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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
https://mp.weixin.qq.com/s/kfepOG3cf_QhT7_VESdPTQ

计算机网络体系结构

计算机网络体系结构有:

  • OSI的七层协议体系结构
  • TCP/IP的四层协议体系结构
  • 五层协议的体系结构
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其中,OSI的七层协议体系结构理论虽然完整,但它既复杂又不实用。广泛应用的是TCP/IP四层体系结构。

五层协议的体系结构只是为了介绍网络原理而设计的,实际应用的还是TCP/IP四层体系结构。



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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:09 | 显示全部楼层
TCP/IP协议族1、TCP/IP协议模型

首先,我们需要知道一个协议族的概念。协议族是多个协议的统称。,TCP/IP就是一个协议族。

其包含IP、TCP、UDP、HTTP、FTP、MQTT等协议。TCP/IP协议模型:

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(图片:《计算机网络》谢希仁、《TCP/IP协议详解》)

TCP/IP协议模型分四层,上层依赖于下层。

从下到上看:

(1)第一层链路层(网络接口层):

链路层规定了数据帧能被网卡接收的条件,最常见的方式是利用网卡的 MAC 地址,发送方会在欲发送的数据帧的首部加上接收方网卡的 MAC 地址信息,接收方只有监听到属于自己的MAC 地址信息后,才会去接收并处理该数据。

(2)网络层(网际层):

网络层实现了数据包在主机之间的传递 。相关协议:IP、ICMP等协议。

(3)传输层(运输层):

传输层可以区分数据包是属于哪一个应用程序的。相关协议:TCP、UDP协议。

(4)应用层

应用层提供特定的应用服务。相关协议:HTTP、MQTT、FTP等协议。

应用层以下的工作完成了数据的传递工作,应用层则决定了你如何应用和处理这些数据,之所以会有许多的应用层协议, 是因为互联网中传递的数据种类很多、差异很大、应用场景十分多样。




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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:10 | 显示全部楼层
2、网络数据的发送与接收 741796275d4eea8c80.png
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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)

发送数据时, 将数据向下交给传输层。传输层会在数据前面加上传输层首部(此处以 TCP 协议为例, 传输层首部为 TCP 首部,也可以是 UDP 首部), 然后向下交给网络层。

同样地,网络层会在数据前面加上网络层首部(IP 首部) ,然后将数据向下交给链路层, 链路层会对数据进行最后一次封装,即在数据前面加上链路层首部(此处使用以太网接口为例) ,然后将数据交给网卡。

数据的接收过程与发送过程正好相反,可以概括为 TCP/IP 的各层协议对数据进行解析的过程。



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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:11 | 显示全部楼层
3、IP协议(1)概念

IP 协议(Internet Protocol),又称之为网际协议, IP 协议处于 IP 层工作,它是整个TCP/IP 协议栈的核心协议,上层协议都要依赖 IP 协议提供的服务, IP 协议负责将数据报从源主机发送到目标主机 。

IP 协议是一种无连接的不可靠数据报交付协议,协议本身不提供任何的错误检查与恢复机制。


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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:11 | 显示全部楼层
2)IP地址

在全球的互联网中,每个主机都要唯一的一个 IP 地址作为身份识别。每个 IP 地址长度为 32 比特(4 字节),使用点分十进制记法 来表示,如192.168.0.1。

IP 地址划分为 5 大类,分别为 A、 B、 C、 D、 E 五类,每一类地址都觉定了其中 IP 地址的一部分组成(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》):

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)



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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:14 | 显示全部楼层
(3)局域网、广域网
  • 局域网(Local Area Network, 缩写为 LAN),又称内网, 指覆盖局部区域(如办公室或楼层)的计算机网络。

查看本机内网IP:

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  • 广域网(Wide Area Network,缩写为 WAN),又称广域网、外网、公网。是连接不同地区计算机以进行通信的网络。

查看本机外网IP:

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查看某网站IP:

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局域网与广域网示意图

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)

