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  • 2020-07-01 00:58:12

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    OAuth

    OAuth(Open Authorization,开放的授权协议)是一个安全的、开放而简易的用户资源授权协议。OAuth 协议有三大特征:

    1. 安全:不会使第三方触及到用户的帐号信息(如:用户名与密码),即第三方无需使用用户的用户名与密码就可以申请获得该用户资源的授权,因此 OAuth 是安全的。
    2. 开放:任何第三方都可以使用 OAuth 认证服务,任何服务提供商都可以实现自身的 OAuth 认证服务,因而 OAuth 是开放的。
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  • 互联网协议基础知识

    千次阅读 2018-12-20 17:13:45
    互联网的本质就是一系列的网络协议,总称为“互联网协议”(Internet Protocol Suite)。 互联网协议的功能:定义计算机如何接入internet,以及接入internet的计算机通信的标准。 2、互联网分层模型 互联网协议...

    一、网络通信原理

    引用自:
    阮一峰的网络日志----互联网协议入门(一)
    阮一峰的网络日志----互联网协议入门(二)
    OSI七层协议大白话解读
    网络七层协议解释
    漫谈网络通信——从OSI网络模型到TCP/IP协议族

    《TCP/IP详解 卷1:协议》读书笔记
    【老生常谈的】互联网协议
    TCP/IP协议(一)网络基础知识

    1、互联网协议

    互联网的本质就是一系列的网络协议,总称为“互联网协议”(Internet Protocol Suite)。

    互联网协议的功能:定义计算机如何接入internet,以及接入internet的计算机通信的标准。

    2、互联网分层模型

    互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层


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    每层运行常见物理设备


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    2.1 物理层(Physical Layer)

    物理层主要定义物理设备标准,如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。

    它的主要作用是传输数据比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0,也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。

    2.2 数据链路层(Datalink Layer)

    物理层为我们提供了在两台设备之间传输0和1的可能,但是只是单纯的传输0和1是没有意义的。链路层的作用是将这些01信号序列化,转化为有意义的数据帧。

    那么链路层是怎么工作的呢?它工作过程大概可以理解为三个部分,发送什么数据?发送给谁?怎么发送?

    2.2.1 以太网协议

    首先需要有一个规则来定义这些01电信号,使得这些电信号变得有意义,形成了统一的标准(标准就是协议),即以太网协议(Ethernet)。

    Ethernet规定:
    一组电信号构成一个数据包,叫做"帧"(Frame)。每一帧分成两个部分:标头(Head)和数据(Data)。


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    head包含(固定18字节)

    • 发送者(源地址,6个字节)
    • 接收者(目标地址,6个字节)
    • 数据类型(6个字节)

    data包含:(最短46字节,最长1500字节)

    • 数据包的具体内容

    "标头"的长度,固定为18字节。"数据"的长度,最短为46字节,最长为1500字节。因此,整个"帧"最短为64字节,最长为1518字节。如果数据很长,就必须分割成多个帧进行发送。

    2.2.2 MAC地址

    以太网规定,连入网络的所有设备,都必须具有"网卡"接口。数据包必须是从一块网卡,传送到另一块网卡。网卡的地址,就是数据包的发送地址和接收地址,这叫做MAC地址。


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    每块网卡出厂的时候,都有一个全世界独一无二的MAC地址,长度是48个二进制位,通常用12个十六进制数表示。


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    前6个十六进制数是厂商编号,后6个是该厂商的网卡流水号。有了MAC地址,就可以通过这个地址去向目标设备发送数据。

    2.2.3 广播

    知道了目标设备的MAC地址,但是怎么才能把把消息准确的发送给目标设备呢?其实解决方法很简单,发送数据时,将向网络中所有设备都发送这个消息,然后每一台设备自己来判断数据标头中包含的MAC地址是否和自己的MAC地址一致,如果一致就接收这个消息,如果不一致就不接收。这种发送数据的方式叫做“广播”。通过“广播”的方式就可以把一条数据发送到指定设备上了。


    在这里插入图片描述

    上图中,1号计算机向2号计算机发送一个数据包,同一个子网络的3号、4号、5号计算机都会收到这个包。它们读取这个包的"标头",找到接收方的MAC地址,然后与自身的MAC地址相比较,如果两者相同,就接受这个包,做进一步处理,否则就丢弃这个包。

