计算机网络知识整理

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OSI（Open System Interconnection Model）七层协议：应用层(Application Layer)，表示层(Prensentation Layer)，会话层(Session Layer)，传输层(Transport Layer)，网络层(NetWork Layer)，数据链路层(Data Link Layer)，物理层(Physics Layer)。（从上到下）

TCP/IP四层协议：应用层，传输层，网络层，网络接口层。

应用层、表示层与会话层面向用户，传输层完成数据传送服务。

物理层

有两个重要的设备名称，中继器（Repeater，也叫放大器）和集线器。

​ 激活、维持、关闭通信断点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。为上层协议提供一个传输数据的可靠的物理媒体，屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。

数据链路层

两个重要设备时网桥和交换机。

​ 两台设备之间的数据传输，可以看成在一条管道上进行，传送的数据单位是帧，每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息，地址信息，差错控制）等，链路层保证被传输数据的正确性。

三个问题：

（1）封装成帧（数据块）：将数据分别添加头部与尾部，构成一帧，头部与尾部的作用是进行帧定界。

（2）透明传输：指不管所传输的数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。因此，链路层就“看不见”有什么妨碍数据传输的东西。

​ 当所传送的数据的比特组合与某个控制信息一样时，就必须采取一些措施，防止接收方认为这样的数据是某种控制信息，这样才能保证数据链路层的传输是透明的。

透明传输的解决方法：

  • 字符计数法：每一帧数据的头部设一个计数字段标注帧内字符数，但是缺点是如果第一帧的计数错了，导致第一帧结束位置发生错误，那么后边的一连串全错了。

  • 字符填充法：SOH（Start of header）是帧首部的第一个标记开始的字节，EOT（End of transmission）是帧尾部的结束字节。

    当传输的帧都是由文本文件组成时（即文本文件都是从键盘上输入的，都是ASCLL码），都可以直接传输，不会出现什么问题。

    但是当传输的帧是由非ASCLL码的文本文件组成时（二进制代码的程序或者图像），这种情况下，帧数据内部可能刚好出现SOH或者EOF的组合，那这样在接收端可能就会错误的找到了帧的边界EOT，那这样的EOF就是上面所说的“妨碍数据传输的东西”，所以在这种情况下可以在“不正常”的SOH或者EOT前边紧接着加一个ESC，那么接收端看到ESC就会先把ESC移除掉，然后继续接收“不正常”的SOH与EOT，遇到正常EOT的结束传输。

（3）差错检测

误码率定义：传输错误的比特所占传输比特总数的比率称为误码率BER（Bit Error Rate）。

​ 一般采用循环冗余检验CRC的检错技术。

补充奇偶校验：

奇校验：数据 + 校验码中的1的个数为奇数

偶校验：数据 + 校验码中的1的个数为偶数

缺点：如果两位同时反转，检验不出来。

网络层

网络层重要的设备是路由器（router）。

​ 通过IP寻址建立两个节点之间的连接，之后把运输层产生的报文段和用户数据段封装成包进行传送，发送时包时不需要建立连接，每一个包独立发送，不提供端到端的可靠服务，只是尽最大努力进行交付。

几个协议：

IP协议：主流版本是IPv4，也有IPv6，两者最大区别是前者\(32\)位，后者\(128\)位。

ARR协议（地址解析协议 Address Resolution Protocol）：根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议，工作原理如下：

  • 首先，每台主机都会在自己ARP缓冲区建一个ARP列表，用于表示IP地址与MAC地址的对应关系。
  • 当源主机需要将一个数据包发送到目的主机时，会首先检查自己ARP列表是否存在该IP地址对应的MAC地址。
  • 如果存在，直接发送到这个MAC地址；
  • 如果不存在，就向本地网段发送一个ARP广播包（广播包里有源主机的IP地址，MAC地址，用于目的地址记录），用于查询此目的主机对应的MAC地址。
  • 此时，网络中所有的主机收到这个ARP请求，会检查目的IP与自己的IP是否一致。
  • 如果不相同就忽略这个数据包；如果相同就先将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表（这个ARP缓存表存的就是IP与MAC的对应），如果已经存在该IP信息，直接覆盖即可。
  • 目的主机自己存下来之后，就给源主机发送一个ARP响应数据包，告诉源主机自己就是它想要找到MAC地址。
  • 源主机收到这个ARP响应数据包之后，将目的主机的IP地址与MAC地址添加到自己ARP列表，并利用此信息开始数据传输；
  • 如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

RARP协议（逆向地址转换协议）：由48位MAC地址获得网络层的32位IP地址。

ICMP协议（网际控制报文协议 Internet Control Message Protocol）

IGMP协议（网际组管理协议 Internet Group Management Protocol）

IP地址的划分

A类地址：1个字节的网络地址\((net-id)\)与3个字节主机地址\((host - id)\)组成。地址范围\(1.0.0.1\)到\(127.0.0.0\)，网络地址最高位必须是0，所以七位表示网络地址\(127 = 2^8 - 1\)。其中\(127.0.0.1\)是回环地址，用于本机测试。

B类地址：2个字节的网络地址\((net-id)\)和2个字节主机地址\((host - id)\)组成。最高位必须是\(10\)（因为127是0111 1111），地址范围：\(128.0.0.0\) 到\(191.255.255.255\)。

C类地址：3个字节的网络地址\((net-id)\)和1个字节主机地址\((host - id)\)组成。最高位必须是\(110\)（因为191是1011 1111），地址范围：\(192.0.0.0\)到\(223.255.255.255\)。

D类地址：用于多点广播。最高位必须是\(1110\)（因为223是1101 1111），地址范围：\(224.0.0.0\)到\(239.255.255.255\)。

