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  • 包块是什么引起的
    千次阅读
    2021-04-27 10:38:17

    示例

    Python使用缩进来定义控制和循环构造。这有助于提高Python的可读性,但是,它要求程序员密切注意空白的使用。因此,编辑器校准错误可能会导致代码行为异常。

    Python使用冒号(:)和缩进来显示代码块的开始和结束位置(如果您来自另一种语言,请不要将其与某种与三元运算符相关的混淆)。也就是说,Python中的块(例如函数,循环,if子句和其他构造)没有结尾标识符。所有块均以冒号开头,然后在其下方包含缩进线。

    例如:

    def my_function():    #这是一个函数定义。注意冒号(:)

    a = 2             # 该行属于函数,因为它已缩进

    return a          # 该行也属于同一功能

    print(my_function())  # 该行在功能块之外

    要么

    if a > b:             # 如果块从这里开始

    print(a)          # 这是if块的一部分

    else:                 # 否则必须处于与

    print(b)          # 该行是else块的一部分

    尽管通常不认为这种形式是好的样式,但是可以只将包含单行语句的块放在同一行上:

    if a > b: print(a)

    else: print(b)

    试图与多条语句会更多地做到这一点不工作:

    if x > y: y = x

    print(y) # IndentationError:意外缩进

    if x > y: while y != z: y -= 1  # SyntaxError:语法无效

    空块会导致IndentationError。pass当您没有任何内容的块时,请使用(不执行任何操作的命令):

    def will_be_implemented_later():

    pass

    空格与制表符

    简而言之:始终使用4个空格进行缩进。

    仅可以使用制表符,但是PEP 8(Python代码的样式指南)指出,最好使用空格。

    Python 3.x 3.0

    Python 3不允许混合使用制表符和空格进行缩进。在这种情况下,将生成编译时错误:Inconsistent use of tabs and spaces in indentation并且该程序将无法运行。

    Python 2.x 2.7

    Python 2允许在缩进中混合制表符和空格;强烈建议不要这样做。制表符将先前的缩进完成为8个空格的倍数。由于通常将编辑器配置为将选项卡显示为4个空格的倍数,因此这可能会导致细微的错误。

    引用PEP 8:使用该-t选项调用Python 2命令行解释器时,它会发出有关非法混用制表符和空格的代码的警告。使用-tt这些警告时会出错。强烈建议您使用这些选项!

    许多编辑器都有“制表符到空格”配置。配置编辑器时,应区分制表符('\ t')和Tab键。制表符应配置为显示8个空格,以匹配语言语义-至少在(偶然)混合缩进是可能的情况下。编辑者还可以自动将制表符转换为空格。

    但是,配置编辑器可能会有所帮助,以便按该Tab键将插入4个空格,而不是插入制表符。

    可以使用autopep8使混合使用制表符和空格或缩进空格数量不标准的Python源代码符合pep8的要求。(大多数Python安装附带一个功能较弱的替代方法:reindent.py)

    更多相关内容
  • CSS概念之包含(containing block)

    千次阅读 2014-08-31 21:04:00
    Firefox 浏览器对 TABLE 中绝对定位元素包含的判定有错误,某些情况下会导致绝对定位元素位置跟其他浏览器中有差异 RM8014: IE6 IE7 IE8(Q) 中某些情况下浮动元素会在其浮动方向溢出其包含

    原文摘自:http://www.w3help.org/zh-cn/kb/008/

    包含块简介

    在 CSS2.1 中,很多框的定位和尺寸的计算,都取决于一个矩形的边界,这个矩形,被称作是包含块( containing block )。 一般来说,(元素)生成的框会扮演它子孙元素包含块的角色;我们称之为:一个(元素的)框为它的子孙节点建造了包含块。包含块是一个相对的概念。

    <div>
        <table>
            <tr>
                <td>hi</td>
            </tr>
        </table>
    </div>

    以上代码为例,DIV 和 TABLE 都是包含块。DIV 是 TABLE 的包含块,同时 TABLE 又是 TD 的包含块,不是绝对的。

    “一个框的包含块”,指的是“该框所存在的那个包含块”,并不是它建造的包含块。比如,上述代码中,TABLE 的包含块,说的是 DIV 建造的包含块,而不是 TABLE 自身建造的包含块。TABLE 建造的包含块,可以称作 TD 的包含块。

    每个框关于它的包含块都有一个位置,但是它不会被包含块限制;它可以溢出(包含块)。包含块上可以通过设置 'overflow' 特性达到处理溢出的子孙元素的目的。

    包含块的概念很重要,因为可视化格式模型中很多的理论性知识都跟这个概念有关系,比如,宽度高度自动值的计算,浮动元素的定位,绝对定位元素的定位等等。不了解包含块,就掌握不好以它为基础的后续理论。

    包含块判定及其范围

    由上面内容可知,元素框的定位和尺寸与其包含块有关,而元素会为它的子孙元素创建包含块。

    那么,是不是说,元素的包含块就是它的父元素呢?包含块的区域是不是父元素的内容区域呢? 答案是否定的。此节中,将给出各类元素包含块的判断以及包含块的区域范围。 如果不存在符合判断标准的祖先元素,那么元素的包含块就是初始包含块。

    包含块判定总流程图如下:

    根元素

    根元素,就是处于文档树最顶端的元素,它没有父节点。

    根元素存在的包含块,被叫做初始包含块 (initial containing block)。具体,跟用户端有关。

    • 在 (X)HTML 中,根元素是 html 元 素(尽管有的浏览器会不正确地使用 body 元素)。
    • 而初始包含块的 direction 属性与根元素相同。

    静态定位元素和相对定位元素

    如果该元素的定位(position)为 "relative" (相对定位)或者 "static"(静态定位),它的包含块由它最近的块级(即display属性为“block”,“list-item”,“table”)、单元格(table cell)或者行内块(inline-block)祖先元素的content区域 内容框1创建。

    元素如果未声明 'position' 特性,那么就会采用 'position' 的默认值 "static"。

    <table id="table1">
      <tr>
          <td id="td1">
              <div id="div1" style="padding:20px;border:1px solid red;">
                   <span>
                       <strong id=”greed” style="position:relative;">greed is</strong>
                       good 999999
                  </span>
              </div>
          </td>
      </tr>
    </table>

    包含块关系表:

    元素 包含块
    table1body
    td1table1
    div1td1
    greeddiv1

    SPAN 元素中包含的文本在 div1 中的位置可以看出,div1 创建的包含块的区域是它的内容边界,也就是内边界。

    固定定位元素

    如果元素是固定定位 ("position:fixed") 元素,那么它的包含块是当前可视窗口2

    绝对定位元素

    总的来说,绝对定位("position: absolute")元素的包含块由离它最近的 'position' 属性为 'absolute'、'relative' 或者 'fixed' 的祖先元素创建。

    若没有,则包含块为初始包含块。


    如果其祖先元素是行内元素,则包含块取决于其祖先元素的 'direction' 特性

    1). 如果 'direction' 是 'ltr',包含块的顶、左边是祖先元素生成的第一个框的顶、左内边距边界(padding edges) ,右、下边是祖先元素生成的最后一个框的右、下内边距边界(padding edges)

    示例代码:

    <p style="border:1px solid red; width:200px; padding:20px;">
        T
        <span style="background-color:#C0C0C0; position:relative;">
                这段文字从左向右排列,红 XX 和 蓝 XX 和黄 XX 都是绝对定位元素,它的包含块是相对定位的SPAN。 可以通过它们绝对定位的位置来判断它们包含块的边缘。
                <em style="position:absolute; color:red; top:0; left:0;">XX</em>
                <em style="position:absolute; color:yellow; top:20px; left:0;">XX</em>
                <em style="position:absolute; color:blue; bottom:0; right:0;">XX</em>
        </span>
    </p>