    有了数据包的定义、网卡的MAC地址、广播的发送方式,"链接层"就可以在多台计算机之间传送数据了。

    2.3 网络层(Network Layer)

    2.3.1 网络层的由来:

    以太网协议,依靠MAC地址发送数据。理论上,单单依靠MAC地址,上海的网卡就可以找到洛杉矶的网卡了。实际上,“广播”的方式只能在同一子网络内发送数据。也就是说,如果两台计算机不在同一个子网络,广播是传不过去的。

    因此,必须找到一种方法,能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络,哪些不是。如果是同一个子网络,就采用广播方式发送,否则就采用"路由"方式发送。("路由"的意思,就是指如何向不同的子网络分发数据包)遗憾的是,MAC地址本身无法做到这一点。它只与厂商有关,与所处网络无关。

    这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址,使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址",简称"网址"。

    于是,"网络层"出现以后,每台计算机有了两种地址,一种是MAC地址,另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系,MAC地址是绑定在网卡上的,网络地址则是管理员分配的,它们只是随机组合在一起。

    网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络,MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。因此,从逻辑上可以推断,必定是先处理网络地址,然后再处理MAC地址。

    2.3.2 IP协议

    规定网络地址的协议,叫做IP协议。它所定义的地址,就被称为IP地址。

    目前,广泛采用的是IP协议第四版,简称IPv4。这个版本规定,网络地址由32个二进制位组成。


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    习惯上,我们用分成四段的十进制数表示IP地址,从0.0.0.0一直到255.255.255.255。

    互联网上的每一台计算机,都会分配到一个IP地址。这个地址分成两个部分,前一部分代表网络,后一部分代表主机。比如,IP地址172.16.254.1,这是一个32位的地址,假定它的网络部分是前24位(172.16.254),那么主机部分就是后8位(最后的那个1)。处于同一个子网络的电脑,它们IP地址的网络部分必定是相同的,也就是说172.16.254.2应该与172.16.254.1处在同一个子网络。

    但是,问题在于单单从IP地址,我们无法判断网络部分。还是以172.16.254.1为例,它的网络部分,到底是前24位,还是前16位,甚至前28位,从IP地址上是看不出来的。

    那么,怎样才能从IP地址,判断两台计算机是否属于同一个子网络呢?这就要用到另一个参数"子网掩码"(subnet mask)。

    所谓"子网掩码",就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址,也是一个32位二进制数字,它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.254.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。

    知道"子网掩码",我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。

    比如,已知IP地址172.16.254.1和172.16.254.233的子网掩码都是255.255.255.0,请问它们是否在同一个子网络?两者与子网掩码分别进行AND运算,结果都是172.16.254.0,因此它们在同一个子网络。

    总结一下,IP协议的作用主要有两个,一个是为每一台计算机分配IP地址,另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

    2.3.3 IP数据包

    根据IP协议发送的数据,就叫做IP数据包。不难想象,其中必定包括IP地址信息。

    但是前面说过,以太网数据包只包含MAC地址,并没有IP地址的栏位。那么是否需要修改数据定义,再添加一个栏位呢?

    回答是不需要,我们可以把IP数据包直接放进以太网数据包的"数据"部分,因此完全不用修改以太网的规格。这就是互联网分层结构的好处:上层的变动完全不涉及下层的结构。

    具体来说,IP数据包也分为"标头"和"数据"两个部分。


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    "标头"部分主要包括版本、长度、IP地址等信息,"数据"部分则是IP数据包的具体内容。它放进以太网数据包后,以太网数据包就变成了下面这样。


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    IP数据包的"标头"部分的长度为20到60字节,整个数据包的总长度最大为65,535字节。因此,理论上,一个IP数据包的"数据"部分,最长为65,515字节。前面说过,以太网数据包的"数据"部分,最长只有1500字节。因此,如果IP数据包超过了1500字节,它就需要分割成几个以太网数据包,分开发送了。

    2.3.4 ARP协议

    关于"网络层",还有最后一点需要说明。

    因为IP数据包是放在以太网数据包里发送的,所以我们必须同时知道两个地址,一个是对方的MAC地址,另一个是对方的IP地址。通常情况下,对方的IP地址是已知的,但是我们不知道它的MAC地址。

