【邀牛人说技术】为什么需要网络协议

为什么需要网络协议

   从上图可以看出，我们邮寄信件只是想要把我们写在信纸信息传递出去，对于我们来说，邮寄信件需要购买信封和邮票，这对于我们来说是没有意义的，甚至我们会觉得连信纸都是多余的，因为还要购买信纸，我们只是想传递信息而已，信封、邮票和信纸对于我们来说是传递信息的额外花销，但是没有这些花销，你的信息就无法通过邮局传递。同理，在计算机网络里也是一样的，我们的通过计算机网络传递信息也需要额外的花销，这些花销体现在计算机网络里就是TCP/IP的各种协议数据包的头部（除去应用层数据之外的其他信息）。

  你要知道计算机网络里的数据交换都是像我们日常邮寄信件一样通过各种的数据包来传递的，理解了数据包的作用之后你就应该开始学习计算机网络是如何把数据包传输到目的地的？例如我们的电脑在生成数据包时是怎么知道对方电脑的ip地址的，（由此引入DNS）？我们的信件是最开始是通过邮局帮我们邮寄的，那么我们的电脑的数据包应该由谁来帮我们传输呢？（由此引入网关），网关又是如何帮我们把数据包传输到目的地的？（由此引入各种路由协议）。所以，你想要学习网络协议，就要先把一些基本的协议的作用和工作过程搞清楚，网络设备还没智能到人脑的程度，它是由人类创造出来的，它的工作过程肯定是符合人类的交流习惯，按照人类的交流习惯来设计的。所以要以人类的思维方式去理解这些协议。例如，你给别人打电话，不可能电话一接通你就啪啦啪啦地说一大通，万一对方接通电话后因为有事还没来得及倾听呢？这不太符合正常人类的交流习惯。一般是电话接通后，双方一般会有个交互的过程，一般是你说一声“你好”，然后对方也回复一声“你好”，双方通过各自一句“你好”明确对方的注意力都放在了电话沟通上，然后你们双方就可以开始交流了，这才是正常的人类交流方式，这个过程体现在计算机网络里就是网络协议！我们通过TCP协议在两台电脑建立网络连接之前要先发数据包进行沟通，沟通后再建立连接，然后才是信息的传输。而UDP协议就类似于我们的校园广播，广播内容已经通过广播站播放出去了，你能不能听到，那就与广播站无关了，正常情况下，不可能你说没注意听然后再让广播站再播放一次广播内容。   同理，我们来看一下网络广播，对于某一个网络的网络广播，只要发送一个网络广播包，这个子网里的所有电脑都能收到这些广播包，这是一个很方便的通知机制，但是会增加对广播数据不感兴趣主机的处理负荷。类似我们的校园广播，校园广播一开启播放，校园里的所有人都能听到，但是不是所有人都对广播内容感兴趣，有些人选择倾听，有些人选择忽略。但不管你是倾听还是忽略，广播的声音都会传到你的耳边。例如，校园广播一条失物招领通知，你根本没丢东西，所以这个广播内容与你无关，但是广播的声音还是会传到你的耳边。对比广场舞音乐，对于跳广场舞的大妈大婶来说，这就是音乐，对于想睡觉的您来说，这就是噪音。   怎样才能更好地理解常见的网络协议？学习网络协议就是要先学习它的工作过程，例如DHCP协议，协议大概是这样讲的：启用了DHCP协议的电脑启动后便会发送广播数据包网络中寻找DHCP服务器，如果网络中有DHCP服务器，这台DHCP服务器便会发送广播数据包与你的电脑进行响应。这个过程很简单，就是我想要获取ip地址，然后你给我提供一个。想象一下如果你是DHCP协议的设计者，你会考虑到在ip获取和分配过程中会有哪些特殊情况呢？第一种，如果在你启动电脑的过程中网络中的dhcp服务器刚好宕机了，这时怎么办？让你的电脑一直徒劳地发送寻找DHCP服务器的广播包吗？还是在发现没有DHCP服务器与你响应后就再也不发了？还是每隔一段时间就再发送一次寻找DHCP服务器的广播包？第二种，如果DHCP服务器的可用ip地址刚好已经分配完了，那又怎么处理？第三种，如果网络中同时有两台以上的DHCP服务器，那又该怎么处理？第四种，对于已经分配出去的ip地址就这么一直保持分配出去的状态吗？还是要回收？如果要回收？是我去问你还要不要使用这个ip地址？还是我设定一个回收的时间？只要你在这个时间段内你没有再次联系我重新获取这个ip地址我就把它回收？等等。通过这样的思考你可以发现，网络协议其实也是按照人的思维方式在工作，但是网络设备不会像人一样思考，所以我们当初给它设计各种协议的时候就要尽可能地为它想到这些协议所要应对的场景。例如，你可以先学习ARP协议的工作过程，然后再百度搜索ARP攻击是怎么回事？就是利用ARP协议设计的不严谨，伪造ARP数据包篡改网络里其他电脑的ARP缓存列表。ARP协议采用广播发送协议数据包，这就导致里网络里的每一台电脑都会收到ARP的协议数据包，而ARP协议规定即使你的电脑没有发出arp请求，只要有ARP回应包到达你的主机，你就要对这些协议包进行处理，并将回应包中的mac和ip对应关系放入自己的arp缓存。如果ARP回应包里面的网关IP与ARP对应关系是正确的，这个问题不大，但如果有人在网络中伪造了错误的网关IP与ARP对应关系并广播到网络里，那就出问题了，你可能也意识到你上不了网是因为网关IP对应的ARP对应关系出错，但是没有办法，因为你的电脑上运行的ARP协议规定，你的电脑必须要接受这个错误的对应关系，这就是网络协议设计的不严谨，设计和实现ARP协议的时候没有想到居然会有人在网络中伪造ARP回应包并广播到网络中。