Linux网络_从系统到网络（网络协议栈分层与功能，认识协议，OSI七层模型与TCPIP四层模型，网络通信流程（局域网，跨网络），MAC地址，IP地址）

文章目录

1.网络在体系结构的位置与网络协议栈的层状结构
2.协议栈各层的功能
3.协议
4.OSI七层模型与TcpIp四层模型
5.网络通信的流程
局域网通信流程(以太网)
MAC地址
跨网络通信
IP地址

1.网络在体系结构的位置与网络协议栈的层状结构

2.协议栈各层的功能

协议栈分层设计达到了解耦目的，层与层之间只有接口之间的关系，提高了代码之间的可维护性与拓展性。同一层之间使用的协议相同，达到了跨设备的作用

3.协议

协议本质是一种约定，这种约定用计算机语言表达出。约定本身要可以通过某种数据标记出来，通信双方也可以识别。

eg:

4.OSI七层模型与TcpIp四层模型

开始涉及网络分层模型为OSI七层模型，但在实现的时候，因为其过于繁琐，最后实现简化为四层模型。
OSI七层模型为：

新增每层之间的作用为：

表示层：双方通信时，设备固有数据格式和网络标准数据格式的转化
会话层：建立与断开通信连接

OSI七层模型与TCPIP四层模型之间的关系为：
TCPIP四层协议中将会话层，表示层，应用层三层合并到应用层上

5.网络通信的流程

局域网通信流程(以太网)

在同一个局域网中，两台主机可以直接通信。

首先数据从主机A从应用层开始，自顶向下数据封包

经过每一层添加对应的报头

报头也是数据，一般是通过位断或结构体构成的。
数据封包：
用户的数据在拷贝到操作系统的缓冲区时，将报头添加到用户数据头部。每经过TCPIP协议一层，就向头部添加一层报头。

当主机B收到数据时要自底向上解包分用，最晚封装报头一定在报文的最外层

在识别报文时，接受方将报文分成当前层的报头以及有效载荷两部分

在对应层时只关心对应层的报头。
不同层的报头可能是下一层的有效载荷

当前层如何将报文分为当前层报头+当前层有效载荷？

定长报头：每一层报头的长度固定，系统直接截取固定长度就可以将报文分成两部分。
自定义描述字段：在报头结构体中前八个字节保存了报头大小以及有效载荷大小。系统拿到报文时，只要提取前两个整数，就可以找到报头大小和有效载荷大小。

每个协议报文的拆分都为这两种方法(解包)

有效载荷传递给上层那个具体协议
每个协议结构体中包含一个变量，这个变量表示了当前层的有效载荷应该给上层的那个协议。

所有协议中包含一个有效字段要传递给上层的那个协议(分用)

局域网通信流程如下图：

数据在主机A封包后再以太网传输到主机B，主机B经过解包分用将数据传递给应用层

数据在以太网中的传输过程为：

在主机A向主机B传递报文时，局域网上所有的主机底层都可以收到报文数据，只不过只有主机B对报文进行了解析，其他主机直接丢弃了报文。

实际局域网通信过程中不仅仅只有主机A与主机B通信，局域网上所有主机都有可能互相通信

局域网特性要求任何时候只能一台机器发送信号，A与B发信息时可能此时D向C发信息，这时就形成了局域网碰撞现象。

如果网络中的数据发生碰撞，主机可以检测到。（主机A发送信息与接受的信息不同，说明发生了碰撞）

当发生碰撞时，所有的主机进行碰撞避免算法，来避免碰撞。

注意：局域网发生碰撞的概率很低，网络通信速度与计算机处理速度很快。

MAC地址

主机A向主机B发消息，B如何识别消息发送给自己？

当前计算机中，每一台计算机上都至少有一张网卡，而每一张网卡都内置了48位序列号，这个序列号是全球唯一的。

局域网发送的数据称为MAC数据帧

数据帧上有dst MAC地址，当MAC数据帧在局域网上传输时，每一台主机与dst MAC地址对比，如果匹配上，则处理数据。匹配不上则丢弃数据。（单项发送）

注意：
如果dst MAC地址设置为全F，这个数据帧所有主机都会处理，称为广播发送信息

跨网络通信

主机A与主机2通信

路由器横跨多个网络，且每一个局域网都认为路由器时局域网上的一台主机。
主机A，B，C可以直接与路由器通信，主机1，2，3同理。

如果两个局域网都是通过以太网通信比较简单，但如果两个局域网一个用以太网，另一个用令牌环通信，就存在在数据链路层使用的协议不同，添加的网络报头不同，无法直接通信的现象。

注意：

以太网通过碰撞通信，令牌环是指拿到令牌的主机可以向网络中发送信息。
虽然在数据链路层所用的协议不同，但在其他层(传输层，网络层)协议相同

路由器结构：

IP地址

IP地址：（公网IP）用来标识全网唯一台主机
IPV4：32位比特位标记IP地址
IPV6：128位比特位标记IP地址

以太网数据帧发送给路由器，路由器解包到网络层，路由器通过查找路由表确定要发给那个局域网那台主机。数据又通过路由器网络层的封包到路由器的数据链路层，此时添加的报头是令牌环报头。（相当于换了以太网报头）

在数据链路层以上主机A与主机2的每层报头相同。此时就达到主机A通信主机2。

综上：通过IP地址虚拟化了所有底层网络的差异，底层差异有路由器解决。只要在网络层添加IP协议，底层网络集体实现不用考虑，所以现在的主流网络又称为IP网络。

这点与Linux进程虚拟地址空间，和Linux一切皆文件类型。