以太網協議

資料鏈路層：資料鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介乎于物理層和網路層之間，資料鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網路層提供服務，其最基本的服務是將源自物理層來的資料可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網路層，他的作用就是負責相鄰設備的轉發，
以太網：以太網不是一種具體的網路，而是一種技術標準；既包含了資料鏈路層的內容，也包含了一些物理層的內容，以太網是當前應用最廣泛的局域網技術，和以太網并列的還有令牌環網（已淘汰）和無線LAN等，

以太網幀格式

源地址和目的地址：指網卡的硬體地址（也叫MAC地址），長度是48位，是在網卡出場是固化的
幀協議型別欄位：有三種值，分別對應IP、ARP、RARP
幀末尾是CRC校驗碼
型別：指上層協議的型別，0800表示IP協議、0806表示ARP請求、0835表示ARP應答
資料：有效載荷，46~1500（MTU）；1500：ipheader + tcpheader + 資料；46：如果從網路協議堆疊傳遞下來的資料沒有達到46位元組，會在資料前面默認補上0，以達到資料鏈路層對資料的限制

MTU以及MTU對IP協議的影響

MTU：就相當于發快遞時對包裹尺寸的限制，這個限制是不同的資料鏈路對應的物理層產生的限制，以太網幀中的資料長度規定最小46位元組,最大1500位元組,ARP資料包的長度不夠46位元組,要在后面補填充位;最大值1500稱為以太網的最大傳輸單元（MTU),不同的網路型別有不同的MTU，如果一個資料包從以太網路由到撥號鏈路上,資料包長度大于撥號鏈路的MTU了,則需要對資料包進行分片，不同的資料鏈路層標準的MTU是不同的;
IP:

將較大的IP包分成多個小包, 并給每個小包打上標簽,每個小包IP協議頭的 16位標識(id) 都是相同的,每個小包的IP協議頭的3位標志欄位中, 第2位置為0, 表示允許分片, 第3位來表示結束標記(當前是否是最后一個小包, 是的話置為1, 否則置為0),到達對端時再將這些小包, 會按順序重組, 拼裝到一起回傳給傳輸層;一旦這些小包中任意一個小包丟失, 接收端的重組就會失敗. 但是IP層不會負責重新傳輸資料

UDP:

對于UDP來說,有可能UDP資料遞交給IP協議的時候,資料長度是大于資料鏈路層MTU的限制的,所以,有可能在IP協議進行分片傳輸,UDP協議本身是不負責資料的可靠傳輸的,IP協議也是不負責可靠傳輸的,所以,如果UDP資料再IP協議當中還進行了分片傳輸,萬一有一個分片丟失.會導致整個UDP資料報丟失.

TCP:

TCP的一個資料報也不能無限大, 還是受制于MTU. TCP的單個資料報的最大訊息長度, 稱為MSS(MaxSegment Size);TCP在建立連接的程序中, 通信雙方會進行MSS協商.最理想的情況下, MSS的值正好是在IP不會被分片處理的最大長度(這個長度仍然是受制于資料鏈路層的MTU).雙方在發送SYN的時候會在TCP頭部寫入自己能支持的MSS值.然后雙方得知對方的MSS值之后, 選擇較小的作為最終MSS.MSS的值就是在TCP首部的40位元組變長選項中(kind=2)

ARP協議

ARP協議:是一個介于資料鏈路層和網路層之間的協議,它的作用是建立了主機IP地址和MAC地址的映射關系,說簡單點就是獲取相鄰設備的MAC地址,在網路通訊時.源主機的應用程式知道目的IP地址和埠號,卻不知道目的主機的硬體地址,資料包首先是被網卡接收到再去處理上層協議的,如果接收到的資料包的硬體地址與本機不符,則直接丟棄,因此在通訊前必須獲得目的主機的硬體地址.
ARP資料報格式:

注意到源MAC地址\目的MAC地址在以太網首部和APR請求中各出現一次,對于鏈路層為以太網的情況是多余的,但是如果鏈路層是其它型別的網路則有可能是必要的
硬體型別:指鏈路層網路型別,1為以太網
協議型別:指要轉換的地址型別0X0800為IP地址
硬體地址長度:對于以太網地址為6位元組
協議地址長度和IP地址長度為4位元組
op欄位為1表示ARP請求,op欄位為2表示為ARP應答