无线路由器把电脑、手机等设备连接到局域网 LAN 上,并分配 IP 地址,即局域网 IP ,我们可以称之为 LAN-IP 。

路由器的地址就是运营商给我们的一个 IP 地址,这个 IP 地址是有效的,可以看做是 WAN-IP。

LAN-IP 是路由器分配给我们的 IP,那么我们想要跨越边界进入广域网中, 就需要将 LAN-IP 变成有效的的 IP 地址,也就是 WAN-IP,那么在路由器中就需要将IP 地址进行转换,完成 LAN-IP<—>WAN-IP 地址转换(NAT) 。

当持有 WAN-IP 的 IP 包顺利到达下一个边界 Internet Gateway,这是通往互联网Internet 的最后一道关卡,即边界。

左边是广域网,右边是互联网, 也需要做 WAN-IP 与Global-IP(互联网公共 IP)的转换才能进入互联网中 。





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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:15 | 显示全部楼层
(4)IP数据报

IP 数据报的格式如下所示:

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)

各字段说明:

  • 版本号(4bit):是IP协议的版本,对于IPv4,该值为4;对于IPv6,该值为6 。
  • 首部长度(4bit):用于记录 IP 首部的数据的长度 。
  • 服务类型(8bit):包括:最小延时、最大传输、最大可靠性、最小消耗等。
  • 数据报长度(16bit):IP 数据报的总长度(首部加上数据区域),以字节为单位。
  • 标识(16bit):识别号,主机每发一次都会自动增加。
  • 标志(3bit):标记位,用于标记是否被分段。
  • 分片偏移量(13bit):表示当前分片所携带的数据在整个 IP 数据报中的相对偏移位置(以 8 字节为单位) 。
  • 生存时间(8bit):该字段用来确保数据报不会永远在网络中循环 。
  • 上层协议(8bit):指示了 IP 数据报的数据部分应交给哪个特定的传输层协议(TCP、UDP)。
  • 首部校验和(16bit):首部检验和用于帮助路由器检测收到的 IP 数据报首部是否发生错误。
  • 源IP地址(32bit)。
  • 目标IP地址(32bit)。
  • 选项:选项字段占据 0~40 个字节。
  • 数据。



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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:16 | 显示全部楼层
4、UDP协议

UDP 是 User Datagram Protocol 的简称, 中文名是用户数据报协议, 是一种无连接、不可靠的协议。

主要特点:

  • 无连接、不可靠。
  • 尽可能提供交付数据服务,出现差错直接丢弃,无反馈。
  • 支持一对一, 一对多, 多对一,多对多的交互通信。
  • 速度快, UDP 没有握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制 。
  • 面向报文。

UDP 虽然有很多缺点, 但是也不排除其能用于很多场合, 因为在如今的网络环境下,UDP 协议传输出现错误的概率是很小的, 并且它的实时性是非常好, 常用于实时视频的传输,比如直播、网络电话等。

因为即使是出现了数据丢失的情况,导致视频卡帧,这也不是什么大不了的事情,所以, UDP 协议还是会被应用与对传输速度有要求,并且可以容忍出现差错的数据传输中。

(1)UDP报文 172356275d642cfb1b.png
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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)

端口号的取值在0~65535 之间;16bit 的总长度用于记录 UDP 报文的总长度,包括 8 字节的首部长度与数据区域。相关文章:

【socket笔记】TCP、UDP通信总结





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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:17 | 显示全部楼层
5、TCP协议

TCP 协议(TransmissionControl Protocol,传输控制协议),是一个面向连接的协议,无论哪一方向另一方发送数据之前,都必须先在双方之间建立一个连接,否则将无法发送数据。

TCP数据是会封装到IP数据当中,我们现在看看TCP协议的头部数据定义:

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》、《TCP/IP协议详解》)

