camera-2018
GitHub
@@ -661,8 +661,12 @@ export function chapter9() {
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text: '9.计算机网络',
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collapsed: false,
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items: [
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{ text: '9.计算机网络', link: '/9.计算机网络/9.计算机网络' },
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{ text: '9 计算机网络', link: '/9.计算机网络/9.计算机网络' },
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{ text: '9.1 计网速通', link: '/9.计算机网络/9.1计网速通' },
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{ text: '9.2.1 物理层' },
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{ text: '9.2.2 链路层' },
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{ text: '9.2.3 网络层' , link: '/9.计算机网络/9.2.3网络层'},
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{ text: '9.2.3.1 IP 协议', link: '/9.计算机网络/9.2.3.1IP协议' },
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]
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}
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]
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@@ -277,6 +277,67 @@ TLS 建立在 TCP 的基础上，他会通过加密来确保传输过程中数
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| RDP | 3389 | 默认UDP |
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| Redis | 6379 | TCP |
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## 公网与内网 --- 真实环境分析
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基本的内容介绍的差不多了，下面分析一个简单的网络案例，顺带介绍公网和内网的概念。
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相信在看这篇文章的大家都正在使用互联网，如果你正在使用windows设备，你可以先按 `win`+`R` ，输入 `cmd`，在弹出的窗口输入 `ipconfig` 你可以看到里面有一串类似于下文的内容：
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```
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无线局域网适配器 WLAN:
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连接特定的 DNS 后缀 . . . . . . . :
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本地链接 IPv6 地址. . . . . . . . : fe80::4835:c258:e07d:acc3%24
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IPv4 地址 . . . . . . . . . . . . : 192.168.0.109
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子网掩码 . . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
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默认网关. . . . . . . . . . . . . : 192.168.0.1
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```
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IPv4 地址一栏有一个形似 `192.168.XXX.XXX`的地址，这是一个典型的内网地址，类似的还有很多，比如说
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- 192.168.0.0 - 192.168.255.255
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- 10.0.0.0 - 10.255.255.255
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- 172.16.0.0 - 172.31.255.255
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看到以上任意一个都是非常合情合理的，虽然还有其他内网地址，但是那些都比较冷门，可能一辈子碰不到，不用记忆。
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因此，除了上面列出的 IP 地址，请将他们一律视为公网地址，公网地址是独一无二的，绝对的，内网地址在不同的子网里可以重复使用，是相对的。
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此外下面还有子网掩码和默认网关，掩码会在后续的内容中介绍，现在知道你只需要知道：
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- 上面显示的 `IPv4 地址` 是你这台设备的 IP 地址
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- 家庭和寝室网络子网掩码默认 `255.255.255.0`
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- 默认网关是路由器在内网的 IP，你的设备需要路由器的帮助将数据包从内网转发到公网
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此刻你可能会有一个疑问，作为一台联网的计算机设备，我可以把数据发送到公网的服务器上，因为我知道他的公网IP，而且这是独一无二的，只要我联网，互联网上的路由设备会尽力帮我把数据送到地方。
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### 但是，返回的数据该怎么办？
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显然，对面不可能把数据包发给一个内网地址，他只有发给一个公网地址，互联网上的路由设备才知道他要去哪，才能帮他将数据送到地方。
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问题的答案很简单，我们的路由器，他通过 PPPoE 拨号的方式向运营商拿到了一个公网IP。他在把数据包转发到互联网上前，做了一个网络地址转换的操作，把数据包的源地址替换成了他的公网IP，再找了一个随机端口号，在那里将修改后的数据发送到公网，**这个转换的操作会被路由器记录**。
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这样，公网上的服务器在收到数据包后也能知道，这个包来自于哪个公网IP的哪个端口，回复的时候就知道发到什么地方了。
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路由器拿到公网上的服务器回复的数据包后，可以根据做网络地址转换时的记录，逆向推导出他应该将包发送到内网的哪台机器的哪个端口，就完成了数据的收发。
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绝大多数的家庭或者寝室网络都遵循着这个规则。
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### 那为什么要这么做呢？
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对于一般家庭网络，有两个简单的理由
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- 安全，只有你主动连接才能拿到回复，互联网上的设备无法主动访问你的设备
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- IPv4 不够用啦
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### 其他特殊IP地址
