小林图解网络笔记

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本文如标题所说 是小林图解网络的笔记 所以内容大部分都是我复制粘贴于原文的 只是我个人绝对有必要记住 重要的内容

如果想要了解网络基础 建议看原文

https://xiaolincoding.com/network/

2.1

TCP/IP网络模型的存在是因为为了跨设备进程通信 但是设备存在多样性 所以为了兼容 推出一套通用的网络协议

协议分层: 应用层 传输层 网络层 网络接口层

每层各司其职 在网络层中

使用ip地址来区分设备 分为网络号和主机号 网络号用来标识属于哪个子网 主机号标识具体主机

2.2

浏览器是如何实现打开一个网页 和服务器进行交互的？

1.解析URL后 生成http请求消息

2.通过DNS服务器来查询对应域名的ip地址

3.http的传输工作是交给操作系统中的协议栈

浏览器通过socker库来委托协议栈工作 协议栈上半部分有两块协议 分别为TCP和UDP

TCP比UDP多很多特性 为了能够保证数据包传输到对方 而UDP只保证发送数据包 但是传输效率高

协议栈的下半部分是IP协议控制的 将数据分成一块块的网络包

物理硬件网卡就是负责完成实际的手法操作 而IP下面的网卡驱动程序就是控制网卡硬件

其中IP还包括两个协议 ICMP 和 ARP

ARP用于根据ip地址查询相应的以太网mac地址

ICMP用于报错和控制信息的报告

HTTP默认端口是80 HTTPS默认端口号是443

清楚一点 TCP传输数据还是通过IP来 TCP这是一种传输协议

目标地址和子网掩码都是0.0.0.0的话 是默认网关 如果其他的所有条目都不能匹配的话 就会自动匹配默认网关

4.生成了IP头部后 还需要加上MAC头部 MAC头部是在同一以太网中通过广播和缓存来获取对应路由器的MAC地址

5.通过网卡来将数字信号转化为电信号 因为网络包实际上存放在内存中的一串二进制数字信息 没有办法直接发送给对方

6.交换机根据MAC地址查找 将信号发送到相应的端口

如果没有找到对应的端口 就将包发送到所有端口

还有一种MAC地址称为广播地址 交换机会将这个包发送到除了源端口以外的所有端口

  • MAC 地址中的 FF:FF:FF:FF:FF:FF
  • IP 地址中的 255.255.255.255

7.经过交换机后来到路由器

8.服务器接收到了数据包 开始拆快递 一层一层进行核验 然后解析出来是HTTP相应报文 就交给浏览器去渲染页面

2.3

为了解决不同设备之间的通信 以及在网络互联中的兼容性问题 国际标准化组织制定了开放式系统互联通信参考模型 即OSI网络模型

一共有七层 分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层

  • 应用层，负责给应用程序提供统一的接口；
  • 表示层，负责把数据转换成兼容另一个系统能识别的格式；
  • 会话层，负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话；
  • 传输层，负责端到端的数据传输；
  • 网络层，负责数据的路由、转发、分片；
  • 数据链路层，负责数据的封帧和差错检测，以及 MAC 寻址；
  • 物理层，负责在物理网络中传输数据帧；

但是由于其过于复杂 且仅仅只是概念上的提出 没有具体的实施方案 实际上使用多的是TCP|IP 模型 Linux系统正是按照这套模型实施网络协议栈的

网络协议栈是指网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中数据传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议

TCP|IP网络模型一共有四层 分别是应用 传输 网络 网络接口层

  • 应用层，负责向用户提供一组应用程序，比如 HTTP、DNS、FTP 等;
  • 传输层，负责端到端的通信，比如 TCP、UDP 等；
  • 网络层，负责网络包的封装、分片、路由、转发，比如 IP、ICMP 等；
  • 网络接口层，负责网络包在物理网络中的传输，比如网络包的封帧、 MAC 寻址、差错检测，以及通过网卡传输网络帧等；

在以太网中 规定了最大传输单元MTU 为1500字节 也就是说单个IP包大小最多为1500字节

当网络包超过了MTU 那就需要分片 如果MTU越小 需要的分包越多 那么网络吞吐能力越差 反之

下图是Linux网络协议栈的流程

LVS补充: LVS主要用于多服务器的负载均衡。它工作在网络层，可以实现高性能，高可用的服务器集群技术。

它廉价，可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器。

它易用，配置非常简单，且有多种负载均衡的方法。它稳定可靠，即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作，也不影响整体效果。

另外可扩展性也非常好

linux中的lvs的作用,LVS是什么及作用？ - osc_ozlday8e的个人空间 - OSCHINA - 中文开源技术交流社区…_皮小只的博客-CSDN博客

从上图的的网络协议栈，你可以看到：

  • 应用程序需要通过系统调用，来跟 Socket 层进行数据交互；
  • Socket 层的下面就是传输层、网络层和网络接口层；
  • 最下面的一层，则是网卡驱动程序和硬件网卡设备；

当网卡接收到了一个网络包后 通过DMA技术将网络包写入到对应的内存地址 也就是Ring Buffer 接着告诉操作系统这个网络包已经抵达

DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输

每当网卡接收到一个网络包 就会触发中断告诉操作系统已经接收到了网络包

但是如果网络包的数量非常多 就会频繁触发中断 导致cpu一直处理中断 影响其他进程的执行

所以为了解决频繁中断带来的性能开销，Linux 内核在 2.6 版本中引入了 NAPI 机制

它是混合「中断和轮询」的方式来接收网络包，它的核心概念就是不采用中断的方式读取数据，而是首先采用中断唤醒数据接收的服务程序，然后 poll 的方法来轮询数据。

因此，当有网络包到达时，会通过 DMA 技术，将网络包写入到指定的内存地址，接着网卡向 CPU 发起硬件中断，当 CPU 收到硬件中断请求后，根据中断表，调用已经注册的中断处理函数

发送网络包的话 会从用户态进入内核态 内核会申请一个内核态的sk_buff 内存 用用户发送的数据拷贝到sk_buff 内存 并将其传输到发送缓存区

接下来，网络协议栈从 Socket 发送缓冲区中取出 sk_buff，并按照 TCP/IP 协议栈从上到下逐层处理。

如果使用的是 TCP 传输协议发送数据，那么先拷贝一个新的 sk_buff 副本 ，这是因为 sk_buff 后续在调用网络层，最后到达网卡发送完成的时候，这个 sk_buff 会被释放掉。而 TCP 协议是支持丢失重传的，在收到对方的 ACK 之前，这个 sk_buff 不能被删除。所以内核的做法就是每次调用网卡发送的时候，实际上传递出去的是 sk_buff 的一个拷贝，等收到 ACK 再真正删除。

为了在层级之间传递数据时，不发生拷贝，只用 sk_buff 一个结构体来描述所有的网络包，那它是如何做到的呢？是通过调整 sk_buff 中 data 的指针

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