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一. 以太网 以太网帧格式 二. MAC地址 三. MTU 四. ARP协议
五. NAT
NAPT
六. 代理服务器
正向代理
反向代理 七. 内网穿透
八. 内网打洞 一. 以太网 • 以太网 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 既包含了数据链路层的内 容, 也包含了一些物理层…目录
一. 以太网 以太网帧格式 二. MAC地址 三. MTU 四. ARP协议
五. NAT
NAPT
六. 代理服务器
正向代理
反向代理 七. 内网穿透
八. 内网打洞 一. 以太网 • 以太网 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 既包含了数据链路层的内 容, 也包含了一些物理层的内容. 例如: 规定了网络拓扑结构, 访问控制方式, 传输速 率等; • 例如以太网中的网线必须使用双绞线; 传输速率有 10M, 100M, 1000M 等; • 以太网是当前应用最广泛的局域网技术; 和以太网并列的还有令牌环网, 无线 LAN 等; 以太网帧格式 • 源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫 MAC 地址), 长度是 48 位,是在网 卡出厂时固化的; • 帧协议类型字段有三种值,分别对应 IP、ARP、RARP; • 帧末尾是 CRC 校验码。 二. MAC地址 • MAC 地址用来识别数据链路层中相连的节点; • 长度为 48 位, 及 6 个字节. 一般用 16 进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19) • 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac 地址通常是唯一的(虚拟机中的 mac 地 址不是真实的 mac 地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置 mac 地址). 对比IP地址和MAC地址 • IP 地址描述的是路途总体的 起点 和 终点; • MAC 地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点; 三. MTU
MTU 相当于发快递时对包裹尺寸的限制. 这个限制是不同的数据链路对应的物理层, 产 生的限制. • 以太网帧中的数据长度规定最小 46 字节,最大 1500 字节,ARP 数据包的长度不 够 46 字节,要在后面补填充位; • 最大值 1500 称为以太网的最大传输单元(MTU),不同的网络类型有不同的 MTU; • 如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上,数据包长度大于拨号链路的 MTU 了,则需要对数据包进行分片(fragmentation); • 不同的数据链路层标准的 MTU 是不同的; MTU 对 IP 协议的影响 • 将较大的 IP 包分成多个小包, 并给每个小包打上标签; • 每个小包 IP 协议头的 16 位标识(id) 都是相同的; • 每个小包的 IP 协议头的 3 位标志字段中, 第 2 位置为 0, 表示允许分片, 第 3 位 来表示结束标记(当前是否是最后一个小包, 是的话置为 1, 否则置为 0); • 到达对端时再将这些小包, 会按顺序重组, 拼装到一起返回给传输层; • 一旦这些小包中任意一个小包丢失, 接收端的重组就会失败. 但是 IP 层不会负 责重新传输数据; MTU 对 UDP 协议的影响 • 一旦 UDP 携带的数据超过 1472(1500 - 20(IP 首部) - 8(UDP 首部)), 那么就会 在网络层分成多个 IP 数据报. • 这多个 IP 数据报有任意一个丢失, 都会引起接收端网络层重组失败. 那么这就 意味着, 如果 UDP 数据报在网络层被分片, 整个数据被丢失的概率就大大增加了. MTU 对 TCP 协议的影响 • TCP 的一个数据报也不能无限大, 还是受制于 MTU. TCP 的单个数据报的最大 消息长度, 称为 MSS(Max Segment Size); • TCP 在建立连接的过程中, 通信双方会进行 MSS 协商. • 最理想的情况下, MSS 的值正好是在 IP 不会被分片处理的最大长度(这个长度 仍然是受制于数据链路层的 MTU). • 双方在发送 SYN 的时候会在 TCP 头部写入自己能支持的 MSS 值. • 然后双方得知对方的 MSS 值之后, 选择较小的作为最终 MSS. • MSS 的值就是在 TCP 首部的 40 字节变长选项中(kind2); 四. ARP协议 • 在网络通讯时,源主机的应用程序知道目的主机的 IP 地址和端口号,却不知道目 的主机的硬件地址; • 数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的,如果接收到的数据包的硬件 地址与本机不符,则直接丢弃; • 因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址; • 源主机发出 ARP 请求,询问“IP 地址是 192.168.0.1 的主机的硬件地址是多少”, 并将这个请求广播到本地网段(以太网帧首部的硬件地址填 FF:FF:FF:FF:FF:FF 表示 广播); • 目的主机接收到广播的 ARP 请求,发现其中的 IP 地址与本机相符,则发送一个 ARP 应答数据包给源主机,将自己的硬件地址填写在应答包中; • 每台主机都维护一个 ARP 缓存表,可以用 arp -a 命令查看。