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- 127.0.0.1 本机，用于自己的设备给自己的设备另一个端口发送数据
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- 169.254.x.x 保留地址，向路由器获取内网地址前会临时使用这个地址，如果你发现你的电脑正在使用这个地址，路由器可能坏了
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- 198.18.x.x 保留地址，但是有些软件会使用这个地址来实现透明代理（tun）
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好，我们的计网速通章节，到此结束，这些计算机网络知识应该足够你做简单的 Web 开发了
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## 参考资料
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- HTTP 教程 <https://www.runoob.com/http/http-tutorial.html>
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185
9.计算机网络/9.2.3.1IP协议.md
Normal file
185
9.计算机网络/9.2.3.1IP协议.md
Normal file
@@ -0,0 +1,185 @@
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# IP协议
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> Author: 柏喵樱
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> copyright reserved
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## IP 协议数据包结构
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IP 协议是网络层最主要的协议，几乎所有的上层数据包都需要IP协议的承载，我们网络层的第一块内容将从 IP 协议讲起。
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下图展示了 IP 协议的报文头部格式，这张图每行代表 32 个 bit，也就是 4 个字节（byte）。如果不计算 Options 这种可选项的话，IP 协议的报头长度为 20 个字节。
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在头部的后面，会携带负载（payload），这个词可能略显晦涩，但实际上就是我们需要发送的数据。
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<pre>
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0 1 2 3
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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|Version| IHL |Type of Service| Total Length |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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| Identification |Flags| Fragment Offset |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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| Time to Live | Protocol | Header Checksum |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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| Source Address |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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| Destination Address |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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| Options | Padding |
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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Example Internet Datagram Header
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</pre>
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## 版本
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第一个字段是IP协议版本号，用于标识IPv4和IPv6两个版本，这两个版本的报文格式是不同的。上图展示的是 IPv4 的报文格式
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## IHL（Internet Header Length）
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就是IP协议的头部部分的长度，单位是 4byte，由于 IP 头一般长度为 20byte，所以这个值一般为 5。如果存在Options字段，这个值会相应增加。
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## Type of Service
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服务类型，标记服务类型最初是为了对不同服务的数据包做不同的转发策略，比如说哪些数据包应该被优先转发，应该更注重转发延时还是更注重吞吐量一类的问题，除非到运营商层面一般接触不太到。
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## 数据包总长度
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Total Length 很好理解就是包括 IP 头在内的 IP 报文的总长度，报文长度上限就是 MTU。
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## Identification & Flags & Fragment Offset
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这三个字段放在一起讲，他们都是用于控制分片的。
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我们的 MTU 他一般是 1500，去除 20 bytes 的头部他还能够携带 1480 bytes 的数据，但是现实中的负载很容易就能够超出这个大小，这时候就需要将内容切片分块发送。
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切片时，会切出许多 1480 bytes 的切片，和剩下的不足 1480 bytes 的部分。对于以上的所有切片，都会给他们加一个自己的 IP 头。这些 IP 头有一个共同点，就是他们具有一个相同的 Identification 用于识别（identify）他们原先是一块的。
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现在还存在两个问题，
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1. 服务器接收到一个分片后，不知道要不要继续接收
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2. 分片很有可能乱序抵达，服务器不知道分片的顺序
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对于第二个问题，引入了 Fragment Offset（分片偏移量），他的单位是 byte，用于标识这一个分片的数据，是从原来超长负载的哪个位置开始的。比如对于一个长度为 5000 bytes 的负载，他的几个分片的 Fragment Offset 依次为 0,1480,2960,4440。在收到数据后，服务器只需要按照这个字段重新组装即可。
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对于第一个问题，引入了 Flags（标志位）, Flags 里有三个 Flag，其中最后一位的意义是“后面还有更多分片“，这就相当于告诉服务器，你要继续等待接收其他分片。而当最后的分片抵达时，服务器在知道这是最后的分片的同时，他也能从这个分片的 Fragment Offset里得知前面应该有多少数据，如果缺失，服务器也能继续等待接收。