    以上代码中,文字采取默认从左到右的方式排列。红 XX 和 蓝 XX 和黄 XX 都是绝对定位元素,它的包含块是相对定位的 SPAN。 它们定位需要参照包含块,按照标准来说,它们包含块的左顶边是 SPAN 形成的第一个框(即第一行的灰色部分)的顶、左内边距边,包含块的右、下边是 SPAN 生成的最后一个框(最后一行灰色的部分)的右、下内边距边界。

    示意图:

    行内元素内形成的包含块,在各浏览器中各不相同,存在兼容性问题。可以通过上面的例子可以证明这一点。蓝色的 "XX" 的位置在各浏览器中都不一样。

    包含块的宽度可能是的。

    示例代码:

    <p style="border:1px solid red; width:200px; padding:20px;">
        TEXT TEXT TEXT
        <span style="background-color:#C0C0C0; position:relative;">
            这段文字从左向右排列,红 XX 和 蓝 XX 和黄 XX 都是绝对定位元素,它的包含块是相对定位的SPAN。 可以通过它们绝对定位的位置来判断它们包含块的边缘。
            <em style="position:absolute; color:red; top:0; left:0;">XX</em>
            <em style="position:absolute; color:yellow; top:20px; left:0;">XX</em>
            <em style="position:absolute; color:blue; bottom:0; right:0;">XX</em>
        </span>
    </p>

    示意图:

    以上的边界无法围成一个区域,在这种情况下,包含块的宽度是负的。

    2). 如果 'direction' 是 'rtl',包含块的顶、右边是祖先元素生成的第一个框的顶、右内边距边界 (padding edges) ,左、下边是祖先元素生成的最后一个框的左、下内边距边界 (padding edges)

    示例代码:

    <p style="border:1px solid red; width:200px; padding:20px; direction:rtl;">
        T
        <span style="background-color:#C0C0C0; position:relative;">
             这段文字从右向左排列,红 XX 和 蓝 XX 和黄 XX 都是绝对定位元素,它的包含块是相对定位的SPAN。可以通过它们绝对定位的位置来判断它们……
            <em style="position:absolute; color:red; top:0; left:0;">XX</em>
            <em style="position:absolute; color:yellow; top:20px; left:0;">XX</em>
            <em style="position:absolute; color:blue; bottom:0; right:0;">XX</em>
        </span>
    </p>

    示意图:

    其他情况下,如果祖先元素不是行内元素,那么包含块的区域应该是祖先元素的(padding edges)内边距边界

    示例代码:

    <div id="container" style="padding:50px; background-color:#c0c0c0; position:relative; width:200px; height:200px;">
        <div id="div1" style="width:100%; height:100%; border:2px solid blue;">
            <div id="content" style="border:1px solid red; position:absolute; left:0; top:0;">absolute element</div>
        </div>
    </div>

    以上代码中,content 的父元素虽是 div1,但按照标准它的包含块应该是 container。


    注:

    1. 关于内容框,请参照: W3Help - KB006: CSS 框模型( Box module )
    2. 见 W3Help - KB007: 可视化格式模型( visual formatting model )简介中的视口( viewport )

    引申阅读

    相关浏览器对包含块判定引起的兼容性问题,可以参考:



    展开全文
  • 如何定义,关键字是什么

    千次阅读 2021-03-04 08:44:42
    3) return 返回 return 关键字会导致方法返回到调用它的方法,从而传递与返回方法的返回类型匹配的值。 如果方法具有非 void 的返回类型,return 语句必须具有相同或兼容类型的参数。 返回值两侧的括号是可选的。 4...

    展开全部

    Java关键字及其作用

    一、 关键字总览:

    访问控制

    private

    protected

    public

    类62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333363363434,方法和变量修饰符

    abstract

    class

    extends

    final

    implements

    interface

    native

    new

    static

    strictfp

    synchronized

    transient

    volatile

    程序控制

    break

    continue

    return

    do

    while

    if

    else

    for

    instanceof

    switch

    case

    default

    错误处理

    try

    cathc

    throw

    throws

    包相关

    import

    package

    基本类型

    boolean

    byte

    char

    double

    float

    int

    long

    short

    null

    true

    false

    变量引用

    super

    this

    void

    保留字

    goto

    const

    二、 详细解释

    1. 访问控制

    1) private 私有的

    private 关键字是访问控制修饰符,可以应用于类、方法或字段(在类中声明的变量)。 只能在声明 private(内部)类、方法或字段的类中引用这些类、方法或字段。在类的外部或者对于子类而言,它们是不可见的。 所有类成员的默认访问范围都是 package 访问,也就是说,除非存在特定的访问控制修饰符,否则,可以从同一个包中的任何类访问类成员。

    2) protected 受保护的

    protected 关键字是可以应用于类、方法或字段(在类中声明的变量)的访问控制修饰符。可以在声明 protected 类、方法或字段的类、同一个包中的其他任何类以及任何子类(无论子类是在哪个包中声明的)中引用这些类、方法或字段。所有类成员的默认访问范围都是 package 访问,也就是说,除非存在特定的访问控制修饰符,否则,可以从同一个包中的任何类访问类成员。

    3) public 公共的

    public 关键字是可以应用于类、方法或字段(在类中声明的变量)的访问控制修饰符。 可能只会在其他任何类或包中引用 public 类、方法或字段。所有类成员的默认访问范围都是 package 访问,也就是说,除非存在特定的访问控制修饰符,否则,可以从同一个包中的任何类访问类成员。

    2. 类、方法和变量修饰符

    1) abstract 声明抽象

    abstract关键字可以修改类或方法。abstract类可以扩展(增加子类),但不能直接实例化。abstract方法不在声明它的类中实现,但必须在某个子类中重写。采用 abstract方法的类本来就是抽象类,并且必须声明为abstract。

    2) class类

    class 关键字用来声明新的 Java 类,该类是相关变量和/或方法的集合。类是面向对象的程序设计方法的基本构造单位。类通常代表某种实际实体,如几何形状或人。类是对象的模板。每个对象都是类的一个实例。要使用类,通常使用 new 操作符将类的对象实例化,然后调用类的方法来访问类的功能。

    3) extends 继承、扩展

    extends 关键字用在 class 或 interface 声明中,用于指示所声明的类或接口是其名称后跟有 extends 关键字的类或接口的子类。子类继承父类的所有 public 和 protected 变量和方法。 子类可以重写父类的任何非 final 方法。一个类只能扩展一个其他类。

    4) final 最终、不可改变

    final 关键字可以应用于类,以指示不能扩展该类(不能有子类)。final 关键字可以应用于方法,以指示在子类中不能重写此方法。一个类不能同时是 abstract 又是 final。abstract 意味着必须扩展类,final 意味着不能扩展类。一个方法不能同时是 abstract 又是 final。abstract 意味着必须重写方法,final 意味着不能重写方法。

    5) implements实现

    implements 关键字在 class 声明中使用,以指示所声明的类提供了在 implements 关键字后面的名称所指定的接口中所声明的所有方法的实现。类必须提供在接口中所声明的所有方法的实现。一个类可以实现多个接口。

    6) interface 接口

    interface 关键字用来声明新的 Java 接口,接口是方法的集合。

    接口是 Java 语言的一项强大功能。任何类都可声明它实现一个或多个接口,这意味着它实现了在这些接口中所定义的所有方法。

    实现了接口的任何类都必须提供在该接口中的所有方法的实现。一个类可以实现多个接口。

    7) native 本地

    native 关键字可以应用于方法,以指示该方法是用 Java 以外的语言实现的。

    8) new 新,创建

    new 关键字用于创建类的新实例。

    new 关键字后面的参数必须是类名,并且类名的后面必须是一组构造方法参数(必须带括号)。

    参数集合必须与类的构造方法的签名匹配。

    = 左侧的变量的类型必须与要实例化的类或接口具有赋值兼容关系。

    9) static 静态

    static 关键字可以应用于内部类(在另一个类中定义的类)、方法或字段(类的成员变量)。

    通常,static 关键字意味着应用它的实体在声明该实体的类的任何特定实例外部可用。

    static(内部)类可以被其他类实例化和引用(即使它是顶级类)。在上面的示例中,另一个类中的代码可以实例化 MyStaticClass 类,方法是用包含它的类名来限定其名称,如 MyClass.MyStaticClass。

    static 字段(类的成员变量)在类的所有实例中只存在一次。

    可以从类的外部调用 static 方法,而不用首先实例化该类。这样的引用始终包括类名作为方法调用的限定符。

    模式:public final static varName = ; 通常用于声明可以在类的外部使用的类常量。在引用这样的类常量时需要用类名加以限定。在上面的示例中,另一个类可以用 MyClass.MAX_OBJECTS 形式来引用 MAX_OBJECTS 常量。