    所以,我们需要一种机制,能够从IP地址得到MAC地址。

    这里又可以分成两种情况:
    第一种情况,如果两台主机在同一个子网络,那么我们可以用ARP协议,得到对方的MAC地址。ARP协议,通过“广播”的方式向子网络内所有设备发送一条数据包(包含在以太网数据包中),其中包含它所要查询主机的IP地址,在对方的MAC地址这一栏,填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF,表示这是一个"广播"地址。它所在子网络的每一台主机,都会收到这个数据包,从中取出IP地址,与自身的IP地址进行比较。如果两者相同,就做出回复,向对方报告自己的MAC地址,否则就丢弃这个包,这样就可以通过IP地址获取到MAC地址了。

    总之,有了ARP协议之后,我们就可以得到同一个子网络内的主机MAC地址,可以把数据包发送到任意一台主机之上了。

    第二种情况,如果两台主机不在同一个子网络,那么事实上没有办法得到对方的MAC地址,只能把数据包传送到两个子网络连接处的"网关"(gateway),网关通过路由协议再将数据发送到目标设备上。(网络通过路由器进行连接,形成互联网。路由器是网关,但是网关不一定是路由器。 )


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    如图,主机2想向主机4发送一条数据,必须先将数据发送至网关A,由网关A通过路由协议查询到主机4处于子网络B,网关A会将数据发送给网关B,网关B再将数据发送给主机4,这样便完成了主机2到主机4之间的通讯。

    至此,我们应该清楚了,在两台设备间通讯所必须的条件,首先我们需要判断两台设备是否处在同一子网络中,若在同一子网络,就可以利用ARP协议来获取MAC地址,得到目标IP和MAC地址,就可以发送数据。若不在同一子网络,则需要获取网关的MAC地址,将数据发送到网关,让网关来转发。现在我们就可以在互联网上任意两台设备间通讯了。

    2.4 传输层 (Transport Layer)

    有了MAC地址和IP地址,我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。

    接下来的问题是,同一台主机上有许多程序都需要用到网络,比如,你一边浏览网页,一边与朋友在线聊天。当一个数据包从互联网上发来的时候,你怎么知道,它是表示网页的内容,还是表示在线聊天的内容?

    也就是说,我们还需要一个参数,表示这个数据包到底供哪个程序(进程)使用,这个参数就叫做"端口"(port)。它其实是每一个使用网卡的应用程序的编号,不同的应用程序在主机上发送或接收数据,都要通过不同的端口,以此来确定数据包是归那个应用程序所有。

    "端口"是0到65535之间的一个整数,正好16个二进制位。0到1023的端口被系统占用,用户只能选用大于1023的端口。不管是浏览网页还是在线聊天,应用程序会随机选用一个端口,然后与服务器的相应端口联系。

    "传输层"的作用,就是建立"端口到端口之间"的通信,最常用的协议是TCP、UDP协议。相比之下,“网络层"的功能是建立"主机到主机之间"的通信。只要确定主机和端口,我们就能实现程序之间的交流。因此,Unix系统就把主机+端口,叫做"套接字”(socket)。有了它,就可以进行网络应用程序开发了。

    2.4.1 UDP协议(不可靠传输)

    现在,我们必须在数据包中加入端口信息,这就需要新的协议。最简单的实现叫做UDP协议,它的格式几乎就是在数据前面,加上端口号。

    UDP数据包,也是由"标头"和"数据"两部分组成。


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    "标头"部分主要定义了发出端口和接收端口,"数据"部分就是具体的内容。然后,把整个UDP数据包放入IP数据包的"数据"部分,而前面说过,IP数据包又是放在以太网数据包之中的,所以整个以太网数据包现在变成了下面这样:


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    UDP数据包非常简单,"标头"部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。

    2.4.2 TCP协议(可靠传输)

    UDP协议的优点是比较简单,容易实现,但是缺点是可靠性较差,一旦数据包发出,无法知道对方是否收到。

    为了解决这个问题,提高网络可靠性,TCP协议就诞生了。这个协议非常复杂,但可以近似认为,它就是有确认机制的UDP协议,每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失,就收不到确认,发出方就知道有必要重发这个数据包了。

    因此,TCP协议能够确保数据不会遗失。它的缺点是过程复杂、实现困难、消耗较多的资源。

    TCP数据包和UDP数据包一样,都是内嵌在IP数据包的"数据"部分。TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。