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关于Flags的其他两位，最高位是目前保留不使用，永远为0。后面那位的意义是不要分片，这一般是不设置的，他这句话是对传输过程中的路由设备讲的，因为如果途径 MTU 低于当前包长度的链路可能会进行二次分片。如果设置了这个 Flag，转发时再碰到 MTU 低的链路这种包会被直接丢弃同时返回一个 ICMP 包告诉源IP地址的设备发生了什么。
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## TTL(Time To Live)
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TTL 是一个unsigned int，代表数据包的剩余生存时间，指的是数据包在互联网中还能转发多少时间，单位是秒。
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虽然单位是秒，但是一般情况下转发耗时是远远低于一秒的，根据 IP 协议的规定，无论转发耗时多少，TTL 应当至少 -1，所以在实践中 TTL 往往指的是转发了几次。
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一般发往互联网的数据包初始 TTL 为 64 或 128，你可以试试 ping 命令，他会显示一个TTL，这是对面服务器回复的包到自己的设备的时候的 TTL。
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```powershell
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PS C:\Users\bs> ping baidu.com
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正在 Ping baidu.com [39.156.66.10] 具有 32 字节的数据:
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来自 39.156.66.10 的回复: 字节=32 时间=43ms TTL=47
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来自 39.156.66.10 的回复: 字节=32 时间=144ms TTL=47
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来自 39.156.66.10 的回复: 字节=32 时间=43ms TTL=47
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来自 39.156.66.10 的回复: 字节=32 时间=42ms TTL=47
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39.156.66.10 的 Ping 统计信息:
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数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
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往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
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最短 = 42ms，最长 = 144ms，平均 = 68ms
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```
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TTL 减少到 0 的时候，这个数据包会被丢弃，所以如果互联网中出现路由配置错误，以至于产生了一个环，TTL 能够帮助数据包及时停止转发，避免事故扩大最终导致网络设施瘫痪。
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当路由设备由于 TTL 为 0，而丢弃这个数据包的时候，路由设备还会向源 IP 回复一个 `TTL超时`的 ICMP 报文
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```powershell
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PS C:\Users\bs> ping baidu.com -i 2
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正在 Ping baidu.com [39.156.66.10] 具有 32 字节的数据:
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来自 192.168.1.1 的回复: TTL 传输中过期。
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来自 192.168.1.1 的回复: TTL 传输中过期。
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来自 192.168.1.1 的回复: TTL 传输中过期。
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来自 192.168.1.1 的回复: TTL 传输中过期。
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39.156.66.10 的 Ping 统计信息:
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数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
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```
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traceroute 就是利用这个性质来实现的，通过从 0 开始遍历 TTL 的方式，可以拿到转发过程中的所有路由器的 ICMP 回复，从这些回复中可以读取到这些路由器的 IP。
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当然 traceroute 不是万能的，真实互联网中广泛存在拦截，不响应 ，改写等等行为，会导致 traceroute 产生丢失或者藏跳等等比较迷惑的结果。
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```powershell
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PS C:\Users\bs> TRACERT.EXE bilibili.com
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通过最多 30 个跃点跟踪
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到 bilibili.com [8.134.50.24] 的路由:
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1 8 ms 13 ms 2 ms 192.168.0.1 [192.168.0.1]
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2 1 ms 1 ms 2 ms 192.168.1.1 [192.168.1.1]
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3 8 ms 8 ms * 100.66.0.1
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4 * * * 请求超时。
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5 * * * 请求超时。
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6 * * * 请求超时。
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7 * * * 请求超时。
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8 * * 8 ms 61.139.121.77
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9 * * * 请求超时。
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10 78 ms * * 113.96.5.134
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11 * 83 ms 43 ms 121.14.50.241
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12 45 ms 42 ms 41 ms 121.14.24.82
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13 * * * 请求超时。
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14 * * * 请求超时。
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15 * * * 请求超时。
