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1、網絡協議分層
按照分層的思想把網絡協議棧進行分層主要有以下好處：
1.促進標准化工作，允許各個供應商進行開發
2.各層間相互獨立，把網絡操作分成低復雜單元
3.靈活性好，某一層變化不會影響到其它層
4.各層間通過一個接口在相鄰層上下通信
OSI七層模型和TCP/IP五層模型的對比如下，我們現在用的是五層協議模型：
2、PDU、封裝和解封裝
- PDU（protocol data unit）：每一層使用自己層的協議和別的系統的對應層相互通信，協議層的協議在對等層之間交換的信息叫協議數據單元
- 上層：message
- 傳輸層：segment
- 網絡層：packet
- 數據鏈路層：frame
- 物理層：bit
- 封裝：數據要通過網絡進行傳輸，要從高層一層一層的向下傳送，如果一個主機要傳送數據到別的主機，先把數據裝到一個特殊協議報頭中，這個過程叫封裝
- 封裝分為：切片和加控制信息
- 解封裝：上述的逆向過程
數據進入TCP/IP協議棧時的封裝過程如下：
數據進入TCP/IP協議棧時的解封裝過程如下：
3、以太幀和常見的報文格式
（1）以太網幀（Ethernet II Frame）
- D-MAC：目的MAC地址
- S-MAC：源MAC地址
- 類型域：表示幀里面上層協議數據的類型，0x0800代表IP協議幀，0x0806代表ARP協議幀
- CRC：幀校驗
（2）IP數據報
- 版本號：4代表IPv4，
- 頭長度：報頭的長度，值為4字節的倍數，故首部長度最大為60字節
- 服務類型：暫未使用
- 總長度：IP數據報的長度（報頭區+數據區），單位為字節，故總長度最大為65535字節，但總長度不能超過最大傳輸單元MTU
- 標識：一個計數器，用來產生數據報的標識
- 標志：占3位，最低位MF，為1表示還有分片，中間為DF，為0,表示允許分片
- 片偏移：較長的分組在分片后，某片在原分組中的相對位置，單位為8字節
- TTL：生存時間，數據報可以經過的最大路由器數
- 上層協議標識：1：ICMP，2：IGMP、6：TCP、17：UDP等；
分片舉例：
IP數據報解析：
（3）TCP數據報
- 協議、源IP、源端口、目的IP、目的端口確定一個TCP連接
- 順序號：TCP段所發送的數據部分第一個字節的序號
- 確認號：期望收到對方下次發送的數據的第一個字節的序號
- 頭部長度：單位為4字節，因此TCP首部的最大長度為60字節
- 窗口大小：窗口通告值，發送方根據接收方的窗口告值調整窗口大小
- 緊急指針：指示緊急數據在報文段中的結束位置此時URG置位
- URG：表示緊急指針字段有效
- ACK：表示確認號字段有效
- PSH：表示當前報文需要推操作
- RST：置位表示復位TCP連接
- SYN：用於建立TCP連接時同步序列號
- FIN：用於釋放TCP連接時標識發送方比特流結束
TCP報文解析：
（4）UDP數據包
常見協議對應的端口號：
UDP DHCP服務器端：67，DHCP客戶端：68，DNS服務：53
TCP POP3（郵件接收協議）：110，SMTP（郵件傳輸協議）：25，HTTP服務：80
TCP FTP：數據傳輸為20，控制命令傳輸為21，Telnet：23
端口號范圍為：1~65535，1~1024為熟知端口號，1025~65535稱為動態端口
（5）ARP協議
- ARP（Address Resolution Protocol）地址解析協議，是根據 IP 地址獲取物理 MAC 地址的一個 TCP/IP 協議。
- ARP 高速緩沖表：用來記錄 IP 和 主機 MAC 地址的對應關系。會不斷更新。
- 功能：通過目標設備的 IP 地址，查詢目標設備的 MAC 地址，同時維護 ARP 高速緩沖表，以保證通信的順利進行。
ARP分組格式
- 硬件類型：以太網為1
- 協議類型：網絡層協議類型，IP協議為0x0800
- OP：操作碼，ARP請求為1，ARP應答為2
（6）ICMP協議
- ICMP 是 "Internet Control Message Protocol"（網絡控制報文協議）的縮寫，用於在 IP 主機、路由器之間傳遞控制消息。
- 控制消息是指網絡通不通、主機是否可達、路由是否可用等網絡本身的消息。
- ICMP 層區分不是很明顯，一般划分在 IP 層中，通過 IP 包來封裝ICMP數據 ，在實際傳輸中數據包的格式一般都是 IP 包 + ICMP包的格式
ICMP包格式：
代碼：用來表示ICMP報文類型的少數參數，
例如：代碼值為0，表示網絡不可達；代碼值為1，表示主機不可達
（7）DNS協議簡介
- DNS（Domain Name System）：域名系統，將域名和IP地址相互映射的一個分布式數據庫
- 采用Client/Sever工作模式
- DNS 協議運行在 UDP 協議之上，使用端口號 53
- 過程圖解
（8）DHCP協議簡介
- DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：動態主機配置協議
- 采用Client/Sever工作模式
- 為主機提供配置參數、自動分配可重復利用的網絡地址
- DHCP 協議運行在 UDP 協議之上，服務器端口號 67，客戶端口號68
4、ping演示
Ping命令是為了檢查網絡的連接狀況而使用的網絡工具之一，用來檢測數據包到達目的主機的可能性。
原理：使用ICMP協議的回送請求、回送應答。客戶端發送回送請求給服務器，服務器返回一個ICMP回應應答。
Ping過程圖解：
- 首先開發板要解析百度的域名，獲取到百度主機的 IP 地址，涉及到 DNS 協議，傳輸層用的是 UDP 協議
- DNS 主機利用 UDP 協議，回復百度的 IP 地址給開發板。
- 現在開發板要發送 Ping 請求包給百度主機，但是發現百度主機 IP 地址與自己不在同一網段，因此要發送 Ping 請求包給默認網關。
- 要發送給默認網關的時候，忽然發現並沒有默認網關對應的 MAC 地址，因此發送一個 ARP 廣播包，如果交換機存儲了默認網關的 MAC 地址，就直接告訴開發板默認網關的 MAC 地址，否則就會向所有端口發送ARP廣播，直到路由1收到了報文后，立即響應，單播自己的 MAC 地址給開發板。
- 這樣開發板就可以把 Ping 包發送給默認網關（路由1）了。
- 然后路由1 經過路由協議，經過一個個路由的轉發，最后發送到了百度的主機上。百度主機檢測到 IP 是自己的 IP，接收並處理 Ping 請求，接着百度主機發送一個 Ping 回應報文給開發板。
5、TCP客戶端服務器通信演示
TCP（傳輸控制協議）：提供一種面向連接的、可靠的傳輸層協議（即數據無誤、數據無丟失、數據無失序、數據無重復到達的通信）。
TCP三次握手過程：
TCP四次揮手過程：