    10) strictfp 严格,精准

    strictfp的意思是FP-strict,也就是说精确浮点的意思。在Java虚拟机进行浮点运算时,如果没有指定strictfp关键字时,Java的编译器以及运行环境在对浮点运算的表达式是采取一种近似于我行我素的行为来完成这些操作,以致于得到的结果往往无法令人满意。而一旦使用了strictfp来声明一个类、接口或者方法时,那么所声明的范围内Java的编译器以及运行环境会完全依照浮点规范IEEE-754来执行。因此如果想让浮点运算更加精确,而且不会因为不同的硬件平台所执行的结果不一致的话,那就请用关键字strictfp。

    可以将一个类、接口以及方法声明为strictfp,但是不允许对接口中的方法以及构造函数声明strictfp关键字

    11) synchronized线程、同步

    synchronized 关键字可以应用于方法或语句块,并为一次只应由一个线程执行的关键代码段提供保护。

    synchronized 关键字可防止代码的关键代码段一次被多个线程执行。

    如果应用于静态方法,那么,当该方法一次由一个线程执行时,整个类将被锁定。

    如果应用于实例方法,那么,当该方法一次由一个线程访问时,该实例将被锁定。

    如果应用于对象或数组,当关联的代码块一次由一个线程执行时,对象或数组将被锁定。

    12) transient 短暂

    transient 关键字可以应用于类的成员变量,以便指出该成员变量不应在包含它的类实例已序列化时被序列化。

    当一个对象被串行化的时候,transient型变量的值不包括在串行化的表示中,然而非transient型的变量是被包括进去的。

    Java的serialization提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时,可能有一个特殊的对象数据成员,我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization,可以在这个域前加上关键字transient。

    transient是Java语言的关键字,用来表示一个域不是该对象串行化的一部分。当一个对象被串行化的时候,transient型变量的值不包括在串行化的表示中,然而非transient型的变量是被包括进去的。

    13) volatile 易失

    volatile 关键字用于表示可以被多个线程异步修改的成员变量。

    注意:volatile 关键字在许多 Java 虚拟机中都没有实现。 volatile 的目标用途是为了确保所有线程所看到的指定变量的值都是相同的。

    Java 语言中的 volatile 变量可以被看作是一种 “程度较轻的 synchronized”;与 synchronized 块相比,volatile 变量所需的编码较少,并且运行时开销也较少,但是它所能实现的功能也仅是 synchronized 的一部分。

    3. 程序控制语句

    1) break 跳出,中断

    break 关键字用于提前退出 for、while 或 do 循环,或者在 switch 语句中用来结束 case 块。

    break 总是退出最深层的 while、for、do 或 switch 语句。

    2) continue 继续

    continue 关键字用来跳转到 for、while 或 do 循环的下一个迭代。

    continue 总是跳到最深层 while、for 或 do 语句的下一个迭代。

    3) return 返回

    return 关键字会导致方法返回到调用它的方法,从而传递与返回方法的返回类型匹配的值。

    如果方法具有非 void 的返回类型,return 语句必须具有相同或兼容类型的参数。

    返回值两侧的括号是可选的。

    4) do 运行

    do 关键字用于指定一个在每次迭代结束时检查其条件的循环。

    do 循环体至少执行一次。

    条件表达式后面必须有分号。

    5) while 循环

    while 关键字用于指定一个只要条件为真就会重复的循环。

    6) if 如果

    if 关键字指示有条件地执行代码块。条件的计算结果必须是布尔值。

    if 语句可以有可选的 else 子句,该子句包含条件为 false 时将执行的代码。

    包含 boolean 操作数的表达式只能包含 boolean 操作数。

    7) else 否则

    else 关键字总是在 if-else 语句中与 if 关键字结合使用。else 子句是可选的,如果 if 条件为 false,则执行该子句。

    8) for 循环

    for 关键字用于指定一个在每次迭代结束前检查其条件的循环。

    for 语句的形式为 for(initialize; condition; increment)

    控件流进入 for 语句时,将执行一次 initialize 语句。

    每次执行循环体之前将计算 condition 的结果。如果 condition 为 true,则执行循环体。

    每次执行循环体之后,在计算下一个迭代的 condition 之前,将执行 increment 语句。

    9) instanceof 实例

    instanceof 关键字用来确定对象所属的类。

    10) switch 观察

    switch 语句用于基于某个表达式选择执行多个代码块中的某一个。

    switch 条件的计算结果必须等于 byte、char、short 或 int。

    case 块没有隐式结束点。break 语句通常在每个 case 块末尾使用,用于退出 switch 语句。

    如果没有 break 语句,执行流将进入所有后面的 case 和/或 default 块。

    11) case 返回观察里的结果

    case 用来标记 switch 语句中的每个分支。

    case 块没有隐式结束点。break 语句通常在每个 case 块末尾使用,用于退出 switch 语句。

    如果没有 break 语句,执行流将进入所有后面的 case 和/或 default 块。

    12) default 默认

    default 关键字用来标记 switch 语句中的默认分支。

    default 块没有隐式结束点。break 语句通常在每个 case 或 default 块的末尾使用,以便在完成块时退出 switch 语句。

    如果没有 default 语句,其参数与任何 case 块都不匹配的 switch 语句将不执行任何操作。

    4. 错误处理

    1) try 捕获异常

    try 关键字用于包含可能引发异常的语句块。

    每个 try 块都必须至少有一个 catch 或 finally 子句。

    如果某个特定异常类未被任何 catch 子句处理,该异常将沿着调用栈递归地传播到下一个封闭 try 块。如果任何封闭 try 块都未捕获到异常,Java 解释器将退出,并显示错误消息和堆栈跟踪信息。

    2) catch 处理异常

    catch 关键字用来在 try-catch 或 try-catch-finally 语句中定义异常处理块。

    开始和结束标记 { 和 } 是 catch 子句语法的一部分,即使该子句只包含一个语句,也不能省略这两个标记。

    每个 try 块都必须至少有一个 catch 或 finally 子句。

    如果某个特定异常类未被任何 catch 子句处理,该异常将沿着调用栈递归地传播到下一个封闭 try 块。如果任何封闭 try 块都未捕获到异常,Java 解释器将退出,并显示错误消息和堆栈跟踪信息。

