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编程问答

网络协议基础

發布時間：2025/3/21 编程问答 36 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了网络协议基础小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

鏈接計算機一系列統一的標準，這些標準稱之為互聯網協議。

網絡協議為計算機網絡中進行數據交換而建立的規則、標準或約定的集合。
osi五層模型

應用層

表示層??? 應用層

會話層

應用層：規定應用程序的數據格式。

傳輸層??? 傳輸層

傳輸層建立端口到端口（應用程序與網卡關聯的編號）的通信。

端口范圍為0-65535，0-1023為系統占用端口。

TCP協議可靠傳輸，理論上可以無限長

以太網頭

IP頭

TCP頭

數據

UDP協議不穩定傳輸，報頭部分8個字節，總長度不過65535字節：

以太網頭

IP頭

UDP頭

數據

TCP報文格局

TCP的建立與斷開

三次握手：

第一次握手：客戶端發送syn包(syn=x)到服務器，并進入SYN_SEND狀態，等待服務器確認；

第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=x+1），同時自己也發送一個SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態；

第三次握手：客戶端收到服務器的SYN＋ACK包，向服務器發送確認包ACK(ack=y+1)，此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。

握手過程中傳送的包里不包含數據，三次握手完畢后，客戶端與服務器才正式開始傳送數據。理想狀態下，TCP連接一旦建立，在通信雙方中的任何一方主動關閉連接之前，TCP 連接都將被一直保持下去。

四次揮手

第一次揮手：主動關閉方發送一個FIN，用來關閉主動方到被動關閉方的數據傳送，也就是主動關閉方告訴被動關閉方：我已經不會再給你發數據了(當然，在fin包之前發送出去的數據，如果沒有收到對應的ack確認報文，主動關閉方依然會重發這些數據)，但是，此時主動關閉方還可以接受數據。

第二次揮手：被動關閉方收到FIN包后，發送一個ACK給對方，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號）。

第三次揮手：被動關閉方發送一個FIN，用來關閉被動關閉方到主動關閉方的數據傳送，也就是告訴主動關閉方，我的數據也發送完了，不會再給你發數據了。

第四次揮手：主動關閉方收到FIN后，發送一個ACK給被動關閉方，確認序號為收到序號+1，至此，完成四次揮手。

網絡層??? 網絡層

規定網絡地址的協議叫ip協議，它定義的地址稱之為ip地址，廣泛采用的v4版本即ipv4，它規定網絡地址由32位2進制表示

范圍0.0.0.0-255.255.255.255

一個ip地址通常寫成四段十進制數，例：172.16.10.1

網絡部分：標識子網

主機部分：標識主機

注意：單純的ip地址段只是標識了ip地址的種類，從網絡部分或主機部分都無法辨識一個ip所處的子網

例：172.16.10.1與172.16.10.2并不能確定二者處于同一子網

所謂”子網掩碼”，就是表示子網絡特征的一個參數。它在形式上等同于IP地址，也是一個32位二進制數字，它的網絡部分全部為1，主機部分全部為0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知網絡部分是前24位，主機部分是后8位，那么子網絡掩碼就是11111111.11111111.11111111.00000000，寫成十進制就是255.255.255.0。

知道”子網掩碼”，我們就能判斷，任意兩個IP地址是否處在同一個子網絡。方法是將兩個IP地址與子網掩碼分別進行AND運算（兩個數位都為1，運算結果為1，否則為0），然后比較結果是否相同，如果是的話，就表明它們在同一個子網絡中，否則就不是。

比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子網掩碼都是255.255.255.0，請問它們是否在同一個子網絡？兩者與子網掩碼分別進行AND運算，

172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND運算得網絡地址結果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010