  • 16-bit source port number:16位源端口号
  • 16-bit destination prot number:16位目标端口号
  • 32-bit sequence number :32位顺序号
  • 32-bit acknowledgment number :32位应答号
  • 4-bit header length:4位头部长度
  • reserved(6 bit):保留位
  • URG:紧急标志位
  • ACK:应答标志位(表明应答号之前的数据接收成功)
  • PSH:不进行缓存直接推送到应用的标志位
  • RST:标志重连接的标志位
  • SYN:同步顺序号以初始化连接的标志位
  • FIN:发送数据完毕的标志位(表明不会再发送数据过来)
  • 16-bit window size:窗口大小(用于控流)
  • 16-bit TCP checksum:检验(检验传输的数据是否正确)
  • 16-bit urgent pointer:当URG标志被设置时有效,传送紧急数据。

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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:18 | 显示全部楼层

下面看一下TCP协议的一些特性:

(1)确认与重传

TCP 提供可靠的运输层, 但它依赖的是 IP 层的服务, IP 数据报的传输是无连接、 不可靠的,因此它要通过确认来知道接收方确实已经收到数据了。

但数据和确认都有可能会丢失, 因此 TCP 通过在发送时设置一个超时机制(定时器) 来解决这种问题, 如果当超时时间到达的时候还没有收到对方的确认,它就重传该数据。


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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:20 | 显示全部楼层
(2)缓冲机制

在发送方想要发送数据的时候, 由于应用程序的数据大小、 类型都是不可预估的, 而TCP 协议提供了缓冲机制来处理这些数据。

如在数据量很小的时候, TCP 会将数据存储在一个缓冲空间中, 等到数据量足够大的时候在进行发送数据, 这样子能提供传输的效率并且减少网络中的通信量。

而且在数据发送出去的时候并不会立即删除数据,还是让数据保存在缓冲区中,因为发送出去的数据不一定能被接收方正确接收,它需要等待到接收方的确认再将数据删除。


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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:23 | 显示全部楼层
(3)全双工通信

在 TCP 连接建立后,那么两个主机就是对等的,任何一个主机都可以向另一个主机发送数据,数据是双向流通的,所以 TCP 协议是一个全双工的协议。


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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:26 | 显示全部楼层
4)流量控制

TCP 提供了流量控制服务(flow-control service)以消除发送方使接收方缓冲区溢出的可能性。

流量控制是一个速度匹配服务,即发送方的发送速率与接收方应用程序的读取速率相匹配, TCP 通过让发送方维护一个称为接收窗口(receive window)的变量来提供流量控制。


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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:29 | 显示全部楼层
(5)差错控制

除了确认与重传之外, TCP 协议也会采用校验和的方式来检验数据的有效性,主机在接收数据的时候,会将重复的报文丢弃,将乱序的报文重组。

发现某段报文丢失了会请求发送方进行重发,因此在 TCP 往上层协议递交的数据是顺序的、无差错的完整数据。

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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:31 | 显示全部楼层
6、HTTP协议

HTTP 协议是 Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)的缩写, 是用于从万维网(WWW:World Wide Web )服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。

它是基于TCP/IP 协议通信的,因此它也是基于客户端-服务器模型运作的,是一个应用层协议,可以用它来传输服务器的各种资源,如文本、图片、音频等。

HTTP 协议的特点:

  • 简单:当客户端向服务器请求服务时,只需传送请求方法和路径即可获取服务器的资源, 请求方法常用的有 GET、 HEAD、 POST 等, 每种方法规定了客户端与服务器通信的类型不同。
  • 快捷:由于 HTTP 协议简单,使得 HTTP 服务器的程序规模小,因而通信速度很快。
  • 灵活:HTTP 允许传输任意类型的数据对象, 传输的类型由 Content-Type 加以标记。
  • 无连接:简单来说就是每进行一次 HTTP 通信,都要断开一次 TCP 连接 。可随着 HTTP 的普及,文档中包含大量图片的情况多了起来,每次请求完都要断开 TCP 连接,无疑增加通信量的开销为了解决 TCP的连接问题, HTTP1.1 提出了持久连接的方法。
  • 无状态: 无状态是指协议对于事务处理没有**能力。但其实这种无状态对于用户来说也是不友好的(比如:很多网站必须要记住已经登陆过的用户,总不能每刷新一次页面就要求用户重新输入帐号密码),因此为了解决无状态的问题,引入了 Cookie 技术,这是一种可以让服务器知道用户上一次做了什么操作,并且记录下来。

