网络原理03

回顾

应用层：应用程序，数据具体如何使用

传输层：关注起点和终点

网络层：关注路径规划

数据链路层：关注相邻节点的转发

物理层：硬件设备

应用层

应用程序

在应用层，很多时候，都是程序员“自定义”应用层协议的（当然有一些现成的协议）

1. 根据需求，明确要传输的信息

2. 约定好信息按照什么格式来组织

常见的文件组织格式

1. xml

早期的数据组织格式，现在很少使用

通过标签来组织数据

<request>

      <userId>1000</userId>

      <position>100,30</position>

</request>    

让数据的可读性变得更好了，但书写起来非常繁琐，传输时也占用更多网络带宽

HTML 也是这种标签式的数据，属于 xml 的变种

xml 是一个通用的数据格式，包含什么标签，标签的名字，标签的含义，都是自定义的

HTML是一个专属的数据格式，上述的属性都有一个标准委员会，规定好的

2. json

键值对结构：

{} 把所有的键值对给包裹起来

键值对之间，使用 “,” 分割

键和值之间，使用 “:” 分割

键固定就是String类型

值可以是数字，字符串，json，数组...

由于json的key固定就是字符串类型，可以把key的引号省略掉

{  

  userId:"1000",

  position:"100,30"

}

json的可读性比较好，比xml简洁

在网络传输过程中会额外消耗网络带宽（key也需要传输）

3. protobuffer

protobuffer （pb）使用二进制组织数据，可以保证带宽占用最低（相当于是把要传输的信息按照二进制形式压缩了）

占用带宽最低，传输效率最高，适合对性能要求较高的场景

可读性不好，影响开发效率

传输层

UDP：无连接，不可靠，面向数据包，全双工

TCP：有连接，可靠传输，面向字节流，全双工

端口号

写一个服务器，必须手动指定一个端口号，通过当前的端口号来区分当前主机上的不同的应用程序

写一个客户端，客户端在通信的时候也会有一个端口号（代码中感受不到），系统自动分配

端口号，固定就是占2个字节，表示的范围是0—>65535,。一般来说，0是不用的

1—>1023 知名端口号

1024—>65535 普通端口号

UDP协议

源端口号

目的端口号

UDP报文长度

UDP校验和

UDP载荷数据部分

                       ————————     UDP报头      ———————    

报头分为四部分，每部分2字节

报头和载荷之间，可以认为认为是“字符串拼接”，当然这里是二进制的数据

UDP载荷（payload）数据部分——>完整的应用层数据报

1）源IP，目的IP在网络层（IP协议里）

2）报文长度

2个字节，16位表示的数据，表示的范围是0—65535（64kb）

UDP数据报最长就是64kb

3）校验和（checksum）

本质上是一个字符串，体积比原先的数据要小，通过原先的数据生成

原始数据相同，得到的校验和一定相同

反之得到的校验和相同，原数据大概路相同（理论上存在，概率极低）

1. 发送方，把要发送的数据整理好data1，通过一定的算法，得到校验和checksum1

2. 发送方把data1和checksum1一起通过网络发送出去

3. 接收方收到数据，收到的数据为data2，数据checksum1

4. 接收方根据data2重新计算校验和，得到checksum2

5. 对比checksum1和checksum2

计算校验和的方法有很多，此处UDP使用的是CRC算法（循环冗余算法）

把当前计算校验和的数据，每个字节，进行累加，把结果保存到这两个字节的变量中，累加过程中溢出也没有问题

此外还有，md5/sha1 算法

此处只介绍 md5：

这里有一系列的公式，来完成 md5 计算 

1. 定长：无论原始数据多长，得到的md5都是固定长度

2. 分散：给定两个原始数据，哪怕原始数据绝大部分形同，只要其中一个字节不同，得到的md5值就相差很大

3：不可逆：

计算md5很容易，还原出原始的数据所需的算力超过极限

基于UDP的应用层协议

NFS：网络文件系统

TFTP：简单文件传输协议

DHCP：动态主机配置协议

BOOTH：启动协议（用于无盘设备启动）

DNS：域名解析协议

有些应用层协议，基于UDP实现的并不算多，相比于UDP，TCP更占据优势，优先使用

TCP协议

数据报 = 首部（报头header） + 载荷

1）16位源端口号，16位目的端口号，和UDP相同

2）头部长度

TCP 报头的长度是不固定的（变长），最短是20字节（没有选项），最长是60字节（选项最长是40字节）

4 bit  此处的单位是字节（选项是四个字节一个单位的）

3）保留

线子线不适用，占个位置（留下了扩展的余地）

4）选项（option）可选的

5）16位校验和  和UDP一样