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16 * * * 请求超时。
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17 42 ms 50 ms 40 ms 8.134.50.24
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跟踪完成。
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```
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上面就是一个真实案例，有很多路由设备在丢弃数据包时并没有给出 ICMP 回复。
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## 协议
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协议（Protocol）指的是负载中的数据所使用的协议。这就很广泛了，比如
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- TCP
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- UDP
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- ICMP
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- Telnet
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- OSPF
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具体可以参考 [List of IP protocol numbers - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_IP_protocol_numbers)
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## 头部校验和
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头部校验和（Header Checksum）用于检验传输的数据是否出错，一旦出错直接丢弃。
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在计算头部的校验和的时候，头部校验和这个字段会被置零，再使用特定算法计算得到校验和，填写到这个位置。
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这个校验和算法比较简单，就是头部以 16 bits 为单位，取补码再求和
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注意，由于 TTL 在每次转发中都会改变，所以实际上，每次转发都会重新计算校验和。
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## IP地址
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正如上图的 `Source Address` 和 `Destination Address` 字段所展示的一样，一个 IP 地址占用 4 byte 的存储空间。在书面的写法上，我们用 `.` 将每一个 byte 分割开，例如 `1.1.1.1` 这样更便于人类处理和分类。
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有一些 IP 地址被用作特殊用途，除了这些 IP 地址外的地址都是公网 IP，一个公网 IP 在整个互联网范围内按照规范来说，只能由一台网络设备占有（也有例外，anycast）。但互联网是复杂的，也有人占用这些地址作为自己的内网地址（例如 tr069），这个由网络运维人员自行分析情景把握。
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网络地址的分类需要更多的前置知识，我们后续再介绍。
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## 可选项
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可选参数（Options）比较繁琐，一般没啥用，有兴趣的可以看看下面参考资料中 RFC 791 对此的描述。
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## 参考资料
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- [RFC 791 - Internet Protocol (ietf.org)](https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc791)
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- [Reserved IP addresses - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Reserved_IP_addresses)
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||||
- [List of IP protocol numbers - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_IP_protocol_numbers)
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18
9.计算机网络/9.2.3网络层.md
Normal file
18
9.计算机网络/9.2.3网络层.md
Normal file
@@ -0,0 +1,18 @@
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# 9.2.3 网络层
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> Author: 柏喵樱
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> copyright reserved
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本章节是网络层的开篇章节，我们先做两个约定：
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- 没有提及IP协议版本，都是IPv4（ IPv6 会单独介绍不详细展开）
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- 路由表已经配置好了，给IP地址就能发到正确的地方（路由技术参照“路由与交换”章节）
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以上两个约定适用于所有网络层章节。
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在链路层我们已经实现了两个直接相连的设备之间的数据收发，也可以在总线类型的网络上完成数据手法，更成熟一点，可以借助交换机来构建一个具有一定规模的中心化网络。
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但中心化是有极限的，这必然无法承载这个整个互联网，因此，我们需要再往上一层，定义一个新的概念，IP 地址，并完成实现数据包的转发操作，将互联网推向去中心化。
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@@ -1 +0,0 @@
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# 9.2计网基础
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@@ -95,7 +95,7 @@
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链路层 ---> 数据帧/MAC/CRC
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链路层 ---> PPP
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链路层 ---> ARP
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网络层 ---> IP地址
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网络层 ---> IP 协议
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网络层 ---> 子网/掩码/CIDR
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网络层 ---> IPv6概述
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传输层 ---> 端口
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Reference in New Issue
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