    TCP三次握手和四次挥手
    TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议
    TCP是主机对主机层的传输控制协议,提供可靠的连接服务,采用三次握手确认建立一个连接:
    位码即tcp标志位,有6种标示:SYN(建立联机) ACK(确认) PSH(传送) FIN(结束) RST(重置) URG(紧急)
    Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)


    三次握手
    在这里插入图片描述

    • 第一次握手:TCP服务器进程先创建传输控制块TCB,时刻准备接受客户进程的连接请求,此时服务器就进入了LISTEN(监听)状态;TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB,然后向服务器发出连接请求报文,这是报文首部中的同部位SYN=1,同时选择一个初始序列号 seq=x ,此时,TCP客户端进程进入了 SYN-SENT(同步已发送状态)状态。TCP规定,SYN报文段(SYN=1的报文段)不能携带数据,但需要消耗掉一个序号。

    • 第二次握手:TCP服务器收到请求报文后,如果同意连接,则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1,SYN=1,确认号是ack=x+1,同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y,此时,TCP服务器进程进入了SYN-RCVD(同步收到)状态。这个报文也不能携带数据,但是同样要消耗一个序号。

    • 第三次握手:TCP客户进程收到确认后,还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1,ack=y+1,自己的序列号seq=x+1,此时,TCP连接建立,客户端进入ESTABLISHED(已建立连接)状态。TCP规定,ACK报文段可以携带数据,但是如果不携带数据则不消耗序号。当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态,此后双方就可以开始通信了。


      四次挥手
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    • 第一次挥手:客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。

    • 第二次挥手:服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的序列号seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
      客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。

    • 第三次挥手:服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的序列号为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。

    • 第四次挥手:客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的序列号是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2∗MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。
      服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

    2.5 应用层(Application Layer)

    应用程序收到"传输层"的数据,接下来就要进行解读。由于互联网是开放架构,数据来源五花八门,必须事先规定好格式,否则根本无法解读。

    "应用层"的作用,就是规定应用程序的数据格式。

    举例来说,TCP协议可以为各种各样的程序传递数据,比如Email、WWW、FTP等等。那么,必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式,这些应用程序协议就构成了"应用层"。

    这是最高的一层,直接面对用户。它的数据就放在TCP数据包的"数据"部分。因此,现在的以太网的数据包就变成下面这样。


    在这里插入图片描述

    应用层中的应用软件分两种:客户/服务器和P2P体系结构

    • 客户/服务器(client/server)
      这种类型,就是我们很熟悉的客户端——服务器模型,客户端请求服务器,服务器响应客户端这样的一种方式进行“交流”

    • P2P
      也称为对等体系结构。P2P相当于每个人的电脑度可以当服务器,也可以当客户端,不单单限制于只能客户端访问服务器,你自己的计算机可以去访问别人的计算机上的内容,别的同样可以访问你计算机上的内容,这样达到一种共享的状态。

    常用协议:

    • HTTP超文本传输协议:这是一种最基本的客户机/服务器的访问协议;浏览器向服务器发送请求,而服务器回应相应的网页

    • DNS域名解析协议:DNS是一种用以将域名转换为IP地址的Internet服务

    • FTP文件传送协议:提供交互式的访问,基于客户服务器模式,面向连接 使用TCP可靠的运输服务

      主要功能:减少/消除不同操作系统下文件的不兼容性

    • TFTP简单文件传送协议:客户服务器模式,使用UDP数据报,只支持文件传输,不支持交互,TFTP代码占内存小

    • SMTP简单邮件传送协议:Client/Server模式,面向连接

      基本功能:写信、传送、报告传送情况、显示信件、接收方处理信件

    • TELNET远程登录协议:客户服务器模式,能适应许多计算机和操作系统的差异,网络虚拟终端NVT的意义

    • SNMP简单网络管理协议:SNMP模型的4个组件:被管理结点、管理站、管理信息、管理协议

      SNMP代理:运行SNMP管理进程的被管理结点

      对象:描述设备的变量

      管理信息库(MIB):保存所有对象的数据结构

    • DHCP动态主机配置协议:发现协议中的引导文件名、空终止符、属名或者空,DHCP供应协议中的受限目录路径名 Options –可选参数字段,参考定义选择列表中的选择文件