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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:33 | 显示全部楼层
(1)URL 与资源

URL 全称是 Uniform Resource Locator, 中文叫统一资源定位符, 是互联网上用来标识某一处资源的绝对地址,使用它我们就必然能找到资源,除非资源已经被转移了。

URI (Uniform Resource Identifiers)是一个通用的概念,由两个子集组成,分别是 URL 和 URN, URL 是通过资源的位置来标识资源,而 URN 更高级一点,只需通过资源名字即可识别资源,与他们所处的位置是无关的,目前暂时还未推广 URN。

URL的通用格式如下(绝大部分的 URL 是不会包含所有组件的内容的 ):

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)


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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:38 | 显示全部楼层
(2)HTTP报文

① 请求报文:

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)

  • method (方法):HTTP 请求报文的起始行以方法作为开始,方法用来告知服务器要做些什么, 常见的方法有GET、 POST、 HEAD` 等 。

  • 请求 URL(request-URL) :指定了所请求的资源。

  • 版本(version):指定报文所使用的 HTTP 协议版本 。



② 应答报文:

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)

状态码(status):这是在 HTTP 应答报文中使用的。不同状态码代表不同的含义:

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(图片来源:野火《LWIP应用开发实战指南》)

实例:

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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:41 | 显示全部楼层
7、MQTT协议

MQTT 协议全称是 Message Queuing Telemetry Transport,翻译过来就是消息队列遥测传输协议,它是物联网常用的应用层协议。

其运行在 TCP/IP 中的应用层中,依赖 TCP 协议,因此它具有非常高的可靠性,同时它是基于 TCP 协议的<客户端-服务器>模型发布/订阅主题消息的轻量级协议。

(1)MQTT通信模型 553886275dbbe8dfb5.png
(图片来源:
野火《LWIP应用开发实战指南》)

MQTT协议是基于客户端-服务器模型,在协议中主要有三种身份:发布者(Publisher)、服务器(Broker) 以及订阅者(Subscriber)。

MQTT 消息的发布者和订阅者都是客户端,服务器只是作为一个中转的存在,将发布者发布的消息进行转发给所有订阅该主题的订阅者。

MQTT 客户端的功能:

  • 发布消息给其它相关的客户端。
  • 订阅主题请求接收相关的应用消息。
  • 取消订阅主题请求移除接收应用消息。
  • 从服务端终止连接。

MQTT 服务器常被称为 Broker(消息代理) 。它的功能有:

  • 接受来自客户端的网络连接请求。
  • 接受客户端发布的应用消息。
  • 处理客户端的订阅和取消订阅请求。
  • 转发应用消息给符合条件的已订阅客户端(包括发布者自身)。


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我只会加减乘除|  楼主 | 2022-5-7 10:41 | 显示全部楼层
(2)MQTT消息

MQTT所发的消息包含:主题+内容,客户端可以订阅任意主题,若有其它客户端发布主题时符合所订阅的主题,就会由网关发送到客户端。

什么是主题?

MQTT 服务器为每个连接的客户端(订阅者)添加一个标签,该标签与服务器中的所有订阅相匹配, 服务器会将消息转发给与标签相匹配的每个客户端。这样的一个标签就是主题。

实例:

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服务质量:

MQTT提供三种服务质量(Quality of Service,简写QoS),供开发者根据不同的情景选择不同的服务级别:


  • QoS0:最多发送一次消息,在消息发送出去后,接收者不会发送回应,发送者也不会重发消息。

  • QoS1:最少发送一次消息(消息最少需要送达一次,也有可送达多次), QoS 1的 PUBLISH 报文的可变报头中包含一个报文标识符,需要 PUBACK 报文确认。

  • QoS2:这是最高等级的服务质量,消息丢失和重复都是不可接受的。只不过使用这个服务质量等级会有额外的开销,这个等级常用于支付中,因为支付是必须有且仅有一次成功,总不能没给钱或者给了多次钱吧。



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tpgf| | 2022-6-4 20:20 | 显示全部楼层
这部分不理解 程序就不会调试啊

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