    3) throw 抛出一个异常对象

    throw 关键字用于引发异常。

    throw 语句将 java.lang.Throwable 作为参数。Throwable 在调用栈中向上传播,直到被适当的 catch 块捕获。

    引发非 RuntimeException 异常的任何方法还必须在方法声明中使用 throws 修饰符来声明它引发的异常。

    4) throws 声明一个异常可能被抛出

    throws 关键字可以应用于方法,以便指出方法引发了特定类型的异常。

    throws 关键字将逗号分隔的 java.lang.Throwables 列表作为参数。

    引发非 RuntimeException 异常的任何方法还必须在方法声明中使用 throws 修饰符来声明它引发的异常。

    要在 try-catch 块中包含带 throws 子句的方法的调用,必须提供该方法的调用者。

    5. 包相关

    1) import 引入

    import 关键字使一个包中的一个或所有类在当前 Java 源文件中可见。可以不使用完全限定的类名来引用导入的类。

    当多个包包含同名的类时,许多 Java 程序员只使用特定的 import 语句(没有“*”)来避免不确定性。

    2) package 包

    package 关键字指定在 Java 源文件中声明的类所驻留的 Java 包。

    package 语句(如果出现)必须是 Java 源文件中的第一个非注释性文本。

    例:java.lang.Object。

    如果 Java 源文件不包含 package 语句,在该文件中定义的类将位于“默认包”中。请注意,不能从非默认包中的类引用默认包中的类。

    6. 基本类型

    1) boolean 布尔型

    boolean 是 Java 原始类型。boolean 变量的值可以是 true 或 false。

    boolean 变量只能以 true 或 false 作为值。boolean 不能与数字类型相互转换。

    包含 boolean 操作数的表达式只能包含 boolean 操作数。

    Boolean 类是 boolean 原始类型的包装对象类。

    2) byte 字节型

    byte 是 Java 原始类型。byte 可存储在 [-128, 127] 范围以内的整数值。

    Byte 类是 byte 原始类型的包装对象类。它定义代表此类型的值的范围的 MIN_VALUE 和 MAX_VALUE 常量。

    Java 中的所有整数值都是 32 位的 int 值,除非值后面有 l 或 L(如 235L),这表示该值应解释为 long。

    3) char 字符型

    char 是 Java 原始类型。char 变量可以存储一个 Unicode 字符。

    可以使用下列 char 常量:\b - 空格, \f - 换页, \n - 换行, \r - 回车, \t - 水平制表符, \' - 单引号, \" - 双引号, \\ - 反斜杠, \xxx - 采用 xxx 编码的 Latin-1 字符。\x 和 \xx 均为合法形式,但可能引起混淆。 \uxxxx - 采用十六进制编码 xxxx 的 Unicode 字符。

    Character 类包含一些可用来处理 char 变量的 static 方法,这些方法包括 isDigit()、isLetter()、isWhitespace() 和 toUpperCase()。

    char 值没有符号。

    4) double 双精度

    double 是 Java 原始类型。double 变量可以存储双精度浮点值。

    由于浮点数据类型是实际数值的近似值,因此,一般不要对浮点数值进行是否相等的比较。

    Java 浮点数值可代表无穷大和 NaN(非数值)。Double 包装对象类用来定义常量 MIN_VALUE、MAX_VALUE、NEGATIVE_INFINITY、POSITIVE_INFINITY 和 NaN。

    5) float 浮点

    float 是 Java 原始类型。float 变量可以存储单精度浮点值。

    使用此关键字时应遵循下列规则:

    Java 中的浮点文字始终默认为双精度。要指定单精度文字值,应在数值后加上 f 或 F,如 0.01f。

    由于浮点数据类型是实际数值的近似值,因此,一般不要对浮点数值进行是否相等的比较。

    Java 浮点数值可代表无穷大和 NaN(非数值)。Float 包装对象类用来定义常量 MIN_VALUE、MAX_VALUE、NEGATIVE_INFINITY、POSITIVE_INFINITY 和 NaN。

    6) int 整型

    int 是 Java 原始类型。int 变量可以存储 32 位的整数值。

    Integer 类是 int 原始类型的包装对象类。它定义代表此类型的值的范围的 MIN_VALUE 和 MAX_VALUE 常量。

    Java 中的所有整数值都是 32 位的 int 值,除非值后面有 l 或 L(如 235L),这表示该值应解释为 long。

    7) long 长整型

    long 是 Java 原始类型。long 变量可以存储 64 位的带符号整数。

    Long 类是 long 原始类型的包装对象类。它定义代表此类型的值的范围的 MIN_VALUE 和 MAX_VALUE 常量。

    Java 中的所有整数值都是 32 位的 int 值,除非值后面有 l 或 L(如 235L),这表示该值应解释为 long。

    8) short 短整型

    short 是 Java 原始类型。short 变量可以存储 16 位带符号的整数。

    Short 类是 short 原始类型的包装对象类。它定义代表此类型的值的范围的 MIN_VALUE 和 MAX_VALUE 常量。

    Java 中的所有整数值都是 32 位的 int 值,除非值后面有 l 或 L(如 235L),这表示该值应解释为 long。

    9) null 空

    null 是 Java 的保留字,表示无值。

    将 null 赋给非原始变量相当于释放该变量先前所引用的对象。

    不能将 null 赋给原始类型(byte、short、int、long、char、float、double、boolean)变量。

    10) true 真

    true 关键字表示 boolean 变量的两个合法值中的一个。

    11) false 假

    false 关键字代表 boolean 变量的两个合法值之一。

    7. 变量引用

    1) super 父类,超类

    super 关键字用于引用使用该关键字的类的超类。

    作为独立语句出现的 super 表示调用超类的构造方法。

    super.() 表示调用超类的方法。只有在如下情况中才需要采用这种用法:要调用在该类中被重写的方法,以便指定应当调用在超类中的该方法。

    2) this 本类

    this 关键字用于引用当前实例。

    当引用可能不明确时,可以使用 this 关键字来引用当前的实例。

    3) void 无返回值

    void 关键字表示 null 类型。

    void 可以用作方法的返回类型,以指示该方法不返回值。

    8. 保留字

    正确识别java语言的关键字(keyword)和保留字(reserved word)是十分重要的。Java的关键字对java的编译器有特殊的意义,他们用来表示一种数据类型,或者表示程序的结构等。保留字是为java预留的关键字,他们虽然现在没有作为关键字,但在以后的升级版本中有可能作为关键字。

    识别java语言的关键字,不要和其他语言如c/c++的关键字混淆。

    const和goto是java的保留字。 所有的关键字都是小写

    1) goto 跳转

    goto 保留关键字,但无任何作用。结构化程序设计完全不需要 goto 语句即可完成各种流程,而 goto 语句的使用往往会使程序的可读性降低,所以 Java 不允许 goto 跳转。

    2) const 静态

    const 保留字,是一个类型修饰符,使用const声明的对象不能更新。与final某些类似。

    3) native 本地

    Java不是完美的,Java的不足除了体现在运行速度上要比传统的C++慢许多之外,Java无法直接访问到操作系统底层(如系统硬件等),为此Java使用native方法来扩展Java程序的功能。

    可以将native方法比作Java程序同C程序的接口,其实现步骤:

    1、在Java中声明native()方法,然后编译;

    2、用javah产生一个.h文件;

    3、写一个.cpp文件实现native导出方法,其中需要包含第二步产生的.h文件(注意其中又包含了JDK带的jni.h文件);

    4、将第三步的.cpp文件编译成动态链接库文件;

    5、在Java中用System.loadLibrary()方法加载第四步产生的动态链接库文件,这个native()方法就可以在Java中被访问了。

    摘自 Gary-Huang's blog

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  • 一、以太网 二、协议栈中IP模块的工作方式 1.TCP委托IP模块 2.IP模块的工作方式 三、mac头部 四、何为以太网 1.以太网的定义 2.如何收发以太网 3.以太网接收网络详细 4.收到网络后,协议如何工作 ...

