网络协议之通信协议综述

协议三要素

协议的三要素

• 语法，就是这一段内容要符合一定的规则和格式。例如，括号要成对，结束要使用分号等。
• 语义，就是这一段内容要代表某种意义。例如数字减去数字是有意义的，数字减去文本一般来说就没有意义。
• 顺序，就是先干啥，后干啥。例如，可以先加上某个数值，然后再减去某个数值。

只有通过网络协议，才能使一大片机器互相协作、共同完成一件事。

网络为什么要分层？

• 网络包的格式很复杂，这个程序也很复杂。复杂的程序都要分层，这是程序设计的要求。比如，复杂的电商还会分数据库层、缓存层、Compose 层、Controller 层和接入层，每一层专注做本层的事情。

只要是在网络上跑的包，都是完整的。可以有下层没上层，绝对不可能有上层没下层。

• 计算机科学领域的任何问题都可以通过增加一个间接的中间层来解决，计算机整个体系从上到下都是按照严格的层次结构设计的。

IP 地址是一个网卡在网络世界的通讯地址，相当于我们现实世界的门牌号码。

A、B、C 三类地址所能包含的主机的数量

无类型域间选路（CIDR）

• 无类型域间选路，简称CIDR，将 32 位的 IP 地址一分为二，前面是网络号，后面是主机号。例如：10.100.122.2/24，这个 IP 地址中有一个斜杠，斜杠后面有个数字 24。这种地址表示形式，就是 CIDR。后面 24 的意思是，32 位中，前 24 位是网络号，后 8 位是主机号。

• 随着 CIDR 存在的，一个是广播地址，10.100.122.255。如果发送这个地址，所有 10.100.122 网络里面的机器都可以收到。另一个是子网掩码，255.255.255.0。

• 网络号：将子网掩码和 IP 地址按位计算 AND，就可得到网络号。

• 私有 IP 地址段：这些地址允许组织内部的 IT 人员自己管理、自己分配，而且可以重复。因此，你学校的某个私有 IP 地址段和我学校的可以是一样的。

• 公有 IP 地址：它有个组织统一分配，你需要去买。如果你搭建一个网站，给你学校的人使用，让你们学校的 IT 人员给你一个 IP 地址就行。但是假如你要做一个类似网易 163 这样的网站，就需要有公有 IP 地址，这样全世界的人才能访问。
  

• 整个网络里面的第一个地址 192.168.0.1，往往就是你这个私有网络的出口地址。例如，你家里的电脑连接 Wi-Fi，Wi-Fi 路由器的地址就是 192.168.0.1，而 192.168.0.255 就是广播地址。一旦发送这个地址，整个 192.168.0 网络里面的所有机器都能收到。
  

• lo 全称是loopback，又称环回接口，往往会被分配到 127.0.0.1 这个地址。这个地址用于本机通信，经过内核处理后直接返回，不会在任何网络中出现。

MAC 地址

• 在 IP 地址的下一行是 ether 00:16:3e:12:46:6a，这个被称为MAC 地址，是一个网卡的物理地址，用十六进制，6 个 byte 表示。
• 一个网络包要从一个地方传到另一个地方，除了要有确定的地址，还需要有定位功能。
• MAC 地址更像是身份证，是一个唯一的标识。它的唯一性设计是为了组网的时候，不同的网卡放在一个网络里面的时候，可以不用担心冲突。从硬件角度，保证不同的网卡有不同的标识。
• MAC 地址的通信范围比较小，局限在一个子网里面。例如，从 192.168.0.2/24 访问 192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的。一旦跨子网，即从 192.168.0.2/24 到 192.168.1.2/24，MAC 地址就不行了，需要 IP 地址起作用了。这也是为什么整个互联网的通信不使用MAC地址进行通信的原因。

MAC 地址是一个局域网内才有效的地址。因而，MAC 地址只要过网关，就必定会改变，因为已经换了局域网。两者主要的区别在于 IP 地址是否改变。不改变 IP 地址的网关，我们称为转发网关；改变 IP 地址的网关，我们称为NAT 网关。

网络设备的状态标识

• 再来看 <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> 是干什么的？这个叫作net_device flags，网络设备的状态标识。
• UP 表示网卡处于启动的状态；BROADCAST 表示这个网卡有广播地址，可以发送广播包；MULTICAST 表示网卡可以发送多播包；LOWER_UP 表示 L1 是启动的，也即网线插着呢。MTU1500 是指什么意思呢？是哪一层的概念呢？最大传输单元 MTU 为 1500，这是以太网的默认值。

DHCP

Linux 默认的逻辑是，如果这是一个跨网段的调用，它便不会直接将包发送到网络上，而是企图将包发送到网关。

• 不同系统的配置文件格式不同，但是无非就是 CIDR、子网掩码、广播地址和网关地址。

你知道的越多，你不知道的越多。
有道无术，术尚可求，有术无道，止于术。
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最后

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