【linux网络(一)】初识网络, 理解四层网络模型-Toy模板网

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【linux网络(一)】初识网络, 理解四层网络模型,Linux从入门到精通,linux,网络,php

1. 前言

本篇文章开始,会正式学习网络,网络编程的本质依然是使用系统调用,所以这里就不另外开辟专栏来讲解网络,而是直接将系统和网络放在一起,望大家理解!

本章重点:

本篇文章着重讲解网络的基本概念,和网络中的四层模型以及它们对应的协议,最后会带大家初步了解网络传输的基本流程,并且会给大家讲解IP地址和MAC地址的基本概念和区别,为后续学习打下基础

2. 初识网络

网络其实就是进程间通信的一种,跨网络通信是在不同主机上进行的(比如我在杭州要访问软件QQ,而QQ的服务器进程可能在深圳),而通信的复杂度是和距离成正比的.跨网络通信需要解决一些问题,比如:

如何处理在网络中获取的数据?
在网络中丢包了应该咋办?
怎样定位要访问的主机或要访问的进程?
现实生活中有很多路由器可以当网络的跳板,怎样知晓下一跳往哪儿走?

为了解决上面的一些问题,要制定协议
协议的本质就是一层软件层

而像大家听说过的HTTP,TCP/IP协议
就是在这种场景下诞生的

其实网络模型具体被分为了七层,叫做OSI七层模型,但是工程师发现,其实只用四层模型就能很好的解决问题,所以我们主要学习的也是四层网络模型(又称TCP/IP四层模型). 如果你对OSI七层模型感兴趣,可以阅读这篇文章: OSI七层模型

四层模型以及它们的协议:

应用层(HTTP协议)
传输层(TCP/UDP协议)
网络层(IP协议)
数据链路层(ARP协议)

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物理层偏向硬件,所以后续不会讲解

拓展阅读:四层模型和七层模型的概念

3. 网络为什么需要分层?

先说结论,进行网络分层的原因:

场景复杂,分层利于拆分复杂场景
功能解耦,便于后续进行各种维护

综上所述,网络进行分层后,不同的层负责不同的功能,互相之间不会干扰,并且每一层都有自己的协议,虽然现在大多数都是使用TCP/IP协议,但是不能保证未来是否会推出更优的协议,所以为了未来的可维护性,进行分层也是很有必要的.除此之外,一旦在网络通信中出现了错误,分层后就能很好的定位错误出现在哪一层,进而改善一些组件

还有一点,网络编程使用的是系统调用.

应用层对应shell,应用软件等
传输层和网络层对应操作系统
数据链路层对应的是驱动板块
而物理层对应的是硬件

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4. 网络传输的基本流程

首先我们需要明确下面的观点:

每一层都有自己的协议定制的方案
每一层都要有自己的协议报头(字段)
从上到下交付数据时,要添加报头
从下到上递交数据时,要去掉报头

有了上面的观念后,再来看看图解:

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这个图比较抽象,但是可以看出一点,客户端和服务器的每一层使用的协议都是一样的,也就是说,在客户端的X层添加了协议报头的数据,在服务器的X层会使用同样的协议来拆解报头,用这种方法可以达到,数据在客户端的X层和在服务器的X层,看起来都是一样的.除此之外,数据在经过数据链路层后,可能会经过多个路由器才能到达对方服务器

具体的实例来理解传输过程:

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上层数据向下传送时，每一层都有自己的协议，要想对方的同一层根据协议解析数据，就要加一个报头。类似于快递要贴上订单号给每一个快递员或驿站传递信息，收到快递后要把订单号去掉，收到的数据中，多出来的部分就是协议报头

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5. 初识IP地址和MAC地址

认识IP地址:
IP协议有两个版本, IPv4和IPv6.
我们只讲IPv4,也是最常用的

IP地址是在IP协议中, 用来标识网络中不同主机的地址;
对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数;
我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255;

认识MAC地址:

MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)
在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址)

IP地址和MAC地址的区别:

IP地址标识的是从当前主机到目标主机的起点与终点.而MAC地址标识的是从当前主机到目标主机的路程中,下一跳要往哪儿跳?我们用唐僧取经的例子来说明,唐僧从东土大唐去西天取经,那么源IP地址就是东土大唐,目的IP地址就是西天.而去西天可能要经过车迟国,黑风岭,火焰山,女儿国等地方,假设下一站是火焰山,那么目的MAC地址就是火焰山