    目录

     

    一、以太网包

    二、协议栈中IP模块的工作方式

    1.TCP委托IP模块

    2.IP模块的工作方式

    三、mac头部

    四、何为以太网

    1.以太网的定义

    2.如何收发以太网包

    3.以太网接收网络包详细

    4.收到网络包后,协议如何工作


    一、以太网包

     

    TCP 模块在执行连接收发断开等各阶段操作时都需要委托 IP 模块将数据封装成包发送给通信对象。我们在 TCP的讲解中也经常提到 IP, 下面就来讨论一下 IP 模块是如何将包发送给对方的。正式开始这个话题之前,我们先来介绍一下关于网络包的一些基本知识。

    首先,包是由头部和数据两部分构成的a)。头部包含目的地址等控制信息,大家可以把它理解为快递包裹的面单头部后面就是委托方要发送给对方的数据,也就相当于快递包裹里的货物一个包发往目的地的过程如图所示。 首先,发送方的网络设备会负责创建包创建包的过程就是生成含有正确控制信息的头部,然后再附加上要发送的数据。接下来,包会被发往最近的网络转发设备当到达最近的转发设备之后转发设备会根据头部中的信息判断接下来应该发往哪里这个过程需要用到一张表这张表里面记录了每一个地址对应的发送方向也就是按照头部里记录的目的地址在表里进行查询并根据查到的信息判断接下来应该发往哪个方向。

    具体来说如图 b所示TCP/IP 包包含如下两个头部。

    a MAC 头部 用于以太网协议
    b IP 头部 用于 IP 协议

      

     
                      
     
     

    比如如果查表的结果是目标地址为 ×××× 的包应该发到 ×××× 号线”,那么转发设备就会把这个包发到 ×××× 号线路去接下来包在向目的地移动的过程中又会到达下一个转发设备然后又会按照同样的方式被发往下一个转发设备。就这样经过多个转发设备的接力之后包最终就会到达接收方的网络设备。当然发送方向接收方发送一个包接收方可能也会向发送方返回一个包,此时的发送方到了接下来的某个时刻就会变成接收方。因此我们不需要把发送方和接收方明确区分开来在这里我们把发送方和接收方统称为终端节点

     
     
     
              
     
     

    前面介绍的这些基本知识对于各种通信方式都是适用的当然也适用于 TCP/IP 网络不过TCP/IP 包的结构是在这个基本结构的基础上扩展出来的,因此更加复杂。在其他《网络知识入门》中讲过子网的概念还讲过网络中有路由器和集线器两种不同的转发设备,它们在传输网络包时有着各自的分工。

     

    1路由器根据目标地址判断下一个路由器的位置

    2集线器在子网中将网络包传输到下一个路由

     

    实际上集线器是按照以太网规则传输包的设备而路由器是按照 IP规则传输包的设备,因此我们也可以作如下理解

     

    1IP 协议根据目标地址判断下一个 IP 转发设备的位置

    2子网中的以太网协议将包传输到下一个转发设备

     

     
     
     
                
         

    首先发送方将包的目的地也就是要访问的服务器的 IP 地址写入 IP 头部中这样一来我们就知道这个包应该发往哪里,IP 协议就可以根据这一地址查找包的传输方向从而找到下一个路由器的位置,也就是下图中的路由器 R1

     接下来IP 协议会委托以太网协议将包传输过去。这时IP 协议会查找下一个路由器的以太网地址(MAC 地址),并将这个地址写入 MAC 头部中这样一来以太网协议就知道要将这个包发到哪一个路由器上了。

    网络包在传输过程中(2.16 会经过集线器集线器是根据以太网协议工作的设备。为了判断包接下来应该向什么地方传输集线器里有一张表(用于以太网协议的表),可根据以太网头部中记录的目的地信息查出相应的传输方向这张图中只有一个集线器当存在多个集线器时网络包会按顺序逐一通过这些集线器进行传输。 接下来,包会到达下一个路由器)。路由器中有一张 IP 协议的表,可根据这张表以及 IP 头部中记录的目的地信息查出接下来应该发往哪个路由器。为了将包发到下一个路由器我们还需要查出下一个路由器的 MAC 地址并记录到 MAC 头部中大家可以理解为改写了 MAC 头部 这样网络包就又被发往下一个节点了。 再往后的过程图上就没有画出来了。网络包会通过路由器到达下一个路由器 R2这个过程不断重复最终网络包就会被送到目的地当目的地设备成功接收之后,网络包的传输过程就结束了

    前面介绍的就是在 TCP/IP 网络中一个网络包从出发到到达目的地的全过程。虽然看起来有点复杂不过设计这样的分工是有原因的前面讲IP 和以太网的分工其中以太网的部分也可以替换成其他的东西,例如无线局域网、ADSLFTTH 它们都可以替代以太网的角色帮助 IP 协 议来传输网络包 因此IP 和负责传输的网络分开可以更好地根据需要使用各种通信技术。像互联网这样庞大复杂的网络在架构上需要保证灵活性,这就是设计这种分工方式的原因

     

     
     

    二、协议栈中IP模块的工作方式

     

    1.TCP委托IP模块

     

     尽管我们说 IP 模块负责将包发给对方,但实际上将包从发送方传输到接收方的工作是由集线器、路由器等网络设备来完成的 因此 IP 模块仅仅是整个包传输过程的入口而已。即便如此IP 模块还是有很多工作需要完成,首先我们先粗略地整理一下

    包收发操作的起点是 TCP 模块委托 IP 模块发送包的操作(图“①发送”)。这个委托的过程就是 TCP 模块在数据块的前面加上 TCP 头部,然后整个传递给 IP 模块,这部分就是网络包的内容与此同时,TCP 模块还需要指定通信对象的 IP 地址也就是需要写清楚将什么内容发给谁”。收到委托后,IP 模块会将包的内容当作一整块数据在前面加上包含控制信息的头部。刚才我们讲过IP 模块会添加 IP 头部和 MAC 头部这两种头部。IP 头部中包含 IP 协议规定的根据 IP 地址将包发往目的地所需的控制信息MAC 头部包含通过以太网的局域网将包传输至最近的路由器所需的控制信息加上这两个头部之后一个包就封装好了这些就是 IP 模块负责的工作。

    接下来封装好的包会被交给网络硬件②发送),例如以太网、无线局域网等网络硬件可能是插在计算机主板上的板卡也可能是笔记本电脑上的 PCMCIA 或者是计算机主板上集成的芯片不同形态的硬件名字也不一样,我们在这里称为网卡传递给网卡的网络包是由一连串 0 1 组成的数字信息网卡会将这些数字信息转换为电信号或光信号,并通过网线或光纤发送出去然后这些信号就会到达集线器、路由器等转发设备再由转发设备一步一步地送达接收方。包送达对方之后,对方会作出响应返回的包也会通过转发设备发送回来,然后我们需要接收这个包接收的过程和发送的过程是相反的信息先以电信号的形式从网线传输进来,然后由网卡将其转换为数字信息并传递给 IP 模块③接收)。接下来IP 模块会将 MAC 头部和 IP 头部后面的内容也就是 TCP 头部加上数据块传递给 TCP 模块接下来的操作就是我们之前讲过的 TCP 模块负责的部分了。在这个过程中,有几个关键的点TCP 模块在收发数据时会分为好几个阶段,并为各个阶段设计了实现相应功能的网络包IP 的包收发操作都是相同的,并不会因包本身而有所区别因为 IP 模块会将 TCP 头部和数据块看作一整块二进制数据,在执行收发操作时并不关心其中的内容,也不关心这个包是包含 TCP 头部和数据两者都有呢还是只有 TCP 头部而没有数据。当然IP 模块也不关心 TCP 的操作阶段对于包的乱序和丢失也一概不知。总之,IP 的职责就是将委托的东西打包送到对方手里,或者是将对方送来的包接收下来,仅此而已因此接下来我们要讲的这些关于 IP 的工作方式可适用于任何 TCP 委派的收发操作

    IP 模块负责添加如下两个头部。

    (1)MAC 头部:以太网用的头部,包含 MAC 地址

    (2)IP 头部:IP 用的头部,包含 IP 地址

     
                
     
     
     
     
     

    2.IP模块的工作方式

     
         下面来看一看 IP 模块的具体工作过程 IP 模块接受 TCP 模块的委托负责包的收发工作, 它会生成 IP 头部并附加在 TCP 头部前面 IP 头部包含的内容如下表所示 其中最重要的内容就是 IP 地址 它表示这个包应该发到哪里去。 这个地址是由 TCP 模块告知的 TCP 又是在执行连接操作时从应用程序那里获得这个地址的, 因此这个地址的最初来源就是应用程序。
     
