網路分層

思考一個問題?
為什麼網路要分層？

因為複雜的程式都要分層，這是程式設計的要求
電腦科學領域的任何問題都可以通過增加一個間接的中間層來解決，計算機整個體系從上到下都是按照嚴格的層次結構設計的。

理解計算機網路中的概念，一個很好的角度就是：想象網路包就是一段buffer，或者一塊記憶體，是有格式的。同時，想象自己是一個處理網路包的程式，而且這個程式可以跑在電腦上，可以跑在伺服器上，可以跑在交換機上，也可以跑在路由器上。你想象自己有很多的網口，從某個口拿進一個網路包來，用自己的程式處理一下，再從另一個網口傳送出去。

web開發中，三層架構模型，以及MVC

只要在網路上跑的包，都是完整的。可以有下層沒上層，但是絕對不可能有上層沒下層。

以TCP協議來說，我們都知道TCP建立連線需要三次握手。那TCP在進行三次握手的時候，IP和MAC層在做什麼呢？
當然是TCP每傳送一個訊息，都會帶著IP層和MAC層了。因為TCP每傳送一個訊息，IP層和MAC層的所有機制都要執行一遍。而你可能會認為只有TCP進行了三次握手，其實IP層和MAC層也為此忙活很久了。

IP地址

如何檢視IP地址
windows下ipconfig
Linux ifconfig & ip addr

ora@ora:~$ ifconfig
docker0   Link encap:Ethernet  HWaddr 02:42:e9:73:04:
 
0f  
          inet addr:172.17.0.1  Bcast:172.17.255.255  Mask:255.255.0.0
          UP BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX
 
 bytes:0 (0.0 B)

enp0s31f6 Link encap:Ethernet  HWaddr e0:d5:5e:45:69:59  
          UP BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)
          Interrupt:16 Memory:ef200000-ef220000 

lo        Link encap:Local Loopback  
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
          RX packets:4816126 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:4816126 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:6481363724 (6.4 GB)  TX bytes:6481363724 (6.4 GB)

wlx64fb81657322 Link encap:Ethernet  HWaddr 64:fb:81:65:73:22  
          inet addr:192.168.198.152  Bcast:192.168.198.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::30fb:fe91:31f:884a/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:1025544 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:198910 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:372764486 (372.7 MB)  TX bytes:23978433 (23.9 MB)

[email protected]:~$ ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: enp0s31f6: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN group default qlen 1000
    link/ether e0:d5:5e:45:69:59 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: wlx64fb81657322: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 64:fb:81:65:73:22 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.198.152/24 brd 192.168.198.255 scope global dynamic wlx64fb81657322
       valid_lft 36645sec preferred_lft 36645sec
    inet6 fe80::30fb:fe91:31f:884a/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
4: docker0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN group default 
    link/ether 02:42:e9:73:04:0f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever

ifconfig & ip addr
區別：net-tools和iproute2
想象你登入一個被剪裁過的非常小的Linux系統中，發現既沒有ifconfig也沒有ip addr命令，你可能會覺得這個系統壓根兒沒法用。這個時候，你可以自行安裝net-tools和iproute這兩個工具。大多時候，這兩個命令是系統自帶的。

net-tools起源於BSD，自2001年起，Linux社群已經停止對其維護，而iproute2旨在取代net-tools，並提供了一些新功能。一些Linux發行版已經停止支援net-tools，只支援iproute2。net-tools通過procfs／proc和ioctl系統呼叫去訪問和改變核心的網路配置。iproute2則通過netlink套接字介面與核心通訊。
net-tools中工具的名字比較雜亂，而iproute2則相對整齊和直觀，基本是ip命令加後面的子命令。很多年過去了，net-tools還是廣泛使用，並沒有完全取代，所以對於兩者的命令最好都能夠掌握。

IP地址是一個網絡卡在網路世界的通訊地址，相當於我們現實世界的門牌號碼。
IPv4是32位地址，後來因為IP地址不夠用，又有了IPv6，有128位，現在看來是夠了，但是未來計算機數量不斷增多，會不會出現不夠用的情況還是未知。

由上圖可以看出，對於C類地址，包含的最大主機數量太少了，只有254個。而B類地址的最大主機數量又太多了。6萬多臺機器放在一個網路下面，一般企業基本達不到這個規模，閒著的地址就會造成浪費。

無型別域間選路（CIDR）
出於以上的問題，於是有了一個折中的方式，CIDR。這種方式打破了原來設計的幾類地址的做法，而是把32的IP地址一分為二，前面是網路號，後面是主機號。至於從哪裡分，我們可以看到這類地址後面有個／加一個數字。如10.100.100.1/24。即表示前24位是網路號，後8位是主機號
伴隨著CIDR存在的，一個是廣播地址10.100.100.255。如果傳送這個地址，所有10.100.100網路裡的機器都可以收到。另一個是子網掩碼 255.255.255.0
將子網掩碼和IP地址按位計算AND，就可以得到網路號

MAC地址

link/ether e0:d5:5e:45:69:59 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

MAC地址，是一個網絡卡的實體地址，用16進位制，6個byte表示
這裡大家思考一個問題：
MAC地址號稱全域性唯一，不會有兩個網絡卡有相同的MAC地址，而且MAC地址是在網絡卡生產出來時就確定了的。那為什麼整個網際網路的通訊，不直接全部使用MAC地址呢？按理說只要知道對方的MAC地址，就可以把資訊直接傳過去呀。

這樣當然是不行的。一個網路包要從一個地方到另一個地方，除了要有確定的地址，還需要有定位功能。而有門牌號碼屬性的IP地址，才是有遠端定位功能的。

我們舉個簡單的例子，我目前座標是杭州市西湖區浙大路38號智權大樓D座5層，你為了找到我，可以通過在校園內問人，智權大樓在哪裡？D座在哪裡？你應該是可以找到D座的。但是如果我只告訴你我的身份證號碼，你要尋找我，肯定無從找起，幾乎沒有人會知道身份證號碼為0000的人在哪裡。

MAC地址更像是身份證，是一個唯一的標識。
為什麼設定成唯一的？
為了在組網的時候，不同的網絡卡放在一個網路的時候，可以不用擔心衝突。從硬體角度，保證不同的網絡卡有不同的標識。
我們可以簡單的理解對於IP地址，有定位功能；MAC是身份證，無定位功能。
MAC其實也是有一定的定位的功能的，只不過範圍很小，侷限在一個子網裡面。比如你找到了D座5層，但是我具體在哪一個辦公室，你並不知道。這個時候，你就要發揮你河東獅吼的本事，大吼一聲，身份證號為411527—-的是哪位？我聽到後，就會站出來，說是我啊，我在這裡。但這裡的前提是我要在D座5層，如果我壓根就不在杭州，或者說我不在智權樓，你即使是喊破嗓子我也是聽不到的，你也無法找到我。
這裡可以看出MAC的通訊範圍比較小，侷限在一個子網裡面。例如，從IP地址為192.168.10.2/24這臺主機訪問192.168.10.2/24這臺主機，是可以直接使用MAC地址的。一旦跨子網，即從192.168.10.2/24到192.168.11.2/24，MAC地址就不行了，需要IP地址起作用。