网络层

4. IP数据包格式 一个IP数据包由首部和数据两部分构成。 首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据包必须具有的。 在首部的固定部分的后面是一些可选字段(大部分数据包没有)，其长度可变 数据部分来源于传输层 4.1 详细格式介绍 上图中第一行是bit，8bit=1个字节，一行4个字节，一共5行，共20个字节。 版本：用来表示TCP/IP协议是哪个版本的(ipv4/ipv6);若版本里面的值是4则代表ipv4;若版本里面的值是6则代表ipv6 首部长度用于说明这个ip数据包的首部有多长(考虑到边长部分的不确定性) 区分服务：网络中的数据包有着急的数据包A（视频聊天）也有不着急的数据包B（邮件），在发数据包A之前在数据包的首部做一下标记(ipt),同时在网络中的路由器上设置一下，让配有标记ipt的数据包先通过。这个在网络上区分不同的流量就行排队服务叫做Qos（在网络上实现服务质量）。 总长度：用来表示整个数据包的长度。一共2个字节，16位，最大可用表示的数据包大小为2^16-1=65535字节。 标识：数据包分片之后，根据数据包前面的同样的标识还原为一个完整的数据包 标志：接收端用来区分自己接收到的是一个分片还是一个完整的数据包。标志占3位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是MF。MF=1标识后面还有分片；MF=0表示这是最后一个分片。标志字段中间的一位是DF

一.HTTP简介 HTTP一般指HTTP协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是因特网上应用最为广泛的一种 网络传输协议 ，所有的 WWW文件 都必须遵守这个标准。HTTP也是一个简单的 请求-响应 协议，它通常运行在 TCP 之上。它指定了 客户端 可能发送给 服务器 什么样的消息以及得到什么样的响应。请求和响应消息的头以 ASCII 码形式给出；而消息内容则具有一个类似 MIME 的格式。 二.TCP/IP TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议 最具代表性 ，所以被称为TCP/IP协议。 TCP/IP协议在一定程度上参考了OSI的体系结构。 OSI （开放系统互联(Open System Interconnection)）模型共有七层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、输层、会话层、表示层和应用层。但是这显然是有些复杂的，所以在TCP/IP协议中，它们被简化为了四个层次。 （1）应用层、表示层

1.OSI 七层模型 1.定义: 1.应用层:提供用户服务,具体内容由特定程序规定 2.表示层:提供数据的压缩解压和加密等 3.会话层:建立程序级的连接,决定使用什么样的传输服务 4.传输层:提供合适的通信服务,流量控制(本节内容主要研究这层) 5.网络层:路由选择,网络互联,分组传输 6.链路层:提供链路交换,具体消息发送 7.物理层:物理硬件,接口 2.优点:将功能分开,降低网路传输中的耦合度,每一部分完成自己的功能,开发更清晰 3.编程原则:高内聚低耦合 1.高内聚:让模块的功能尽可能单一 2.低耦合:模块之间尽量减少相互的关联和影响 4.简化四层模型: 1.应用层:应用层 表示层 会话层 2.传输层:传输层 3.网络层:网络层 4.物理链路层:链路层 物理层 5.简化五层模型:(TCP/IP模型) 1.应用层:应用层 表示层 会话层 2.传输层:传输层 3.网络层:网络层 4.链路层: 5.物理层:2.网络协议:网络通信中,各方必须遵守的规定,包括建立什么连接,如何识别,消息结构等 1.应用层:http smtp dns tftp 2.传输层:tcp udp 3.网络层:ip3.网络概念 1.主机:计算机的名称(本机:localhost) 2.ip 1.本机测试ip:127.0.0.1 2.代表局域网内任意可用ip:0.0.0.0 3.表示网段,代表本网段任意可用ip