     
    字段名称长度(比特)含义
    版本号
    4
    IP 协议版本号
    头部长度(IHL)
    4
    IP 头部的长度。可选字段可导致头部长度变化, 因此这里需要指定头部的长度
    服务类型(ToS)
    8
    表示包传输优先级。最初的协议规格里对这个参 数的规定很模糊,最近 DiffServ 规格重新定义了
    这个字段的用法
    总长度
    16
    表示 IP 消息的总长度
    ID 号
    16
    用于识别包的编号,一般为包的序列号。如果一个包被 IP 分片,则所有分片都拥有相同的 ID
    标志(Flag)
    3
    该字段有 3 个比特,其中 2 个比特有效,分别代表是否允许分片,以及当前包是否为分片包
    分片偏移量
    13
    表示当前包的内容为整个 IP 消息的第几个字节
    开始的内容
    生存时间(TTL)
    8
    表示包的生存时间,这是为了避免网络出现回环时一个包永远在网络中打转。每经过一个路由器, 这个值就会减 1,减到 0 时这个包就会被丢弃
    协议号
    8
    协议号表示协议的类型(以下均为十六进制)。
    TCP: 06
    UDP: 11
    ICMP: 01
    发送方 IP 地址
    32
    网络包发送方的 IP 地址
    接收方 IP 地址
    32
    网络包接收方的 IP 地址
    可选字段
    可变长度
    除了上面的头部字段之外,还可以添加可选字段用于记录其他控制信息,但可选字段很少使用
     
     

    IP 不会自行判断包的目的地而是将包发往应用程序指定的接收方,即便应用程序指定了错误的 IP 地址IP 模块也只能照做当然这样做肯定会出错但这个责任应该由应用程序来承担 。IP 头部中还需要填写发送方的 IP 地址大家可以认为是发送方计算机IP 地址实际上计算机的 IP 地址这种说法并不准确。一般的客户端计算机上只有一块网卡,因此也就只有一个 IP 地址这种情况下我们可以认为这个 IP 地址就是计算机的 IP 地址但如果计算机上有多个网卡, 情况就没那么简单了。

    IP 地址实际上并不是分配给计算机的而是分配给网卡的,因此当计算机上存在多块网卡时每一块网卡都会有自己的 IP 地址。很多服务器上都会安装多块网卡这时一台计算机就有多个 IP 地址,在填写发送方 IP 地址时就需要判断到底应该填写哪个地址这个判断相当于在多块网卡中判断应该使用哪一块网卡来发送这个包,也就相当于判断应该把包发往哪个路由器,因此只要确定了目标路由器也就确定了应该使用哪块网卡也就确定了发送方的 IP 地址。那么,我们应该如何判断应该把包交给哪块网卡呢

    这就涉及一个叫做路由表的概念因为协议栈的 IP 模块与路由器中负责包收发的部分都是根据 IP 协议规则来进行包收发操作的,所以它们也都用相同的方法来判断把包发送给谁。 这个“IP 叫作路由表 如下图所示我们可以通过 route print

    (windows)命令来显示路由表下面来边看边讲

    首先我们对套接字中记录的目的地 IP 地址与路由表左侧的 Network Destination 栏进行比较找到对应的一行。例如TCP 模块告知的目标 IP 地址为 192.168.1.21那么就对应图中的第 6 因为它和 192.168.1 的部分相匹配如果目标 IP 地址为 10.10.1.166那么就和 10.10.1 的部分相匹配所以对应第 3 以此类我们需要找到与 IP 地址左边部分相匹配的条目 B,找到相应的条目之接下来看从右边数第 2 列和第 3 列的内容右起第 2 也就是Interface 表示网卡等网络接口这些网络接口可以将包发送给通信对此外右起第 3 Gateway 列表示下一个路由器的 IP 地址将包发给这个 IP 地址该地址对应的路由器就会将包转发到目标地址 。路由表的第 1 行中目标地址和子网掩码都是 0.0.0.0这表示默认网关如果其他所有条目都无法匹配就会自动匹配这一行。

     
           
                      
     
     
          这样一来 我们就可以判断出应该使用哪块网卡来发送包了 然后就 可以在 IP 头部的发送方 IP 地址中填上这块网卡对应的 IP 地址。  接下来还需要填写协议号,它表示包的内容是来自哪个模块的。 例如 , 如果是 TCP 模块委托的内容 则设置为 06 十六进制 ), 如果是 UDP 模块委托的内容, 则设置为 17 十六进制 ), 这些值都是按照规则来设置的 在现在我们使用的浏览器中, HTTP 请求消息都是通过 TCP 来传输的 因此这里就会填写表示 TCP 06 十六进制 )。
     
     
     
     

    三、mac头部

     

           生成了 IP 头部之后 接下来 IP 模块还需要在 IP 头部的前面加上MAC 头部 (如表所示 )。 IP 头部中的接收方 IP 地址表示网络包的目的地 通过这个地址我们就可以判断要将包发到哪里, 在以太网的世界中,TCP/IP 的这个思路是行不通的。以太网在判断网络包目的地时和 TCP/IP 的方式不同,因此必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地,而 MAC 头部就是干这个用的
     
     
      
    字段名称长度(比特)含义
    接收方 MAC 地址
    48
    网络包接收方的 MAC 地址,在局域网中
    使用这一地址来传输网络包
    发送方 MAC 地址
    48
    网络包发送方的 MAC 地址,接收方通过
    它来判断是谁发送了这个包
    以太类型
    16
    使用的协议类型。下面是一些常见的类型,
    一般在 TCP/IP 通信中只使用 0800 和 0806
    这两种。
    0000 - 05DC:IEEE 802.3
    0800   :IP 协议
    0806     :ARP 协议
    86DD    IPv6
     

    IP 模块在生成 IP 头部之后会在它前面再加上 MAC 头部MAC 头部是以太网使用的头部,它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息。 关于以太网的结构我们稍后会进行介绍,但下面的内容需要一些 MAC 头部的相关知识才能理解,因此先介绍一些最基础的

    MAC 头部的开头是接收方和发送方的 MAC 地址大家可以认为它们和 IP 头部中的接收方和发送方 IP 地址的功能差不多只不过 IP 地址的长度为 32 比特而 MAC地址为 48 比特此外IP 地址是类似多少弄多少号这种现实中地址的层次化的结构,MAC 地址中的 48 比特可以看作是一个整体尽管有上述差异,但从表示接收方和发送方的意义上来说MAC 地址和 IP 地址是没有区别的,因此大家可以暂且先把它们当成是一回事

    3 个以太类型字段和 IP 头部中的协议号类似在 IP 中,协议号表示 IP 头部后面的包内容的类型;而在以太网中,我们可以认为以太网类型后面就是以太网包的内容,而以太类型就表示后面内容的类型以太网包的内容可以是 IPARP等协议的包,它们都有对应的值这也是根据规则来确定的。 在生成 MAC 头部时只要设置表中的 3 个字段就可以了

    方便起见,我们按照从下往上的顺序来对表进行讲解首先是以太类型”,这里填写表示 IP 协议的值 0800十六进制)。接下来是发送方 MAC 地址这里填写网卡本身的 MAC 地址MAC 地址是在网卡生产时写入 ROM 只要将这个值读取出来写入 MAC 头部就可以了对于多块网卡的情况,请大家回想一下设置发送方 IP 地址的方法设置发送方 IP 地址时, 我们已经判断出了从哪块网卡发送这个包,那么现在只要将这块网卡对应的 MAC 地址填进去就好了。 前面这些还比较简单,而接收方 MAC 地址就有点复杂了只要告诉以太网对方的 MAC 的地址以太网就会帮我们把包发送过去那么很显然这里应该填写对方的 MAC 地址然而在这个时间点上我们还没有把包发送出去,所以先得搞清楚应该把包发给谁这个只要查一下路由表就知道了。在路由表中找到相匹配的条目然后把包发给 Gateway 列中的IP 地址就可以了 既然已经知道了包应该发给谁,那么只要将对方的 MAC 地址填上去就好了,但到这里为止根本没有出现对方的 MAC 地址,也就是说我们现在根本不知道对方的 MAC 地址是什么。因此,我们还需要执行根据 IP 地址查询 MAC 地址的操作