    3、OSI七层模型

    在这里插入图片描述

    数据在网络中传输的过程:
    发送方通过各种封装处理,把数据转换成比特流的形式,比特流在信号传输的硬件媒介中传输,接收方再把比特流进行解封装处理。


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    展开全文
  • 网络通信协议(互联网协议)

    千次阅读 2019-08-19 15:00:13
    一、操作系统基础 操作系统:(Operating System,简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件...2.1 互联网的本质就是一系列的网络协议 一台硬设有了操作系统,然后装上软件你就可以正常使用了,然而你也只能自己使用 像...

    一、操作系统基础

    操作系统:(Operating System,简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序,是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件,任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。
    注:计算机(硬件)->OS->应用软件

    二、网络通信原理

    2.1 互联网的本质就是一系列的网络协议

    一台硬设有了操作系统,然后装上软件你就可以正常使用了,然而你也只能自己使用
    像这样,每个人都拥有一台自己的机器,然而彼此孤立。
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    如何能大家一起玩耍
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    然而internet为何物?

    其实两台计算机之间通信与两个人打电话之间通信的原理是一样的(中国有很多地区,不同的地区有不同的方言,为了全中国人都可以听懂,大家统一讲普通话)
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    普通话属于中国国内人与人之间通信的标准,那如果是两个国家的人交流呢?
    在这里插入图片描述
    问题是,你不可能要求一个人/计算机掌握全世界的语言/标准,于是有了世界统一的通信标准:英语
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    结论:英语成为世界上所有人通信的统一标准,如果把计算机看成分布于世界各地的人,那么连接两台计算机之间的internet实际上就是一系列统一的标准,这些标准称之为互联网协议,互联网的本质就是一系列的协议,总称为“互联网协议”(Internet Protocol Suite)。

    2.2 osi七层协议

    互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层
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    2.3 tcp/ip五层模型讲解

    我们将应用层,表示层,会话层并作应用层,从tcp/ip五层协议的角度来阐述每层的由来与功能,搞清楚了每层的主要协议。就理解了整个互联网通信的原理。首先,用户感知到的只是最上面一层应用层,自上而下每层都依赖于下一层,所以我们从最下一层开始切入,比较好理解。每层都运行特定的协议,越往上越靠近用户,越往下越靠近硬件。

    1>> 物理层

    物理层由来:上面提到,孤立的计算机之间要想一起玩,就必须接入internet,言外之意就是计算机之间必须完成组网。
    在这里插入图片描述
    物理层功能:主要是基于电器特性发送高低电压(电信号),高电压对应数字1,低电压对应数字0。

    2>> 数据链路层

    数据链路层由来:单纯的电信号0和1没有任何意义,必须规定电信号多少位一组,每组什么意思?

    数据链路层功能:定义了电信号的分组方式。

    以太网协议:
    早期的时候各个公司都有自己的分组方式,后来形成了统一的标准,即以太网协议ethernet。
    ethernet规定:

    • 一组电信号构成一个数据包,叫做‘帧’
    • 每一数据帧分成:报头head和数据data两部分
    headdata
    源地址、目的地址、数据类型数据包具体内容
    固定18个字节最短46字节,最长1500字节

    mac地址:
    head中包含的源和目标地址由来:ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡,发送端和接收端的地址便是指网卡的地址,即mac地址。
    mac地址:每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址,长度为48位2进制,通常由12位16进制数表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)
    在这里插入图片描述
    广播:
    有了mac地址,同一网络内的两台主机就可以通信了(一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址)
    ethernet采用最原始的方式,广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠吼。
    在这里插入图片描述

    3>>网络层

    网络层由来:有了ethernet、mac地址、广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了,问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的,那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式,那么一台机器发送的包全世界都会收到,这就不仅仅是效率低的问题了,这会是一种灾难!
    在这里插入图片描述
    上图结论:必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,哪些不是,如果是就采用广播的方式发送,如果不是,就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关。

    网络层功能:引入一套新的地址用来区分不同的广播域/子网,这套地址即网络地址。

    IP协议:

    • 规定网络地址的协议叫ip协议,它定义的地址称之为ip地址,广泛采用的v4版本即ipv4,它规定网络地址由32位2进制表示
    • 范围0.0.0.0-255.255.255.255
    • 一个ip地址通常写成四段十进制数,例:172.16.10.1

    ip地址分成两部分:

    • 网络部分:标识子网
    • 主机部分:标识主机

    注意:单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类,从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

    例:172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

    子网掩码:
    所谓”子网掩码”,就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址,也是一个32位二进制数字,它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.10.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。

    知道”子网掩码”,我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。

    比如,已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0,请问它们是否在同一个子网络?两者与子网掩码分别进行AND运算,

    172.16.10.1:10101100.00010000.00001010.000000001

    255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

    AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

    172.16.10.2:10101100.00010000.00001010.000000010

    255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000

    AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0

    结果都是172.16.10.0,因此它们在同一个子网络。

    总结一下,IP协议的作用主要有两个,一个是为每一台计算机分配IP地址,另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

    4>>传输层

    传输层的由来:网络层的ip帮我们区分子网,以太网层的mac帮我们找到主机,然后大家使用的都是应用程序,你的电脑上可能同时开启qq,暴风影音,等多个应用程序,那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机,如何标识这台主机上的应用程序,答案就是端口,端口即应用程序与网卡关联的编号。

    传输层功能:建立端口到端口的通信。

    tcp三次握手和四次挥手:
    在这里插入图片描述

    5>>应用层

    应用层由来:用户使用的都是应用程序,均工作于应用层,互联网是开发的,大家都可以开发自己的应用程序,数据多种多样,必须规定好数据的组织形式 。

    应用层功能:规定应用程序的数据格式。

    例:TCP协议可以为各种各样的程序传递数据,比如Email、WWW、FTP等等。那么,必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式,这些应用程序协议就构成了”应用层”。

    6>>socket

    我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提能能够唯一的标示一个进程,在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程,但PID只在本地唯一,网络中的两个进程PID冲突几率很大,这时候我们需要另辟它径了,我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机,而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程,这样我们可以利用ip地址+协议+端口号唯一标示网络中的一个进程。

    能够唯一标示网络中的进程后,它们就可以利用socket进行通信了,什么是socket呢?我们经常把socket翻译为套接字,socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层,它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

    在这里插入图片描述

    三、网络通信流程

    五层协议应用(举例)
    应用层HTTP(浏览器)默认端口是80
    传输层TCP协议,需要设置双方的端口
    网络层IP协议,需要设置双方的路由IP(与网络有关)
    数据链路层以太网协议,需要设置双方的mac地址(与网络无关)
    物理层数字信号

    mac地址,也叫硬件地址,与网络无关。比如两台电脑直接通信。
    IP地址基于逻辑,比较灵活,不受硬件限制,也容易记忆。

    四、TCP/IP协议

    由于TCP(传输层)和IP(网络层)非常重要,所以互联网协议又称为TCP/IP协议。

    IP表示:网络地址
    TCP表示:传输控制协议
    UDP表示:用户数据报协议

    TCP建立连接要进行3次握手:

    • 主机A 通过向主机B发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B,向主机B请求建立连接,通过这个数据段,主机A告诉主机B两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我?
    • 主机B收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事:我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用序列号作为起始数据段来回应我!
    • 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B的数据段:“我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了”

    TCP断开连接要进行4次:

    • 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求
    • 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1
    • 由B端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1
    • 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束

    由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础。

    UDP协议:

    • UDP是一个非连接的协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。
    • 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
    • UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
    • 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
    • UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表(这里面有许多参数)。
    • UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。

    我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常,其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包,然后对方主机确认收到数据包,如果数据包是否到达的消息及时反馈回来,那么网络就是通的。

    TCP与UDP的区别:

    • 基于连接与无连接;
    • 对系统资源的要求(TCP较多,UDP少);
    • UDP程序结构较简单;
    • 流模式与数据报模式 ;
    • TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,TCP保证数据顺序,UDP不保证。

    UDP应用场景:

    • 面向数据报方式
    • 网络数据大多为短消息
    • 拥有大量Client
    • 对数据安全性无特殊要求
    • 网络负担非常重,但对响应速度要求高
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  • 本文主要是给大家梳理一下目前市面上常用的一些无线通讯协议标准,帮助大家了解一下不同的无线网络技术由来和各自特点。 首先说一下IEEE 802.15.4,IEEE 802.15.4是一种技术标准,目前常用的无线通讯协议大多数是在...