缓存表中的表项有过期时间(一般为 20 分钟),如果 20 分钟内没有再次使用某个表项,则该表项失效,下 次还要发 ARP 请求来获得目的主机的硬件地址 数据报的格式 • 注意到源 MAC 地址、目的 MAC 地址在以太网首部和 ARP 请求中各出现一次, 对于链路层为以太网的情况是多余的,但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必 要的。 • 硬件类型指链路层网络类型,1 为以太网; • 协议类型指要转换的地址类型,0x0800 为 IP 地址; • 硬件地址长度对于以太网地址为 6 字节; • 协议地址长度对于和 IP 地址为 4 字节; • op 字段为 1 表示 ARP 请求,op 字段为 2 表示 ARP 应答。 注意全F是广播的意思。
处理任何的arp都必须先看op字段是请求还是应答。在一段时间内会记录下来局域网中的ip地址与mac地址的映射关系。
五. NAT • NAT 能够将私有 IP 对外通信时转为全局 IP. 也就是就是一种将私有 IP 和全局 IP 相互转化的技术方法: • 很多学校, 家庭, 公司内部采用每个终端设置私有 IP, 而在路由器或必要的服务 器上设置全局 IP; • 全局 IP 要求唯一, 但是私有 IP 不需要; 在不同的局域网中出现相同的私有 IP 是完全不影响的; • NAT 路由器将源地址从 10.0.0.10 替换成全局的 IP 202.244.174.37; • NAT 路由器收到外部的数据时, 又会把目标 IP 从 202.244.174.37 替换回 10.0.0.10; • 在 NAT 路由器内部, 有一张自动生成的, 用于地址转换的表; • 当 10.0.0.10 第一次向 163.221.120.9 发送数据时就会生成表中的映射关系; NAPT
那么问题来了, 如果局域网内, 有多个主机都访问同一个外网服务器, 那么对于服务器返 回的数据中, 目的 IP 都是相同的. 那么 NAT 路由器如何判定将这个数据包转发给哪个 局域网的主机?
引入端口号 六. 代理服务器
正向代理
• 正向代理Forward Proxy是一种常见的网络代理方式它位于客户端和目标 服务器之间代表客户端向目标服务器发送请求。正向代理服务器接收客户端的请 求然后将请求转发给目标服务器最后将目标服务器的响应返回给客户端。通过这 种方式正向代理可以实现多种功能如提高访问速度、隐藏客户端身份、实施访问 控制等。 工作原理 • 客户端将请求发送给正向代理服务器。 • 正向代理服务器接收请求并根据配置进行处理如缓存查找、内容过滤等。 • 正向代理服务器将处理后的请求转发给目标服务器。 • 目标服务器处理请求并将响应返回给正向代理服务器。 • 正向代理服务器将响应返回给客户端。 功能 • 缓存功能正向代理服务器可以缓存经常访问的资源当客户端再次请求这些资 源时可以直接从缓存中获取提高访问速度。 • 内容过滤正向代理可以根据预设的规则对请求或响应进行过滤如屏蔽广告、 阻止恶意网站等。 • 访问控制通过正向代理可以实现对特定网站的访问控制如限制员工在工作 时间访问娱乐网站。 • 隐藏客户端身份正向代理可以隐藏客户端的真实 IP 地址保护客户端的隐私。 • 负载均衡在多个目标服务器之间分配客户端请求提高系统的可扩展性和可靠 性。 反向代理 • 反向代理服务器是一种网络架构模式其作为 Web 服务器的前置服务器接收来自客户端的请求并将这些请求转发给后端服务器然后将后端服务器的响应返回 给客户端。这种架构模式可以提升网站性能、安全性和可维护性等 基本原理 • 反向代理服务器位于客户端和 Web 服务器之间当客户端发起请求时它首先会到达反向代理服务器。反向代理服务器会根据配置的规则将请求转发给后端的 Web 服务器并将 Web 服务器的响应返回给客户端。在这个过程中客户端并不知道实际 与哪个 Web 服务器进行了交互它只知道与反向代理服务器进行了通信。 动静分离在大型网站中通常需要将静态资源和动态资源分开处理。通过将静 态资源部署在反向代理服务器上可以直接从反向代理服务器返回静态资源的响应 而无需再次向后端服务器发起请求。这可以大大提升静态资源的访问速度。 七. 内网穿透
内网穿透是一种技术允许外部网络直接访问内网中的设备或服务绕过NAPT或防火墙的限制。通常用于远程控制、文件共享或搭建服务器等场景。
工作原理通过第三方服务器中继或工具如frp、Ngrok建立隧道将外网请求转发到内网设备。内网设备主动与中继服务器保持连接外部流量通过中继服务器到达内网。应用场景适用于需要从外网访问内网服务的场景如远程办公、智能家居控制。优势无需配置路由器端口映射适合动态IP或受限NAT环境。 八. 内网打洞
内网打洞NAT Traversal是一种通过技术手段绕过网络地址转换NAT限制实现不同内网设备直接通信的方法。由于IPv4地址短缺多数设备通过NAT共享公网IP导致内网设备无法被外部直接访问。内网打洞通过中间服务器辅助或协议协商建立点对点P2P连接。
一个主播主机ip是1.2.3.4一个用户是4.3.2.1。现在它们都要访问一个直播平台这个直播平台直接把它们的IP地址给交换了使主播的直播画面信息等不经过平台的服务器直接把画面推送给用户。