     
     
    1.ARP查询路由器的MAC地址
     
          这里我们需要使用 ARP C 它其实非常简单 在以太网中 有一种叫作 广播的方法 可以把包发给连接在同一以太网中的所有设备 ARP 就是利用广播对所有设备提问:“×× 这个 IP 地址是谁的 请把你的 MAC 地址 告诉我。” 然后就会有人回答 :“ 这个 IP 地址是我的 我的 MAC 地址是 ××××。 如果对方和自己处于同一个子网中 那么通过上面的操作就可以得到对方的 MAC 地址
     
     
              
     
          然后 我们将这个 MAC 地址写入 MAC 头部 MAC 头部就完成了。 不过, 如果每次发送包都要这样查询一次 网络中就会增加很多 ARP 包, 因此我们会将查询结果放到一块叫作 ARP 缓存的内存空间中留着以后 用 也就是说 在发送包时 先查询一下 ARP 缓存 如果其中已经保存了对方的 MAC 地址 就不需要发送 ARP 查询 直接使用 ARP 缓存中的地址, 而当 ARP 缓存中不存在对方 MAC 地址时 则发送 ARP 查询 显 示 ARP 缓存的方法和 MAC 地址的写法如图 2.20 和图 所示 供大家参考。
                          
             
     
         有了 ARP 缓存 我们可以减少 ARP 包的数量 但如果总是使用 ARP缓存中保存的地址也会产生问题。 例如当 IP 地址发生变化时 ARP 缓存的内容就会和现实发生差异。 为了防止这种问题的发生 ARP 缓存中的值在经过一段时间后会被删除,一般这个时间在几分钟左右 这个删除的操作非常简单粗暴, 不管 ARP 缓存中的内容是否有效 只要经过几分钟就全 部删掉 这样就不会出问题了 当地址从 ARP 缓存中删除后,只要重新执行一次 ARP 查询就可以再次获得地址了 。 上面这个策略能够在几分钟后消除缓存和现实的差异, IP 地址刚刚发生改变的时候, ARP 缓存中依然会保留老的地址 这时就会发生通信的异常。 MAC 头部加在 IP 头部的前面 整个包就完成了
     
        到这里为止 整个 打包的工作是由 IP 模块负责的 有人认为 MAC 头部是以太网需要的内容 并不属于 IP 的职责范围 但从现实来看 IP 负责整个打包工作是有利的 如果在交给网卡之前 IP 模块能够完成整个打包工作 那么网卡只要将打好 的包发送出去就可以了 对于除 IP 以外的其他类型的包也是一样,如果在交给网卡之前完成打包,那么对于网卡来说,发送的操作和发送 IP 包是完全相同的 这样一来 同一块网卡就可以支持各种类型的包 至于接收操作 我们到后面会讲 但如果接收的包可以原封不动直接交给 IP 模块来处理 卡就只要负责接收就可以了 这样一来 一块网卡也就能支持各种类型的 包了 与其机械地设计模块和设备之间的分工 导致网卡只能支持 IP 不如将分工设计得现实一些 让网卡能够灵活支持各种类型的包
     

     

     

    四、何为以太网

     

    1.以太网的定义

     
          完成 IP 模块的工作之后 下面就该轮到网卡了 不过在此之前 我们先来了解一些以太网的基本知识。 以太网是一种为多台计算机能够彼此自由和廉价地相互通信而设计的通信技术, 它的原型如图 a 所示 从图上不难看出 这种网络的本质其实就是一根网线。 图上还有一种叫作收发器的小设备 它的功能只是将不同网线之间的信号连接起来而已。 因此 当一台计算机发送信号时 , 信号就会通过网线流过整个网络, 最终到达所有的设备 。这就好像所有人 待在一个大房间里 任何一个人说话 所有人都能够听到 同样地 这种网络中任何一台设备发送的信号所有设备都能接收到。 不过 我们无法判 断一个信号到底是发给谁的 因此需要在信号的开头加上接收者的信息 也就是地址 这样一来就能够判断信号的接收者了 与接收者地址匹配的 设备就接收这个包 其他的设备则丢弃这个包 这样我们的包就送到指定的目的地了。
     
     
                             
     
     
          为了控制这一操作 我们就需要使用   MAC 头部。 通过 MAC 头部中的接收方 MAC 地址 就能够知道包是发给谁的 而通过发送方 MAC 地址 就能够知道包是谁发出的 此外 通过以太类型就可以判断包里面装了什么类型的内容。 以太网其实就这么简单
     
         这个原型后来变成了图 中的结构 这个结构是将主干网线替换成了一个中继式集线器 将收发器网线替换成了双绞线 不过 虽然网络的结构有所变化, 但信号会发送给所有设备这一基本性质并没有改变 。 后来, c 这样的使用交换式集线器 的结构普及开来 现在我们说的以太网指的都是这样的结构。 这个结构看上去和 b 很像 但其实里面有一个重要的变化, 即信号会发送给所有设备这一性质变了 现在信号只会流到根据 MAC 地址指定的设备 而不会到达其他设备了 当然 根据MAC 地址来传输包这一点并没有变 因此 MAC 头部的设计也得以保留
     
        尽管以太网经历了数次变迁,但其基本的 3 个性质至今仍未改变,即将包发送到 MAC 头部的接收方 MAC 地址代表的目的地,用发送方 MAC地址识别发送方,用以太类型识别包的内容。因此,大家可以认为具备这3 个性质的网络就是以太网 。
     
        以太网中的各种设备也是基于以太网规格来工作的 不仅适用于客户端计算机, 同样也适用于服务器 路由器等各种设备 。 此外, 以太网和 IP 一样 并不关心网络包的实际内容 因此以太网的收发操作也和 TCP 的工作阶段无关 都是共通的
     
     

    2.如何收发以太网包

     

    下面来看看以太网的包收发操作IP 生成的网络包只是存放在内存中的一串数字信息没有办法直接发送给对方因此我们需要将数字信息转换为电或光信号,才能在网线上传输也就是说这才是真正的数据发送过程。 负责执行这一操作的是网卡,但网卡也无法单独工作要控制网卡还需要网卡驱动程序。驱动程序不只有网卡才有键盘鼠标显卡声卡等各种硬件设备都有。当然不同厂商和型号的网卡在结构上有所不同, 因此网卡驱动程序也是厂商开发的专用程序

    网卡的内部结构如图所示这是一张网卡主要构成要素的概念图,并不代表硬件的实际结构但依然可以看清大体的思路记住这一内部结构之后,我们再来介绍包收发的操作过程现在我们先来讲讲网卡的初始化过程。 网卡并不是通上电之后就可以马上开始工作的,而是和其他硬件一样, 都需要进行初始化也就是说打开计算机启动操作系统的时候网卡驱动程序会对硬件进行初始化操作,然后硬件才进入可以使用的状态这些操作包括硬件错误检查、初始设置等步骤这些步骤对于很多其他硬件也是共通的但也有一些操作是以太网特有的,那就是在控制以太网收发操作的 MACA 模块中设置 MAC 地址网卡的 ROM 中保存着全世界唯一的 MAC 地址,这是在生产网卡时写入的将这个值读出之后就可以对 MAC 模块进行设置MAC 模块就知道自己对应的 MAC 地址了也有一些特殊的方法比如从命令或者配置 文件中读取 MAC 地址并分配给 MAC 模块这种情况下网卡会忽略ROM 中的 MAC 地址有人认为在网卡通电之后ROM 中的 MAC 地址就自动生效了,其实不然真正生效的是网卡驱动进行初始化时在 MAC模块中设置的那个 MAC 地址在操作系统启动并完成这些初始化操作之后,网卡就可以等待来自 IP 的委托了

     

       

                   

     

    3.以太网接收网络包详细

     

