网站的交互怎么做,申请域名建立网站,怎么提高网站的百度收录,湖南网站制作团队Linux网络#xff1a;OS视角下的网络架构 网络分层模型OSI 七层模型TCP/IP 五层模型 协议操作系统与网络网络相关命令ifconfigpingnetstat 本博客将基于操作系统#xff0c;讲解计算机网络的设计理念#xff0c;帮助大家理解操作系统与网络之间的关系。
网络分层模型
网络… Linux网络OS视角下的网络架构 网络分层模型OSI 七层模型TCP/IP 五层模型 协议操作系统与网络网络相关命令ifconfigpingnetstat 本博客将基于操作系统讲解计算机网络的设计理念帮助大家理解操作系统与网络之间的关系。
网络分层模型
网络设计之初国际标准组织就设计了第一套互联网标准用于规范互联网并在全世界推行。这套标准叫做OSI即(Open System Interconnection)开放式系统互连参考模型。
OSI 七层模型
OSI模型如下
分层功能应用层提供网络服务给应用程序处理特定应用的网络协议表示层数据表示格式的转换和加密、解密确保数据格式兼容性会话层管理会话连接的建立、维护和终止传输层管理端到端的数据传输确保数据完整传输网络层负责路径选择和逻辑地址管理实现跨网络的数据传输数据链路层负责节点到节点之间的数据传输和错误检测物理层处理物理介质上的比特流传输将数据转化为电信号或光信号
OSI模型通过将网络通信分为七个独立的层允许每一层专注于特定的功能。这种模块化设计使得开发、测试和维护变得更加容易。每一层可以独立开发、更新或替换而不影响其他层。
在主流的教材中把这种模型称为”法律上的标准“因为其没有被广泛推行。七层模型有点过于冗余了实际开发中并不实用。其实七层模型的设计理念是非常优秀的最后使用的虽然是五层模型但是在编程时依然使用七层模型的思想 TCP/IP 五层模型
TCP/IP模型如下
分层功能应用层提供应用程序与网络之间的接口处理特定应用的网络协议传输层负责端到端的数据传输和连接管理确保数据可靠传输网络层处理跨网络的数据包传输和路由选择使用IP协议进行逻辑地址管理数据链路层负责节点到节点之间的数据帧传输和错误检测确保局部网络数据传输可靠物理层处理实际的物理介质上的比特流传输将数据转化为电信号或光信号
相比于OSI模型TCP/IP模型将应用层表示层会话层合为了应用层。这是因为在编程中这三层的功能都由程序员实现所以最后干脆都合为应用层了。
对于一个基于TCP的网络通信过程用户首先要建立TCP连接连接建立成功后就可以收到来自其他主机的数据此时就要对数据的格式进行处理比如对数据进行解密最后将解密的数据进行业务处理。
以上是一个程序员进行网络编程的基本流程在该流程中每个步骤都对应一个OSI的分层
会话层建立TCP连接表示层对数据的格式进行处理比如对数据进行解密应用层将解密的数据进行业务处理
就是因为这三层的功能都由自己编码完成所以最后这三层就被合并成了应用层。 协议
在教材中协议的定义为 协议是控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合 协议的目的是为了更加准确高效地在网络传递数据协议的三要素是语法语义同步。
三要素的含义如下
语法规定通信双方交换信息的结构和格式语义规定通信双方交换信息的含义和目的同步规定通信双方的时序关系
接下来简单说一个生活中的小案例帮助理解协议
在班级中有一群爱打篮球的同学他们每天最后一节课都要互相问去不去打篮球决定要不要抢篮球场。但是课堂上是不允许说话的如果聊天的话会被老师批评。于是同学之间约定每天最后一节课篮球队长都会敲桌子
如果敲一次桌子打篮球下课要去抢篮球场如果敲两次桌子不打球如果敲三次桌子踢足球篮球场已经没有了
队长为了统计有哪些人要参加篮球于是又约定等敲完桌子后谁想参加篮球就打一个喷嚏篮球队长就可以更具喷嚏数量来得知篮球的人数。
于是后续每天最后一节课都会发出敲桌子和打喷嚏的声音因为只有短短几声老师注意不到而同学们却都知道了下课要不要打篮球。
这个过程中敲桌子就是一个协议三要素对应如下
语法通过敲桌子打喷嚏来传输信息敲桌子有不同敲击次数语义敲桌子和打喷嚏的含义不同而不同敲击次数的含义也不同同步先敲桌子再打喷嚏因为喷嚏是敲桌子的响应
你会发现在规定协议前想去打篮球要说“今天下午去篮球场打球记得抢篮球场”而现在只需要敲一次桌子。由于协议的存在大幅度压缩了传递信息的成本并且老师听不懂敲桌子的含义所以还有一定的加密效果
在实际的计算机网络中两个主机之间的距离可能是几十公里几百公里甚至半个地球。传递信息的成本非常高此时协议的重要性就不言而喻了。
你也许见过很多理论课程中的协议格式比如说TCP的报头 但是你多半没有见识过真正的协议以上图片只是TCP报头的一个图示而实际上TCP报头的本质就是C/C中的一个结构体
在Linux 2.6.10源码中TCP报头的结构体如下
struct tcphdr {__u16 source;__u16 dest;__u32 seq;__u32 ack_seq;
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)__u16 res1:4,doff:4,fin:1,syn:1,rst:1,psh:1,ack:1,urg:1,ece:1,cwr:1;
#elif defined(__BIG_ENDIAN_BITFIELD)__u16 doff:4,res1:4,cwr:1,ece:1,urg:1,ack:1,psh:1,rst:1,syn:1,fin:1;
#else
#error Adjust your asm/byteorder.h defines
#endif __u16 window;__u16 check;__u16 urg_ptr;
