《网络是怎样连接的》读书笔记 3

网络连接过程 套接字 协议栈 的一些理解3

1. 包的基础知识

   TCP模块在执行连接，收发，断开各阶段的操作时，会委托IP模块将数据封装成包发送给通信对象。

   • 包的构成：头部 + 数据，往分层模型下走，每一层都对上一层打包，将上一层数据包作为数据，加上自己这层协议的头部

   • 包的传递：出了终端，发送端到接收端的过程是转发接力实现的，中转设备中有个表，按控制头信息中的目的地发往对应的设备，见下图：

     

     客户端内IP协议通过给到的服务器IP地址写入IP头部，IP协议通过这一地址查找到包的传输方向，从而找到下一个路由器R1，然后IP协议会委托以太网协议将包传输过去，操作是将R1的MAC地址写入MAC头部，以太网协议就知道下一目的地了。

     这里的以太网也可以替换成其他如无线局域网WLAN，ADSL，FTTH等其他通信技术，这里体现了分层上实现的解耦的灵活性。

2. 包收发操作概览

   

   1. TCP模块会在数据块前面加上TCP的头，传递给IP模块，与此同时，TCP将目的地IP地址给到IP模块。

   2. IP模块接收委托后会将TCP模块的数据当作数据内容，再在前面添加IP头部（主要是起始目的地的IP地址）和MAC头部（主要是起始设备的MAC地址），这样包就封装好了。IP模块加了两个头。

   3. 再交给网卡，网卡转为电信号或光信号发送出去。

3. IP模块的打包过程

   主要是起始地址的数据，IP头的起始IP地址，MAC头的起始MAC地址

   1. 通过本机的路由表，查到路由ip，拿到本地的出口网卡ip和出口网卡的MAC，IP头部就封装好了。

   2. 通过ARP，子网内通过路由ip查到路由MAC（当然有缓存就不用ARP，直接返回路由MAC），目的设备MAC就有了，把MAC头就封装好了。

      问题：怎么以太网的MAC头部也在IP模块封装？

      解释：如果在交给网卡之前就打好包，网卡就只要把包发出去就好了。网卡可以不管是IP包还是ARP包或是ICMP包，他只用执行发送操作。这样就实现了网卡可以支持各种类型的包。

4. 以太网的类型

   • 集线器：广播形式，消息来了整个子网都收到了，根据接收MAC头，不是自己的消息就丢弃了，是自己的消息就接收。
   • 交换机：消息只发送给目标MAC地址，其他设备不会收到此消息。

5. IP包转为电信号

   1. 网卡驱动拿到IP模块封装的包，复制到网卡内的缓冲区，然后发送到MAC模块

   2. MAC模块将包从缓冲区取出，并在开头加上报头和起始帧分解符，在末尾加上帧校验序列码

      

      • 报头是为了确定包发送的信号频率
      • 起始帧分界符（SFD）即标记这后面是数据包了
      • 帧校验码（FCS）是为了检测数据是不是完整的，类似哈希算法，如果中间数据变了，计算出来的FCS与给的FCS对不上，表示数据错了。

   3. 将上面的数据从二进制转为电信号

      101010……这样的二进制转为电信号就是电压电流的变化了，发送端发出了一个电磁波，接收端接收一个电磁波。

      **问题：**面对一连串的01010111100的二进制转换而来的电信号，怎么确定每个比特间的界限。

      

      如上图a，现实中是没有分隔虚线和101011……这些标识的，只有一条电磁波曲线，怎么能确定一个波峰中有多少个1，这就是界限的问题。

      **解决：**就是发送时加了一条时钟信号（固定频率），如上图b。把这个界限按表中规则加了进去，得到了c。接收时，上面图2.24报头中记录的就是这段信号的时钟频率b，通过分析波形我们能得到b，所以通过 c 和 b，我们就能得到 a 了，再通过SFD，我们就拿到了数据包。再通过FCS就确定了数据包有没有损坏。