网络协议总结

最后更新于:2018-11-18 15:38:31

互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层两种模型,OSI(open system interconnect)开放系统互联。

七层模型:物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层。

每层运行常见物理设备

物理层(bit)

以二进制数据的形式在物理媒体上传输数据,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。

协议:ISO2110,IEEE802,IEEE802.2

数据链路层(frame)

将比特组装成帧和点到点的连接,传输有地址的帧以及错误检测功能。

协议:SLIP,CSLIP,PPP,ARP,RARP,MTU

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
       head                        data

 

head包含:(固定18个字节)

  • 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

head长度+data长度=最短64字节,最长1518字节,超过最大限制就分片发送

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)

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

网络层(packets)

定义网络设备间如何传输数据;根据唯一的网络设备地址路由数据包;提供流和拥塞控制以防止网络资源 的损耗

协议:IP、IPX、RIP、OSPF等

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。

ip数据包

ip数据包也分为head和data部分,无须为ip包定义单独的栏位,直接放入以太网包的data部分

 

head:长度为20到60字节

data:最长为65,515字节。

而以太网数据包的”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。

 

以太网头             ip 头                                    ip数据

 

 

ARP协议

arp协议由来:计算机通信基本靠吼,即广播的方式,所有上层的包到最后都要封装上以太网头,然后通过以太网协议发送,在谈及以太网协议时候,我门了解到

通信是基于mac的广播方式实现,计算机在发包时,获取自身的mac是容易的,如何获取目标主机的mac,就需要通过arp协议

arp协议功能:广播的方式发送数据包,获取目标主机的mac地址

 

协议工作方式:每台主机ip都是已知的

例如:主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24

一:首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网

场景 数据包地址
同一子网 目标主机mac,目标主机ip
不同子网 网关mac,目标主机ip

 

 

 

二:分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络,那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

源mac 目标mac 源ip 目标ip 数据部分
发送端主机 发送端mac FF:FF:FF:FF:FF:FF 172.16.10.10/24 172.16.10.11/24 数据

 

 

三:这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输,所有主机接收后拆开包,发现目标ip为自己的,就响应,返回自己的mac

 

传输层(segment & datagram )

管理网络中端到端的信息传送;
通过错误纠正和流控制机制提供可靠且有序的数据包传送;
提供面向无连 接的数据包的传送;

TCP的数据单元称为段 (segments)而UDP协议的数据单元称为“数据报(datagrams)”。

协议:TCP、UDP、SPX等

建立端口到端口的通信

补充:端口范围0-65535,0-1023为系统占用端口

tcp协议:

可靠传输,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。

以太网头 ip 头 tcp头 数据

 

udp协议:

不可靠传输,”报头”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。

以太网头 ip头     udp头 数据

 

tcp报文

tcp三次握手和四次挥手

应用层

定义了用于在网络中进行通信和数据传输的接口 - 用户程式;
提供标准服务,比如虚拟终端、文件以及任务的传输和处 理;
应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口

协议:Telnet、FTP、HTTP、SNMP等

创建一个简单的VPN应用

最后更新于:2018-11-11 21:20:21

NetworkExtension 简介

最后更新于:2018-11-11 21:19:48

Overview

NetworkExtension 是用来配置VPN通道的框架,定制和扩展核心网络功能。

Network Extension Hotspot Entitlements

从 iOS 9 以前 NetworkExtension 一直是属于苹果的私有框架,不允许开发者使用。iOS 9 以后苹果公开了这个框架,开发者可以使用这框架去实现 Wi-Fi 和 VPN 等相关功能。
但是如果你要使用 NEHotspotHelper 这个类的话,还是需要向苹果申请 Hotspot  Entitlements 。NEHotspotHelper 这个类主要是可以用来自定义Wi-Fi的子标题和自动填充 Wi-Fi 密码,实现类似 Wi-Fi 伴侣这类软件。不过苹果对这个审核比较严格,不太容易申请到。

Personal VPN (个人VPN)

NEVPNManager 这个类提供了 API 让  App 去创建和配置个人 VPN。

About Always-on VPN(始终打开 VPN)

Always-on VPN 简单的理解就是可以使得 iPhone或者 Mac 始终保持 VPN 连接。一般是企业用来监管公司内部设备,这个功能只能通过描述文件来安装,没有接口直接开启。

Network Tunneling Protocol Client(网络通道协议客户端)

你可以使用 NETunnelProvider 系列 API 将 iOS 和 MacOS 设备连接到使用非标准网络隧道协议(如 SSL-VPN)的 VPN 服务器。比如现在比较流行的 Shadowsocks 就是通过这个实现的。

NETunnelProvider API 使得应用能够实现自定义网络隧道协议(称为 Tunnel  Provider ) 的客户端。Tunnel Provider 作为 app extension(应用程序扩展)运行。主要包括以下几个类:

On-Device Network Content Filter(网络内容过滤)

NEFilterProvider API 使得应用能在 iOS 设备上动态地过滤网络内容。当学生在使用学校的设备上网时,应用可以使用以下几个类来保护学生:

Wi-Fi Hotspot Authentication and Configuration

NEHotspotConfiguration API 可以让应用去配置和连接某个 Wi-Fi。这个 API 与 NEHotspotHelper 实现的功能类似,但是又有一些区别。NEHotspotHelper 仅作用于当用户打开手机的 设置 - Wi-Fi 界面的时候,NEHotspotHelper 可以对手机扫描到 Wi-Fi 进行处理,比如给 Wi-Fi 填充密码和设置 Wi-Fi 的子标题。NEHotspotConfiguration 不能对 Wi-Fi 列表进行干预,只能给指定的一个 SSID 配置信息(账号和密码等)或者触发连接到指定的SSID。NEHotspotConfiguration 在 iOS 11 以上的设备可以使用,支持 WEP, WPA/WPA2 personal, WPA/WPA enterprise, and Hotspot 2.0 等类型的 Wi-Fi。NEHotspotHelper 在 iOS 8 以上可以使用,但是不支持 WPA/WPA enterprise 类型的 Wi-Fi。

Reference:

https://developer.apple.com/documentation/networkextension

世界,您好!

最后更新于:2018-11-08 07:11:03

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