物联网的基本架构包括三个层面：感知层、网络层和应用层： 感知层通过传感器采集某些数据(声、光、电等)，基于网络层的终端模组，对接到网络层的基站，实现数据采集后的传输。 网络层负责将感知层采集的数据进行回传，基于不同特点采用不同的通信协议技术进行回传至关重要，这也是本文重点所讨论的内容。 应用层可以理解为物联网的数据平台和业务平台。数据平台作为所有物联网终端数据的集合点，负责数据的统一存储、分析等，北向通过标准的API接口提供给业务平台做数据调用;业务平台基于数据平台的原始数据实现各种业务逻辑，对外呈现的是服务。 其中，聚焦于网络层的通信协议，则是群雄逐鹿，百家争鸣。 当下最流行的Wi-Fi技术数据传输速度飞快，尤其802.11ax技术即将诞生，理论上8条流不是梦。然而伴随速度的提升，耗电量急剧增大，且传输距离也成为难题，长距离传输需要每隔一定距离放一个AP进行桥接，这必将大幅提升成本。因此，Wi-Fi技术更适合供PC及PDA等终端应用的室内无线上网场景。 蓝牙技术与Wi-Fi在2.4G频段上有交接，所以同频段会有一些干扰问题的产生。蓝牙的耗电情况比Wi-Fi稍微低一些， 而传输速度远不及Wi-Fi。在资产追踪、定位标签以及医疗传感器等场景下应用较多，如智能手表，蓝牙定位等。 Zigbee技术的功耗比较小，通信距离也比较短，是一种短距离低功耗的技术，主要应用于无线传感器及医疗场景等。

一、实体层 1、什么是实体层 实体层也称为物理层，是参考模型的最低层，也是OSI模型的第一层。它实现了相邻计算机节点之间比特流的透明传送，并尽可能地屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异，使其上层(数据链路层)不必关心网络的具体传输介质。“透明传送比特流”的意思是经实际电路传送后的比特流没有发生变化，对传送的比特流来说，这个电路好像是看不见的。 二、链接层 1、定义 单纯的0和1没有任何意义，必须规定解读方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？这就是"链接层"的功能，它在"实体层"的上方，确定了0和1的分组方式。 2、以太网协议 早期的时候，每家公司都有自己的电信号分组方式。逐渐地，一种叫做"以太网"（Ethernet）的协议，占据了主导地位。 以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做"帧"（Frame）。每一帧分成两个部分：标头（Head）和数据（Data）。 "标头"包含数据包的一些说明项，比如发送者、接受者、数据类型等等；"数据"则是数据包的具体内容。"标头"的长度，固定为18字节。"数据"的长度，最短为46字节，最长为1500字节。因此，整个"帧"最短为64字节，最长为1518字节。如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。 3、MAC地址 上面提到，以太网数据包的"标头"，包含了发送者和接受者的信息。那么，发送者和接受者是如何标识呢？ 以太网规定，连入网络的所有设备

通常使用的网络（ 包括 互 联网） 是在TCP/ IP 协议族的基础上运作的。 而 HTTP 属于它内部的一个子集。 TCP/ IP 协议族里重要的一点就是分层。 TCP/ IP 协议族按层次分别分为以下 4 层： 应用层、 传输层、 网络层 和数据链路层。 应用层 应用层决定向用户提供应服务时通信的活动。TCP/ IP 协议族内预存了各类通用的应用 服务。比如，FTP（ File Transfer Protocol， 文件传输 协议） 和 DNS（Domain Name System， 域名 系统） 服务就是其中 两类。 HTTP 协议也处于该层。 传输层 传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台 计算机 之间的数据传输。 在传输层有两个性质不同的协议： TCP（ Transmission Control Protocol，传输控制协议） 和UDP（ User Data Protocol，用户数据报协议）。 网络层（ 又名网络互连层） 网络层用来处理在网络上流动的数据包。 数据包是网络传输的最小数据单位。 该层规定了通过怎样的路径（ 所谓的传输路线） 到达对方算机， 并把数据包传送给对方。 与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时，网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。 链路层（ 又名数据链路层，网络接口层） 用来处理连接网络的硬件部分

1.3 网络核心 1.3.1电路交换和分组交换 电路交换 ：沿着端系统通信路径，为端系统之间通信所提供的资源在通信会话期间会 被预留 。 分组交换 ：这些资源 不会被预留 ，可能不得不等待接入通信线路。 因特网是分组交换的典范。 电路交换中的多路复用 频分多路复用FDM ：链路的频谱由跨越链路创建的所有连接所共享，每条连接专用一个频段。 时分多路复用TDM ：时间被划分为固定区间的帧，每帧又被划分为固定数量的时隙。 分组交换 源主机将长报文划分为较小的数据块，称之为分组。在源和目的地之间，这些分组中的每个都通过通信链路和分组交换机（主要有：路由器和链路层交换机）传送。 多数分组交换机再练路的输入端使用 存储转发传输机制 。 存储转发机制是指在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前。必须接受到整个分组。 1.4 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量 1. 处理时延 ：检查分组首部和决定将该分组导向何处所需要的时间是处理时延的一部分。如检查比特级差错所需要的时间。 2. 排队时延 ：分组在链路上等待传输时，它将经受排队时延。 3. 传输时延 ：将所有分组的比特推向链路所需要的时间。 4. 传播时延 ：从链路起点到另一个路由器传输所需要的时间。 最大吞吐量 ：一台路由器能够转发分组的最大速率。 瞬时吞吐量 ：主机B接收到该文件的速率 平均吞吐量 ：如果该文件由F比特组成