    本文主要是给大家梳理一下目前市面上常用的一些无线通讯协议标准,帮助大家了解一下不同的无线网络技术由来和各自特点。
    首先说一下IEEE 802.15.4,IEEE 802.15.4是一种技术标准,目前常用的无线通讯协议大多数是在802.15.4标准规定的底层协议基础上,开发的上层协议而演变出来的,它规定了低速率无线个域网 (LR-WPAN)的物理层和媒体访问控制 ,并由IEEE 802.15工作组维护,该工作组在2003年定义了该标准。它是Zigbee的基础,另外像诸如 ISA100.11a ,WirelessHART , WIA-PA , 6LoWPAN 和SNAP规范,每个标准规范都是通过开发IEEE 802.15.4中未定义的上层进一步扩展了标准。类似于以上几种协议标准,Lora是基于IEEE802.15.4g标准进行了上层标准的扩展定义,而IEEE802.15.4g是在IEEE802.15.4基础上对物理层和MAC层做了调整。除此之外wifi是基于IEEE802.11b标准创建的一种无线局域网技术,通常使用2.4G UHF或者5G SHF ISM射频频段。IEEE 802.15.1是由 IEEE 制定的一种蓝牙无线通信规范标准,应用于无线个人区域网(WPAN)。可以说原版IEEE802.15.1来源于蓝牙规范并与蓝牙1.1完全兼容使用。
    接下来我们详细说一下目前在工业物联网和消费电子领域应用比较广泛的几种无线技术,有ZigBee、WirelessHart、WIA-PA、Lora、WiFi、蓝牙bluetooth、NB-IOT、BeeLPW-T。
    ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定,ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。在工业领域的典型应用是中国油气田生产物联网自动化采集控制设备规范中明确物理层、链路层、网络层采用ZigBee通讯协议,应用层通讯采用A11-GRM通讯协议。
    WirelessHART是第一个专门为过程工业而设计的开放的可互操作的无线通讯标准,满足了工业工厂对于可靠、强劲、安全的无线通讯方式的迫切需求。作为HART7技术规范的一部分,除了保持现有HART设备、命令和工具的能力,它增加了HART协议的无线能力。国际电工委员会于2010年4月批准发布了完全国际化的WirelessHART标准IEC 62591(Ed.1.0),是第一个过程自动化领域的无线传感器网络国际标准。该网络同样使用运行在2.4GHz频段上的无线电IEEE802.15.4标准,采用直接序列扩频(DSSS)、通信安全与可靠的信道跳频、时分多址同步、网络上设备间延控通信等技术,WirelessHART标准协议主要应用于工厂自动化领域和过程自动化领域,弥补了高可靠、低功耗及低成本的工业无线通信市场的空缺。典型应用以Emerson为例,从2010年就已经开始供应WirelessHART兼容产品,从压力、流量、液位、温度、振动、pH测量等各类仪表变送器到网关节点等,逐渐有了品类齐全的无线类工业仪表产品系列。
    WIA-PA标准是具有我国自主知识产权、符合我国工业应用国情的一种无线标准体系,2008年10月,该规范获得了国际电工委员会(IEC)全体成员国96%的投票,成为与Wireless HART被同时承认的两个国际标准化文件之一。WIA-PA同样基于IEEE802.15.4标准,通讯速率250kbps,频段2.4GHz,工业室内通讯距离200m,室外环境可达800m,数据可靠性大于99%,自适应跳频技术,避免干扰,冗余路由技术,自组织修复网络。同时支持HART命令,兼容WirelessHART标准。典型应用是中科院沈阳自动化研究所提供技术支持参与合作的在国内辽河油田、吉林油田、大庆油田、新疆油田等现场的远程油井监测控制系统。
    LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线协议,基于IEEE 802.15.4g标准,它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远,实现了低功耗和远距离的统一,它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。Lora的工作频率在ISM 频段,包括433、868、915 MHz。
    WiFi俗称无线宽带,又叫802.11b标准,工作在2.4GHz或者5GHz频段,最高传输速率能达到11Mbps,网络覆盖范围最高可达300m,适合办公室和楼内区域使用。由于WiFi技术在结构上与以太网完全一致,所以能够将WLAN集成到已有的宽带网络中,也能够将已有的宽带业务集成到WLAN中,这样,就可以利用已有的宽带有线接入资源,迅速地部署WLAN网络,形成无缝覆盖。
    蓝牙是一种短距离无线通信的技术规范,它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线线缆连接。在制定蓝牙规范之初,就建立了统一全球的目标,向全球公开发布工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学(ISM)频段。从目前的应用看,蓝牙体积小、功率低,其应用早已不局限于计算机外设,可以集成到任何数字设备中,尤其是对数据传输速率要求不高的移动设备。蓝牙有几大特点,一是全球范围适用,无需申请许可证,二是同时可传输语音和数据,三是可以建立临时性对等连接,四是具有很好的抗干扰能力。
    窄带物联网(NB-IOT)是国际移动通信标准化组织为了应对日渐强烈的物联网需求,制订的一个新的蜂窝物联网的标准(CIOT),这个新标准要实现超强覆盖、超低功耗、超低成本、超大连接。NB-IOT是一个空中接口标准,主要是用在终端与基站之间的约定,包括物理层和数据链路层的一些设计规定。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180kHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。
    BeeLPW-T是必创科技聚焦工业场景应用,基于IEEE802.15.4标准自主开发的一种无线通信协议,具有同步精度高、功耗低、网络自恢复等优点。大容量的同步网络节点数量和多跳能力,可为工业现场的网络覆盖及节点架设提供强大的网络协议支撑。该协议具有的天然物联网基因,能以更优的功耗将传感器的感知层数据传输至云端,较往代产品效率提高近四倍。
    1、更高速灵敏的反馈
    基于高精度的网络同步性能,所有设备可以工作在最优的功耗状态下,保持全网秒级的响应速度,可以满足绝大多数尤其是具有边缘计算能力低功耗设备的需求。
    2、更丰富的应用方式
    同步网络下的节点,真正实现协同工作,赋予数据在无线应用中时间的属性,无论星型,树状等网络模式,均可满足各种设备密度、覆盖距离的应用要求。
    3、更低的维护成本
    协议可以随意切换周期采样及大数据采集状态 ,针对不同工况及应用需要,兼容有线状态分析系统的采集需求;时间同步及低功耗设计,在确保网络运行精准的同时,降低了设备的无效工作时间,使得设备整体更加简练、高效。更低的功耗,可改善设备的维护周期,降低维护难度和平均维护成本,为客户提供一个安心可靠并几近无感的防护体验。