};比如source是源地址dest是目的地址中间的finsyn是标志位。此处使用了C语言结构体的位段语法不了解的自行学习。
那么为什么TCP的报头就是C/C的结构体这就和操作系统有关了。 操作系统与网络
我先前在博客[Linux系统冯诺依曼结构 OS管理机制]中讲解了操作系统的架构 这个结构其实和计算机网络有非常大的关系如下 其实计算机网络中的每一层都在操作系统中有对应的层次
网络层次系统层次关系物理层底层硬件物理层基于操作系统的硬件设备网卡数据链路层驱动程序数据链路层协议在网卡的驱动程序实现网络层操作系统IP协议在操作系统内部实现运输层操作系统TCP / UDP 协议在操作系统内部实现应用层用户应用层协议由用户自己实现
其实网络也属于操作系统源代码的一部分而主流操作系统是C语言写的因此计算机运输层以下的网络协议都是C语言结构体完成的。
目前主流的WindowsLinuxMacOS系统的核心也是C/C对应的网络协议栈也就是C/C完成。假设现在新出现一个操作系统是其他语言编写的那么这个操作系统就无法解析C/C的结构体进而导致无法理解协议的内容最后无法联网 世界上所有操作系统想要联网就必须遵顼TCP/IP协议栈进而必须使用C/C完成网络部分内核 网络相关命令
本博客是Linux的网络入门文章接下来再简单了解以下Linux中基本的网络命令。
ifconfig
不带任何参数运行 ifconfig 会显示所有活动的网络接口的当前配置如 IP 地址、子网掩码、广播地址、MTU最大传输单元等。通过该指令可以了解当前主机的网络接口相关信息。 ifconfig 输出中显示了两个网络接口的信息eth0 和 lo大多数计算机系统都有多个网络接口。
eth0 是一个有线以太网接口通常用于连接到外部网络lo 接口是一个特殊的回环接口通常被称为本地回环接口数据包发送到这个接口时会被回送到发送者自身
对于eth0可以看到
eth0: flags4163UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST mtu 1500eth0: 这是网络接口的名称通常表示第一个以太网接口。flags4163UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST: 这些标志表示接口的状态和功能。 UP: 接口已启用处于活动状态。BROADCAST: 接口支持广播功能。RUNNING: 接口正在运行通常表示接口已连接到网络。MULTICAST: 接口支持多播功能。 mtu 1500: MTU最大传输单元是接口可以传输的最大数据包大小单位是字节。对于以太网默认通常是 1500 字节。
inet 172.29.202.116 netmask 255.255.240.0 broadcast 172.29.207.255inet 172.29.202.116: 接口的 IPv4 地址。netmask 255.255.240.0: 子网掩码用于确定网络地址和主机地址的部分。broadcast 172.29.207.255: 广播地址数据包发送到这个地址时将会被发送到同一网络中的所有设备。
inet6 fe80::216:3eff:fe10:ec6d prefixlen 64 scopeid 0x20linkinet6 fe80::216:3eff:fe10:ec6d: 这是接口的链路本地 IPv6 地址。fe80::/10 是链路本地地址范围。prefixlen 64: 表示子网前缀长度为 64 位。scopeid 0x20link: 表示地址的作用域为链路本地link即只在本地链路上有效。
ether 00:16:3e:10:ec:6d txqueuelen 1000 (Ethernet)ether 00:16:3e:10:ec:6d: 这是接口的 MAC 地址用于在以太网层识别设备。txqueuelen 1000: 这是接口的传输队列长度通常用于控制传输队列的大小。(Ethernet): 表示接口使用的是以太网协议。 ping
ping 是一个用于测试网络连通性和诊断网络问题的命令行工具。它通过向目标主机发送 ICMP回显请求数据包并等待接收目标主机返回的回显应答数据包来判断目标主机是否可达以及网络的延迟情况。
基本语法
ping [选项] 目标主机目标主机可以是目标主机的 IP 地址、域名如 www.example.com、或者主机名如 localhost。
尝试ping www.baidu.com 最后所有报文都收到说明该主机与baidu之间的连通性是通畅的。
常见选项 -c 次数指定发送的请求次数。默认情况下ping 会一直发送请求直到被用户手动中断通常使用 CtrlC。例如-c 4 会发送 4 个请求。 -i 间隔秒数指定每个请求之间等待的时间间隔以秒为单位。默认是 1 秒。 -f洪水模式flood ping。在这种模式下ping 会尽可能快地发送数据包并显示结果。这种模式通常用于压力测试普通用户不建议使用。 -q安静模式。只显示 ping 命令的汇总统计信息而不是每个数据包的应答。 netstat
netstat用于查看网络状态常用选项如下
n显示IP地址而不限制主机名l列出在监听状态下的服务p显示建立该连接的程序名t只显示TCP连接相关的服务u只显示UDP连接相关的服务a显示所有服务如果不带a则只显示在当前终端启动的服务
常用的组合是npua和npta 使用npta展示的所有进程都是TCP连接但是由于我们没有root权限只能看到少量信息此时可以sudo提权 此时最右侧的pragma name显示出来了这些就是使用TCP的服务的名称比如常见的数据库mysql。
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