網絡編程網絡層
網絡層由來:有了ethernet、mac地址、廣播的發送方式,世界上的計算機就可以彼此通信了,問題是世界範圍的互聯網是由
一個個彼此隔離的小的局域網組成的,那麽如果所有的通信都采用以太網的廣播方式,那麽一臺機器發送的包全世界都會收到,
這就不僅僅是效率低的問題了,這會是一種災難
上圖結論:必須找出一種方法來區分哪些計算機屬於同一廣播域,哪些不是,如果是就采用廣播的方式發送,如果不是,
就采用路由的方式(向不同廣播域/子網分發數據包),mac地址是無法區分的,它只跟廠商有關
網絡層功能:引入一套新的地址用來區分不同的廣播域/子網,這套地址即網絡地址
IP協議:
- 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
- 範圍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
ip地址分成兩部分
- 網絡部分:標識子網
- 主機部分:標識主機
註意: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並不能確定二者處於同一子網
子網掩碼
所謂”子網掩碼”,就是表示子網絡特征的一個參數。它在形式上等同於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,主機部分是後8位,那麽子網絡掩碼就是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),然後比較結果是否相同,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,所有上層的包到最後都要封裝上以太網頭,然後通過以太網協議發送,在談及以太網協議時候,我門了解到
通信是基於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處於同一網絡(如果不是同一網絡,那麽下表中目標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,所有主機接收後拆開包,發現目標ip為自己的,就響應,返回自己的mac
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