作業流程:

(1)源主機發出ARP請求,詢問"IP地址是172.168.0.1的主機的硬體地址是多少",并將這個請求廣播到本地網段(以太網幀首部的硬體地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示廣播)
(2)目的主機接收到廣播的ARP請求,發現其中的IP地址與本機相符,則發送一個ARP應答資料包給源主機,將自己的硬體地址填寫在應答包中
(3)每臺主機都維護一個ARP快取表,可以用arp-a命令查看.快取表中的表項有過期時間(一般為20分鐘),如果20分鐘內沒有再次使用某個表項,則該表項失敗,下次還要發送ARP請求來獲得目的主機的硬體地址

NAT協議

我們前面了解到,私有IP是不能訪問互聯網的,但是

NAT IP轉換程序

(1)NAT路由器將源地址從10.0.0.10替換成全域的IP 202.244.174.37;
(2)NAT路由器收到外部的資料時, 又會把目標IP從202.244.174.37替換回10.0.0.10;
(3)在NAT路由器內部, 有一張自動生成的, 用于地址轉換的表;
(4)當 10.0.0.10 第一次向 163.221.120.9 發送資料時就會生成表中的映射關系

靜態NAT

靜態NAT指的是私網主機的私網IP和公網IP進行1對1系結,這種方式沒有緩解IP地址枯竭的問題,因為還是一個1對1的關系,它的作用是隱藏主機IP地址

動態NAT

不局限于1對1 的映射關系了，當私網的主機想要訪問互聯網的時候，經過NAT網關，NAT網關分配一個空閑的公網IP進行使用,一旦私網IP和公網IP建立了映射關系之后，也是1對1的關系，也沒有對IP地址枯竭的問題起到多大作用

動態NAT多載(NAPT)

靜態NAT和動態NAT都只是轉換了IP地址，而NAPT不僅轉換了IP地址，還將資料當中的埠也轉換了,在NAPT當中，一個公網IP可以對應多個私網IP，前提是對資料包當中的埠也進行了轉換,一個公網IP最多可以轉換2^16個私網IP

NAT技術的缺陷

(1)無法從NAT外部向內部服務器建立連接;
(1)裝換表的生成和銷毀都需要額外開銷;
(3)通信程序中一旦NAT設備例外, 即使存在熱備, 所有的TCP連接也都會斷開

DNS協議

背景

TCP/IP中使用IP地址和埠號來確定網路上的一臺主機的一個程式. 但是IP地址不方便記憶.于是人們發明了一種叫主機名的東西, 是一個字串, 并且使用hosts檔案來描述主機名和IP地址的關系

一開始的時候,通過互聯網資訊中心來管理這個hosts檔案,但是這樣做以后如果一個新計算機要接入網路,或者某個計算機IP變更,倒要到資訊中心申請變更hosts檔案,其它計算機也需要定期下載更新版本的hosts檔案才能正確上網,這樣無疑是非常麻煩的,這就產生了DNS系統.
DNS協議:即域名決議協議,將瀏覽器當中輸入的域名轉化成為IP地址

常見的域名

1級域名：一級域名服務器
.com .gov .cn .net .us .edu
2級域名：
Baidu.com
3域名：
Baike.baidu.com

域名服務器

根域名服務器：用做授權使用，授權當前域名服務器是否能夠提供域名決議服務
一級域名服務器 將用戶提供的域名轉化為IP地址回傳請求者域名服務器當中一定保存了一個映射關系域名和IP的映射關系
二級域名服務器
三級域名服務器

使用 dig 工具分析 DNS 程序

使用 dig 指令查看域名決議程序:
使用dig 地址就可以看到了
結果解釋:

1.開頭位置是 dig 指令的版本號
2. 第二部分是服務器回傳的詳情, 重要的是 status 引數, NOERROR 表示查詢成功
3. QUESTION SECTION 表示要查詢的域名是什么
4. ANSWER SECTION 表示查詢結果是什么. 這個結果先將 www.baidu.com 查詢成了www.a.shifen.com, 再將www.a.shifen.com 查詢成了兩個 ip 地址.
5. 最下面是一些結果統計, 包含查詢時間和 DNS 服務器的地址等