    在使用集线器的半双工模式以太网中,一台设备发送的信号会到达连接在集线器上的所有设备。这意味着无论是不是发给自己的信号都会通过接收线路传进来,因此接收操作的第一步就是不管三七二十一把这些信号全都收进来再说(有交换机的情况下情况会不同)

    1)FSC验证

    信号的开头是报头,通过报头的波形同步时钟然后遇到起始帧分界符时开始将后面的信号转换成数字信息。这个操作和发送时是相反的即PHY(MAU模块先开始工作然后再轮到 MAC 模块首先PHY(MAU模块会将信号转换成通用格式并发送给 MAC 模块MAC 模块再从头开始将信号转换为数字信息,并存放到缓冲区中当到达信号的末尾时,还需要检查 FCS。具体来说,就是将从包开头到结尾的所有比特套用到公式中计算出 FCS,然后和包末尾的 FCS 进行对比,正常情况下两者应该是一致的,如果中途受到噪声干扰而导致波形发生紊乱,则两者的值会产生差异,这时这个包就会被当作错误包而被丢弃。

    2)MAC验证

    如果 FCS 校验没有问题接下来就要看一下 MAC 头部中接收方MAC 地址与网卡在初始化时分配给自己的 MAC 地址是否一致以判断这个包是不是发给自己的。我们没必要去接收发给别人的包因此如果不是自己的包就直接丢弃,如果接收方 MAC 地址和自己 MAC 地址一致将包放入缓冲区中 到这里MAC 模块的工作就完成了接下来网卡会通知计算机收到了一个包。 通知计算机的操作会使用一个叫作中断的机制在网卡执行接收包的操作的过程中,计算机并不是一直监控着网卡的活动而是去继续执行其 他的任务。因此如果网卡不通知计算机计算机是不知道包已经收到了 这件事的。网卡驱动也是在计算机中运行的一个程序因此它也不知道包到达的状态。在这种情况下我们需要一种机制能够打断计算机正在执行的任务,让计算机注意到网卡中发生的事情,这种机制就是中断。

    3)中断

    具体来说,中断的工作过程是这样的首先网卡向扩展总线中的中断信号线发送信号,该信号线通过计算机中的中断控制器连接到 CPU当产生中断信号时,CPU 会暂时挂起正在处理的任务切换到操作系统中的中断处理程序然后中断处理程序会调用网卡驱动控制网卡执行相应的接收操作。 中断是有编号的,网卡在安装的时候就在硬件中设置了中断号在中断处理程序中则将硬件的中断号和相应的驱动程序绑定。例如假设网卡的中断号为 11则在中断处理程序中将中断号 11 和相应的网卡驱动绑定起来,当网卡发起中断时就会自动调用网卡驱动了现在的硬件设备都遵循即插即用的规范自动设置中断号我们没必要去关心中断号了在以前需要手动设置中断号的年代,经常发生因为设置了错误的中断号而导致网卡无法正常工作的问题。

    4)调用协议,交给应用程序 

    网卡驱动被中断处理程序调用后,会从网卡的缓冲区中取出收到的包, 并通过 MAC 头部中的以太类型字段判断协议的类型。现在我们在大多数情况下都是使用 TCP/IP 协议但除了 TCP/IP 之外还有很多其他类型的协议,例如 NetWare 中使用IPX/SPX以及 Mac 电脑中使用的 AppleTalk 等协议。这些协议都被分配了不同的以太类型0080十六进制代表IP 协议网卡驱动就会把这样的包交给 TCP/IP 协议栈如果是 809B 则表示 AppleTalk 协议就把包交给 AppleTalk 协议栈以此类推 大家可能会认为向 Web 服务器发送包之后后面收到的一定是 Web 服务器返回的包其实并非如此计算机中同时运行了很多程序,也会同时进行很多通信操作因此收到的包也有可能是其他应用程序的。不过即便如此也没问题网卡不会关心包里的内容只要按照以太类型将包交给对应的协议栈就可以了。接下来协议栈会判断这个包应该交给哪个应用程序,并进行相应的处理

     

     

    4.收到网络包后,协议如何工作

     
        当web服务器得到一个网络包,协议具体 协议栈会进行哪些处理呢? 服务器返回的包的以太类型应该是 0800 因此网卡驱动会将其交给 TCP/IP 协议栈来进行处理 接下来就轮到 IP 模块先开始工作了 第一步是检查 IP 头部 确认格式是否正确 如果格式没有问题 下一步就是查看接收方 IP 地址 如果接收网络包的设备是一台 Windows 客户端计算机, 那么服务器返回的包的接收方 IP 地址应该与客户端网卡的地址一致,检查确认之后我们就可以接收这个包了 。 如果接收方 IP 地址不是自己的地址 那一定是发生了什么错误 客户 端计算机不负责对包进行转发 因此不应该收到不是发给自己的包 。当发生这样的错误时, IP 模块会通过 ICMP 消息将错误告知发送方
     
         ICMP 规定了各种类型的消息 如下表 所示
     
    消息类型含义
    Echo reply
    0
    响应 Echo 消息
    Destination
    unreachable
    3
    出于某些原因包没有到达目的地而是被丢弃,则通过此消 息通知发送方。可能的原因包括目标 IP 地址在路由表中
    不存在;目标端口号不存在对应的套接字;需要分片,但
    分片被禁用
    Source quench
    4
    当发送的包数量超过路由器的转发能力时,超过的部分会
    被丢弃,这时会通过这一消息通知发送方。但是,并不是
    说遇到这种情况一定会发送这一消息。当路由器的性能不
    足时,可能连这条消息都不发送,就直接把多余的包丢弃
    了。当发送方收到这条消息时,必须降低发送速率
    Redirect
    5
    当查询路由表后判断该包的入口和出口为同一个网络接口
    时,则表示这个包不需要该路由器转发,可以由发送方直
    接发送给下一个路由器。遇到这种情况时,路由器会发送
    这条消息,给出下一个路由器的 IP 地址,指示发送方直
    接发送过去
    Echo
    8
    ping 命令发送的消息。收到这条消息的设备需返回一个
    Echo reply 消息,以便确认通信对象是否存在
    Time exceeded
    11
    由于超过了 IP 头部中的 TTL 字段表示的存活时间而被路
    由器丢弃,此时路由器会向发送方发送这条消息
    Parameter
    problem
    12
    由于 IP 头部字段存在错误而被丢弃,此时会向发送方发
    送这条消息
     
         当我们遇到这个错误时 IP模块会通过表 中的 Destination unreachable 消息通知对方 从这张表的内容中我们可以看到在包的接收和转发过程中能够遇到的各种错误, 因此 希望大家看一看这张表 。如果接收方 IP 地址正确 则这个包会被接收下来 这时还需要完成另一项工作。
     
          IP 协议有一个叫作分片的功能 简单来说 网线和局域网中只能传输小包 因此需要将大的包切分成多个小包。 如果接收到的包是经过分片的 那么 IP 模块会将它们还原成原始的包。 分片的包会在 IP 头部的标志字段中进行标记,当收到分片的包时,IP 模块会将其暂存在内部的内存空间中,然后等待 IP头部中具有相同 ID 的包全部到达,这是因为同一个包的所有分片都具相同的 ID。此外,IP 头部还有一个分片偏移量(fragment offset)字段,它表示当前分片在整个包中所处的位置。根据这些信息,在所有分片全部收到之后,就可以将它们还原成原始的包,这个操作叫作分片重组
     
         到这里,IP 模块的工作就结束了 接下来包会被交给 TCP 模块 TCP模块会根据 IP 头部中的接收方和发送方 IP 地址 以及 TCP 头部中的接收方和发送方端口号来查找对应的套接字 找到对应的套接字之后 就可以根据套接字中记录的通信状态, 执行相应的操作了 例如 如果包的内容是应用程序数据, 则返回确认接收的包 并将数据放入缓冲区 等待应用程序来读取; 如果是建立或断开连接的控制包 则返回相应的响应控制包 , 并告知应用程序建立和断开连接的操作状态。
     
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