255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

AND運算得網絡地址結果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

結果都是172.16.10.0，因此它們在同一個子網絡。

總結一下，IP協議的作用主要有兩個，一個是為每一臺計算機分配IP地址，另一個是確定哪些地址在同一個子網絡。

ip數據包

ip數據包也分為head和data部分，無須為ip包定義單獨的欄位，直接放入以太網包的data部分

head：長度為20到60字節

data：最長為65,515字節。

而以太網數據包的”數據”部分，最長只有1500字節。因此，如果IP數據包超過了1500字節，它就需要分割成幾個以太網數據包，分開發送了。

以太網頭

IP頭

IP數據

ARP協議

arp協議由來：計算機通信基本靠吼，即廣播的方式，所有上層的包到最后都要封裝上以太網頭，然后通過以太網協議發送，在談及以太網協議時候，我門了解到

通信是基于mac的廣播方式實現，計算機在發包時，獲取自身的mac是容易的，如何獲取目標主機的mac，就需要通過arp協議

arp協議功能：廣播的方式發送數據包，獲取目標主機的mac地址

協議工作方式：每臺主機ip都是已知的

例如：主機172.16.10.10/24訪問172.16.10.11/24

一：首先通過ip地址和子網掩碼區分出自己所處的子網

場景	數據包地址
同一子網	目標主機mac，目標主機ip
不同子網	網關mac，目標主機ip

二：分析172.16.10.10/24與172.16.10.11/24處于同一網絡(如果不是同一網絡，那么下表中目標ip為172.16.10.1,通過arp獲取的是網關的mac)

?	源mac	目標mac	源ip	目標ip	數據部分
發送端主機	發送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	172.16.10.10/24	172.16.10.11/24	數據

三：這個包會以廣播的方式在發送端所處的自網內傳輸，所有主機接收后拆開包，發現目標ip為自己的，就響應，返回自己的mac

數據鏈路層

通過各種控制協議將有差錯的物理信道變為為差錯的、能可靠傳輸數據幀的數據鏈路。

具體工作是接受來自物理層的位流形式的數據，并封裝成幀，傳送到上一層；同樣，也將來自上層的數據幀，拆裝為位流形式的數據幀轉發到物理層；并且還負責處理接收端發回的確認幀的信息，以便提供可靠的數據傳輸。

以太網協議：一組電信號構成一個數據包，叫做幀

每一組數據幀分為：包頭HEAD和數據DATA兩部分。

HEAD包含固定18個字節，發送者/源地址6個字節，接收者/目標地址6個字節，數據類型6個字節。

DATA包含數據包的具體內容，最短46個字節最長1500個字節。

一個數據幀最短64字節最長1518字節，超過限制就分片發送。

MAC地址：以太網規定接入互聯網的設備必須具備網卡，發送端和接收端的地址便是MAC地址。

該層通常又被分為介質訪問控制（MAC）和邏輯鏈路控制（LLC）兩個子層

MAC的主要任務是解決共享網絡中多用戶對信道競爭的問題，完成網絡介質的訪問控制。

LLC的主要任務是建立和維護網絡連接，執行差錯校驗、流量控制和鏈路控制。

物理層與數據鏈路層的區別：物理層主要是與某個單一設備與傳輸媒介之間的交互有關，而數據鏈路層則更多地關注使用同一個通訊媒介的多個設備之間的互動。物理層的作用是告訴某個設備如何傳送信號至一個通訊媒介，以及另外一個設備如何接受這個信號（大多數情況下并會不告訴設備如何與通訊媒介相連接）

物理層

物理層定義了所有電子及物理設備的規范。

用戶上網流程

實現網絡通信，每臺主機需具備四要素

本機的IP地址

子網掩碼

網關的IP地址

DNS的IP地址

獲取這四要素分兩種方式

1.靜態獲取

即手動配置

2.動態獲取

通過dhcp獲取

以太網頭?? ip頭?? udp頭? dhcp數據包

（1）最前面的”以太網標頭”，設置發出方（本機）的MAC地址和接收方（DHCP服務器）的MAC地址。前者就是本機網卡的MAC地址，后者這時不知道，就填入一個廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

（2）后面的”IP標頭”，設置發出方的IP地址和接收方的IP地址。這時，對于這兩者，本機都不知道。于是，發出方的IP地址就設為0.0.0.0，接收方的IP地址設為255.255.255.255。

（3）最后的”UDP標頭”，設置發出方的端口和接收方的端口。這一部分是DHCP協議規定好的，發出方是68端口，接收方是67端口。

這個數據包構造完成后，就可以發出了。以太網是廣播發送，同一個子網絡的每臺計算機都收到了這個包。因為接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是發給誰的，所以每臺收到這個包的計算機，還必須分析這個包的IP地址，才能確定是不是發給自己的。當看到發出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服務器知道”這個包是發給我的”，而其他計算機就可以丟棄這個包。