网络七层协议的通俗理解 OSI七层模式简单通俗理解 这个模型学了好多次，总是记不住。今天又看了一遍，发现用历史推演的角度去看问题会更有逻辑，更好记。本文不一定严谨，可能有错漏，主要是抛砖引玉，帮助记性不好的人。总体来说，OSI模型是从底层往上层发展出来的。 这个模型推出的最开始，是是因为美国人有两台机器之间进行通信的需求。 需求1： 科学家要解决的第一个问题是，两个硬件之间怎么通信。具体就是一台发些比特流，然后另一台能收到。 于是，科学家发明了物理层： 主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。 需求2： 现在通过电线我能发数据流了，但是，我还希望通过无线电波，通过其它介质来传输。然后我还要保证传输过去的比特流是正确的，要有纠错功能。 于是，发明了数据链路层： 定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。 需求3： 现在我能发正确的发比特流数据到另一台计算机了，但是当我发大量数据时候，可能需要好长时间，例如一个视频格式的，网络会中断好多次（事实上，即使有了物理层和数据链路层，网络还是经常中断，只是中断的时间是毫秒级别的

TCP/IP协议包含众多协议，本章，我们介绍几个相关协议：ICMP协议，ARP协议，DNS协议，学习他们对于理解网络通信很有帮助。 一、TCP/IP协议族体系结构以及主要协议： TCP/IP协议从下到上分四层：数据链路层，网络层，传输层，应用层。 应用层　　ping　　OSPF　　DNS　　用户空间 传输层　　　　TCP　　　　　　　　 UDP 网络层　　ICMP　 　　　　 IP　　 内核空间 数据链路层　　　　ARP　　data-link　RARP 1、（1）数据链路层：实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据在物理媒介（以太网，令牌环网）上的传输。 （2）俩个常用的协议：ARP（地址解析协议）,RARP：他们实现了IP地址和机器物理地址(MAC)之间的相互转换。 （3）网络层必须使用IP地址来寻找一台机器，而数据链路层使用MAC寻找一台机器，因此网络层必须使用ARP将IP地址转换为物理地址，才能使用数据链路层提供的服务，这就是ARP协议的用途。 2、（1）网络层：网络层实现数据包的选路和转发。WAN通常使用众多的路由器来连接分散的主机或LAN，因此，通信的俩台主机一般不是直接相连的，而是通过多个中间节点（路由器）连接的。网络层的作用就是选择这些中间节点，确定主机之间的路径。网络层隐藏了上层协议网络拓扑的连接的细节，使得在传输层和网络应用程序看来，通信的双方是直接相连的。 （2

课时一 一、计算机网络协议 负责在网络上建立通信通道和控制通过通道信息的规则 协议依赖于网络体系结构，由硬件和软件共同实现 二、计算机网络协议的组成 语意：信息的含义 语法：如何表征信息 定时：确定通信速度的匹配和时序 三、开放系统互联基本参考模型OSI 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 四、网络协议的概念 网络协议：计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体之间交换信息时必须遵守的规则的集合 网络体系结构：指通信系统的整体的一个设计方法，也是计算机之间相互通信的层次、以及各层中的协议和层次之间的接口的集合，它为网络硬件、软件、协议、 存取控制和网络拓扑提供标准 SNA：IBM公司独立开发的适合于自己公司的网络体系结构 System Network Architecture DNA：DEC公司独立开发的适合于自己的网络体系结构，Data Network Architecture OSI/RM：由ISO(国际标准化组织)统一规定的参考模型，Open Standard Interconnection （开放互联系统参考模型） 课时二 OSI七层参考模型：（逻辑结构） 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 OSI七层参考模型的缺点： OSI实现其来非常复杂，且运行效率低 OSI标准的制定周期太长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场