

2.NATIP地址转换

把IP地址分成两个大类：

1.内网IP(局域网里面使用的IP)；允许局域网之间的内网IP重复

2.外网IP(广域网中使用的IP)；但是外网IP要保持唯一

** 同一个局域网中的IP地址不能相同；**

但是不同的局域网里面的IP允许重复；

3.lPv6

解决IP不够用问题的终极方案!!!

IPv6相当于是另一个网络层的协议,和IPv4可以视为是完全不同的两个协议而不是IPv4的升级版；

lPv6使用16字节(128位)这样的值表示IP地址了；2^ 128；

lPv4是4字节：2^ 32；

哪怕把地球上的每一粒砂子都分配一个IP地址,都是绰绰有余的!!!

1.2 IP地址；

1）定义：

IP地址,是一个四个字节的整数；

为了更好的进行组网，对于这个IP又做出了一些更详细的划分；

把一个IP分成两段.前一半叫做网络号.后一半叫做主机号；

2）分类方法：

**（1） **

（2）现在主流的划分方式CIDR：

引入了“子网掩码”通过这个来区分；

哪个部分是网络号,哪个部分是主机号；（也是一个32位的整数!!左侧都是1，右侧都是0）

eg：

255.255.255.0；

标记为1的部分,就表示了这部分IP是网络号；

注意：

同一个局域网内部,设备之间的网络号,都是一样的.主机号是不同的；

两个相邻的局域网,网络号是不同的；（同一个路由器连接的两个局域网）

** 绿色局域网,设备网络号都是192.168.0；**

主机号,就各不相同了.如果有两个设备主机号相同,就会导致其中一台设备无法上网!!!

** (IP地址可以通过DHCP自动来分配,但是也可以通过手动的方式来进行配置)**

常识（了解即可）

192.168.0.1 /192.168.1.1；

主机号为.1的IP，通常用来作为"网关" (Gateway)关:入口,出口；

(不是绝对的,只是一种常见的默认行为，完全可以手动配置成其他的IP )

192.168.0.0/192.168.1.0；

主机号为.0的IP，****也就是网络号(表示当前局域网/网段)

192.168.0.255/ 192.168.1.255；

主机号为.255****的IP是广播IP；

1.3 路由选择；

就和地图寻路差不多!!

我在陕西科技大学,我想去西安邮电大学；

就有很多种路线!!路线规划的过程中,就是路由选择；

百度地图/高德地图,已经把整体的位置信息都收集好了.(明确的知道,起点在哪,终点在哪，中间都有哪些东西...…)!这里的路线就很好规划；

但是路由器上进行路径规划的时候,没有那么多空间来保存全局的信息的!!!

每个路由器只能知道位置信息的一部分；

例如：路由器，能够知道和他相邻的一些设备,怎么走,或者可以知道相邻的相邻的设备；

路由器的硬件配置是很低的!!!

路由器这里的数据转发,就类似于没有百度地图之前的,原始的寻路方式:问路；

举实例说明:

问路：

我从学校出门了；根据地图,知道大概的方向,骑了一段路；问路；

每个人都知道的位置是有限的.(不能把全上海的地图装到脑子里)；但是每个人都有自己熟悉的一个区域；

经过了一系列的问路，就会非常接近外滩了；

每次问路,就相当于经历了一次**"路由转发"**；

每个人脑子里面记住的一些位置信息,称为"路由表"

问路的时候，要去的"外滩”IP数据报中的"目的IP"

路由器就会根据目的IP在路由表中匹配；能不能匹配到(按照网段的方式匹配的)

如果匹配到了，就会按照制定的方向继续往下转发；

如果没有匹配到,会有一个默认的方向(下一跳地址,路由表中的默认选项)

总结：路由转发基本过程类似于"问路"一跳一跳(hop by hop)进行转发的；

二、数据链路层

2.1 以太网协议；

以太网协议；(插网线的协议)

平时插的网线, 也叫做"以太网线"；

2）以太网协议结构：

1.CRC效验和，放在未尾了；

2.载荷就是IP数据报；

以太网数据帧的长度上限1500；

不同的数据链路层协议最大长度不同的.把这个最大长度称为MTU；

** 为啥是1500和硬件介质相关？？？**

如果一个以太网数据帧是一辆卡车；

MTU就是载重量；如果达到这个量了,就会触发IP的分包操作!!

3.这里的目的地址源地址是mac地址(物理地址)不是IP地址！！！

mac地址：

6个字节的mac地址；

mac要比IР地址多很多；4字节42亿9千万；

目前mac地址还是可以做到唯一的；(网卡出厂的时候, mac地址就被写死在网卡上了)

注意：

网络层搞了一套地址,数据链路层也搞了一套地址；

为啥不用一套地址就搞定?(历史遗留问题)

用一套地址，完全能搞定!!

数据链路层的协议,和网络层的协议，是被分别独立设计出来；

只是在设计的时候，刚好想到一块去了，所以就用了一套地址；

数据链路层,负责的是两个相邻节点之间的数据转发；

4.ARP和RARP；

ARP效果是根据IP地址,找到对应的mac地址；

RARP根据mac地址，找到对应的IP地址；

路由器进行这种相邻节点转发这个过程中；需要能够建立好一套转发的规则（转发表)

转发表：

使用ARP和RARP主要是用来在转发之前,把转发表给构造好.毕竟网络环境经常发生变化；

以上网络层和数据链路层只是了解，不属于我们后端的内容；

但是接下来的应用层和传输层就是非常重要的内容了；

3.1 应用层协议DNS；

DNS应用层的协议.用途是很大的."域名解析"；

域名:"网址"；

sogou.com搜狗这个网站的域名

cn.bing.com就是必应的域名....

IP地址，虽然写成了点分十进制,更方便人来理解了.但是仍然不是特别的直观!!为了进一步的简化人对于IP的理解,方便传播,就引入了"域名"；

域名可以通过DNS系统自动转换成对应的IP地址；

如果未来IP地址有变化(机器迁移了)

3.2 DNS是如何完成转换的；

最早的DNS系统,是一个文件.称为hosts 文件.

但是这个方式比较的原始.现在基本上不用了(这个功能还好使,但是确实很少使用了)

现在的网站成千上万.不能够把所有的映射关系都写到文件中!!

因此，更科学的办法,使用专门的 DNS服务器,来保存这个文件；

使用服务器把这些映射关系都存储好；哪个电脑需要DNS解析,就访问这个DNS服务器即可!!

全世界要上网的设备,非常非常多的!!每个设备上网的时候,都要请求DNS服务器??

DNS服务器能扛得住这么大的访问量嘛???

每个服务器,在给客户端提供服务的时候,都需要消耗一定的硬件资源(CPU,内存,网络带宽...)并且每个服务器能提供的硬件资源是有上限的!!

3.3 如何解决DNS访问量太高的问题？？

解决方法：

1.主机在请求DNS之后，会对映射关系在本地进行缓存；

一域名->IP这个映射关系,虽然会变，但是频率比较低；

这就可以大大的减少客户端访问DNS服务器请求的数量；

2.在全世界，架设很多的DNS镜像服务器；

最初的DNS服务器,称为“根服务器"；

其他的DNS服务器,从根服务器上同步数据."镜像服务器"；

镜像服务器：非常非常多.一般各种大的网络运营商；

都会在自己业务的各个片区里面去部署镜像服务器；

总结

今天我们介绍了有关网络层，数据链路层，应用层的有关类容；今天有关计算机网络的部分就告一段落了，接下来我们就进入到前端有关知识的学习，继续跟上步伐，一起学习进步吧!!!!!!!