接下來，DHCP服務器讀出這個包的數據內容，分配好IP地址，發送回去一個”DHCP響應”數據包。這個響應包的結構也是類似的，以太網標頭的MAC地址是雙方的網卡地址，IP標頭的IP地址是DHCP服務器的IP地址（發出方）和255.255.255.255（接收方），UDP標頭的端口是67（發出方）和68（接收方），分配給請求端的IP地址和本網絡的具體參數則包含在Data部分。

新加入的計算機收到這個響應包，于是就知道了自己的IP地址、子網掩碼、網關地址、DNS服務器等等參數。

1.本機獲取

本機的IP地址：192.168.1.100

子網掩碼：255.255.255.0

網關的IP地址：192.168.1.1

DNS的IP地址：8.8.8.8

2.打開瀏覽器，想要訪問Google，在地址欄輸入了網址：www.google.com。

3.dns協議(基于udp協議)

13臺根dns：

A.root-servers.net198.41.0.4美國

B.root-servers.net192.228.79.201美國（另支持IPv6）

C.root-servers.net192.33.4.12法國

D.root-servers.net128.8.10.90美國

E.root-servers.net192.203.230.10美國

F.root-servers.net192.5.5.241美國（另支持IPv6）

G.root-servers.net192.112.36.4美國

H.root-servers.net128.63.2.53美國（另支持IPv6）

I.root-servers.net192.36.148.17瑞典

J.root-servers.net192.58.128.30美國

K.root-servers.net193.0.14.129英國（另支持IPv6）

L.root-servers.net198.32.64.12美國

M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）

域名定義：http://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html

頂級域名：以.com,.net,.org,.cn等等屬于國際頂級域名，根據目前的國際互聯網域名體系，國際頂級域名分為兩類：類別頂級域名(gTLD)和地理頂級域名(ccTLD)兩種。類別頂級域名是　　　　　　　　??????????? 以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等結尾的域名，均由國外公司負責管理。地理頂級域名是以國家或地區代碼為結尾的域名，如"CN"代表中國，"UK"代表英國。地理頂級域名一般由各個國家或地區負責管理。

二級域名：二級域名是以頂級域名為基礎的地理域名，比喻中國的二級域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者*.abc.com.

一般來說，二級域名是域名的一條記錄，比如alidiedie.com是一個域名，www.alidiedie.com是其中比較常用的記錄，一般默認是用這個，但是類似*.alidiedie.com的域名全部稱作是alidiedie.com的二級

4.HTTP部分的內容，類似于下面這樣：

GET / HTTP/1.1

Host: www.google.com

Connection: keep-alive

User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……

Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8

Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch

Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8

Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3

Cookie: … …

我們假定這個部分的長度為4960字節，它會被嵌在TCP數據包之中。

5 TCP協議?

TCP數據包需要設置端口，接收方（Google）的HTTP端口默認是80，發送方（本機）的端口是一個隨機生成的1024-65535之間的整數，假定為51775。

TCP數據包的標頭長度為20字節，加上嵌入HTTP的數據包，總長度變為4980字節。

6 IP協議

然后，TCP數據包再嵌入IP數據包。IP數據包需要設置雙方的IP地址，這是已知的，發送方是192.168.1.100（本機），接收方是172.194.72.105（Google）。

IP數據包的標頭長度為20字節，加上嵌入的TCP數據包，總長度變為5000字節。

7 以太網協議

最后，IP數據包嵌入以太網數據包。以太網數據包需要設置雙方的MAC地址，發送方為本機的網卡MAC地址，接收方為網關192.168.1.1的MAC地址（通過ARP協議得到）。

以太網數據包的數據部分，最大長度為1500字節，而現在的IP數據包長度為5000字節。因此，IP數據包必須分割成四個包。因為每個包都有自己的IP標頭（20字節），所以四個包的IP數據包的長度分別為1500、1500、1500、560。

8 服務器端響應

經過多個網關的轉發，Google的服務器172.194.72.105，收到了這四個以太網數據包。

根據IP標頭的序號，Google將四個包拼起來，取出完整的TCP數據包，然后讀出里面的”HTTP請求”，接著做出”HTTP響應”，再用TCP協議發回來。

本機收到HTTP響應以后，就可以將網頁顯示出來，完成一次網絡通信。

轉載于:https://www.cnblogs.com/c491873412/p/6891035.html

《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

以上是生活随笔為你收集整理的网络协议基础的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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