【Java EE初阶 --- 网络原理】网络层---IP协议，数据链路层---以太网协议

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IP协议

继应用层HTTP（HTTPS）协议，传输层UDP/TCP协议后，接下来就是网络层的IP协议，开发最多用到传输层，网络层更加靠近硬件，用的很少。

IP协议的主要功能：
地址管理：使用IP地址，标识网络上某个设备的位置
路由选择：在两个通信节点之间，规化出合理路径
4位版本：IPv4 / IPv6
4位首部长度：IP协议的报头，也可以变长（单位也是4字节）
8位服务类型：决定IP协议的工作方式，3位优先权字段（已弃用）4位TOS字段和1位保留字段（置为0）；4位TOS分别表示：最大延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本，四者只能选其一。IP协议可以随时切换。
16位总长度：一个IP数据报报头+数据包的长度。大小位64KB,而且IP协议内置了拆包组包功能，如果IP携带一个较大的TCP数据包，IP协议就会自动拆成多个。
16位标识：把拆出来的多个包，设为相同的标识；组包时把相同标识的数据包组合到一起
3位标志：一个标志位表示是否触发了拆包操作，一个表示当前包是否是最后一个
13位片偏移：描述了数据包先后顺序，偏移小的放前面，大的放后面
8位生存时间（TTL）：表示一个IP数据报，能够在网络上传输的最大时间。单位是“次数”， IP数据每次经过一个路由器一次，TTL值就-1，直到减到0说明包到不了。
8位协议：标识传输层使用哪种协议。分用的时候，IP协议解析IP数据包时，拿到数据包交给上层处理，上层就可以根据8位协议号知道使用哪种协议。
16位首部校验和：数据包部分有TCP/UDP校验
32位源IP地址 / 32位目的IP地址：IP协议的核心

地址管理

IP的分配

IP的格式：点分十进制,本质上是32位整数，但是32位的IP地址只能表示42亿多不同的IP,对于如今的互联网时代，远远不够
1. 动态分配IP：上网再分配，不上网就不分配；
2. NAT机制没网络地址转化：把所有的IP非为两大类,公网/外网 IP和私网/内网IP；NAT机制就是可以用一个外网IP对应一系列的内网设备，一个设备有一个独立的局域网IP(可以重复)，但是多个设备公用同一个外网IP(不允许重复)
3. IPv6:使用16个字节作为IP地址

16个字节，一个字节8bit位，一共128位：2^128 = 2^32 * 2^32 * 2^32 * 2^32.超级大的数字
内网一般的格式：10. *；173.16-172.31. * ；192.168. *

NAT网络通信

1. 同一个局域网下，设备A可以访问设备B（IP不重复）
2. 公网设备A访问公网设备B（IP不重复）
3. 不同局域网下，设备A不可以访问设备B
4. 局域网设备A访问公网设备B（网络地址映射）

5. 公网设备A不允许访问局域网设备B

如果有多个请求去访问百度服务器，那么服务器该如何精准响应到每一个请求主机呢？(返回)
路由器在触发NAT机制地址替换的时候，自身有一个“哈希表”结构，记录替换的映射关系。

网段划分

把一个IP地址分成两个部分，前面是“网络号”，后面是“主机号”（可以自己配置）

同一个局域网中，网络号必须相同，主机号必须不同
两个相邻的局域网中，网络号必须不同，主机号无所谓
一个路由器有两个IP：WAN，LAN这两个局域网就是相邻局域网
子网掩码：也是一个32位的整数，左半部分都是1，右半部分都是0；1的部分就表示了哪些bit位是网络号

特殊的IP地址

1. 将IP地址中的主机地址全部设为0，就成了网络号，代表这个局域网
2. 将IP地址中的主机地址全部设为1，就成了广播地址，用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包
3. 127.*的IP地址用于本机环回测试，通常是127.0.0.1

192.168.100.0是一个网络号，注意：局域网中，不能直接把主机号设为0
192.168.100.255 是广播地址，往广播地址上发送数据包，就会被转发给局域网中的所有设备（只限于此局域网）
而主机号位1的IP192.168.100.1,在IP协议中，只是普通IP,但是在实际中，通常使用这个IP作为网关IP:就是网络的入口/出口

路由选择

通过IP协议，进行数据转发的过程。
没有路由器可以知道所有的网络信息，但是每个路由器都知道附近网络情况（谁和它相连）。当数据包到达某个路由器的时候，就会匹配这个路由器的“路由表”，它里面记录了这个路由器周围设备的IP是什么，以及记录每个设备要通过哪个口转发
1. 如果目的IP刚好匹配到路由表中的记录，直接按照当前的对应的口转发过去
2. 如果没有匹配到，路由表会有一个特殊的表项“下一跳”，指向上一级路由器所在位置，路由器越往上，涵盖的范围越大

以太网协议

实际上，以太网是数据链路层+物理层的协议，但凡电脑是通过网线的方式来上网，走的协议就是以太网，网线就是以太网线。
网络上描述传输数据的单位：

包packet IP协议
段segment TCP协议
报 datagram UDP协议
帧 frame 以太网协议

以太网数据帧格式：

注意：此处的地址，不是IP地址，而是mac地址（物理地址）

物理地址是一个6字节数据， 足够用
IP在网络层使用，关注整个网络路径的转发传输过程；Mac在数据链路层使用，重点是两个相邻设备之间的转发
类型：类型不同，载荷的数据格式也不同，比如：0800就是16进制数字
IP数据报载荷部分最大长度是1500个字节，但是IP数据报，报头最多有64Kb，在数据链路层这里只有1Kb左右，所有IP数据报，拆包组包更多时候是因为数据链路层的限制
ARP：根据IP地址，得到对应的mac地址，网络通信中，网络层转发IP，数据链路层要根据mac转发数据，路由器要根据下一节点的IP找到对应mac

完结

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