    最后附表总结一下几种典型无线技术标准的特点区别:

    NB-IOT	LoRa	Zigbee	WIFI	bluetooth	BeeLPW-T	WIAPA
    

    组网方式 基于现有蜂窝组网 基于LoRa网关 基于Zigbee网关 基于无线路由器 基于蓝牙Mesh网关 基于BeeLPW-T网关 基于WIA-PA网关
    网络部署方式 节点 节点+网关
    受现场遮挡影响 节点+网关 节点+路由器 节点-节点 节点+中继+网关 节点+中继+网关
    传输距离 远距离,基站覆盖10公里以上 远距离,可达十几公里 短距离
    10-100m 短距离50米 10米 不含中继200m 不含中继200m
    单网接入节点容量 约20万 理论约6万,实际500-5000 理论6万,一般200-500个 约50个 理论6万 理论5000通道 理论6万,一般200-500个
    电池续航 理论10年/AA电池 理论10年/AA电池 理论约2年/AA电池 数小时 数天 理论约2年/AA电池 理论约2年/AA电池
    成本 30-70元 30-40元 5-15元 模块约7-8s 小于10元
    频段 License频段
    运营商频段 unLicense频段
    Sub-GHZ(433/868/915MHz) unLicense频段
    2.4GHz 2.4G和5G 2.4G unLicense频段
    2.4GHz unLicense频段
    2.4GHz
    传输速度 理论160kbps-250kbps
    实际小于100kbps 0.3-50kbps 理论250kbps,实际小于100kbps 2.4G:1-11Mbps
    5G:1-500Mbps 1M 理论250kbps 理论250kbps
    网络时延 6-10s TBD <1s <1s <1s <1s <1s
    适合领域 户外 户外,工厂 工厂,室内 办公室,工厂 移动设备 工厂,车间 工厂,车间
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