\(0.0.0.0\)对应于当前主机（设备初始化期间，设备在分配可用IP之前，都用这个）。\(255.255.255.255\)对应于当前子网的广播地址。

传输层

重要设备：网关

网络层为主机之间提供逻辑通信，而传输层为应用进程之间提供通用的数据服务（端到端的服务）。拥有流量控制（抑制数据传输的速率）、拥塞控制（防止过多的数据注入网络）等功能。为上层协议提供端到端的可靠透明的数据传输服务。

主要协议

传输控制协议TCP：面向连接，提供可靠的数据传输服务。

用户数据报协议UDP：面向无连接，不提供可靠交付。

运行在TCP上的协议：

  • HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）Web服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。端口：80
  • HTTPS（HTTP over SSL，安全超文本传输协议），HTTP的安全版本。端口：443
  • FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议），用于文件传输。端口：21
  • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议），用来发送电子邮件。端口：25
  • SSH（Secure Shell，用于替代安全性差的TELNET），用于加密安全登录用。

运行在UDP协议上的协议：

  • SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议），用于网络信息的收集和网络管理。

  • NTP（Network Time Protocol，网络时间协议），用于网络同步。

  • DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议），动态配置IP地址，是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段IP地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。

  • DNS（Domain Name Service，域名服务），用于完成地址查找，邮件转发，通过主机名，最终得到该主机对应的IP地址的过程叫域名解析。

    ARP协议用来IP地址转换为MAC地址，DNS协议用来将域名转化为IP地址（也可以逆转化）

    它的背景：TCP/IP中使用的是IP地址和端口号确定网络上某一台主机的某一个程序，为啥直接用域名进行通信呢？

    ​ 因为IP地址长度固定，域名长度不固定，不便于计算机处理，IP地址对于用户来说记忆不方便，但是域名确实便于用户的，例如百度域名www.baidu.com。

    ​ 所以说IP地址面向主机，域名面向用户。

    ​ 最初域名与IP地址保存在一个本地hosts文件中，但后来由于越来越多计算机接入网络，不便于管理，因为无法确保每一台计算机都有最新版本的本地hosts文件，所以出现了DNS系统。

    DNS系统工作原理（端口号53）：一个数据库维护着每个主机IP和主机名的对应关系，如果新计算机入网，那么将其注册到数据库中，当用户输入域名时，会自动查询DNS服务器，DNS服务器检索数据库，得到对应的IP地址。

会话层

​ 会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。

表示层

​ 用于数据转换，以保证一个主机的应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。数据转换包括数据的加密、压缩和格式转换等等。

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。

  • 数据传输基本单位是报文。
  • 主要包含协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（远程登陆协议）、DNS（域名系统）、SMTP（邮件传送协议）、POP3（邮局协议），HTTP（超文本传输协议）。

网络分层的好处？

  • 简化问题难度和复杂度。各层独立，将大问题分割成小问题。
  • 灵活性好。一层技术发生变化，其他层不受影响。
  • 易于实现和维护。
  • 促进标准化工作。每层功能可以相对简单的被描述。

TCP与UDP

TCP:Transmission Control Protocol，传输控制协议

UDP:User Datagram Protocol，用户数据报协议

  • TCP/IP即传输控制协议，面向连接，发送数据前先建立连接，提供可靠服务，数据不会丢失，类似于打电话。
  • UDP无连接，发送数据不需要建立连接，不可靠，类似于发微信，QQ。

TCP三次握手（建立连接的过程）

  • 客户端向服务器发送SYN（建立联机）连接请求报文；
  • 服务器端返回SYN，ACK；
  • 客户端发送ACK。

如果已经建立连接，客户端出现了故障？

保活定时器：服务器没收到一次客户端请求都重新复位一个定时器，若超过2小时没有收到客户信息，它就发送探测报文段，如果发送10个收不到响应，那么终止连接。

TCP四次握手

  • 客户对服务器发送关闭连接请求，客户将FIN（结束） = 1
  • 服务器收到客户的关闭连接请求，回复一个ACK确认，此时服务器处于CLOSE_WAIT状态，但是给客户发消息，客户仍然可以接收消息（不能直接断开的原因是：服务器可能有数据还没发完）。
  • 服务器确定不在给客户发消息后，将FIN = 1，对客户发送，准备关闭连接消息，
  • 客户收到服务器准备关闭连接消息后进入TIME_WAIT状态（TIME_WAIT状态用于重发可能丢失的ACK报文），向服务器发送ACK = 1：已收到关闭连接消息

为什么连接需要三次握手而关闭需要四次握手？

​ 因为服务器收到客户端的SYN连接请求后可以直接回复SYN+ACK，ACK用来应答，SYN用来同步；但是关闭连接时，当服务器收到FIN后，很可能不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK，等消息彻底发送完毕才能回复FIN，因此需要四次握手。

TCP协议如何保证可靠传输？

  • 停止等待：每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。

  • 超时重发：当TCP发送以段后，启动一个定时器，如果不能及时收到一个ACK，重发报文段。

  • 流量控制（目的是让发送方发的慢点，好歹能让接收方接收到）：利用滑动窗口机制，接收方窗口大小叫做RWND（Receiver Window），每次最多允许RWND大小的内容发送。

  • 拥塞控制：当网路拥塞时，可能会造成网络拥堵，甚至网络瘫痪，TCP会减少数据的发送，防止路由器处理不过来导致数据丢失。

    流量控制提供点对点的通信控制，拥塞控制就是全局网络流量控制。

    • 慢开始：最开始拥塞窗口CWND为1，每经过一个轮次加倍（乘2）。当超过CWND门限后，使用拥塞避免算法。
    • 拥塞避免算法：CWND超过慢开始门限，没经过一个往返时间RTT，CWND就线性增长，每次增加1。如果发现网络拥塞，就把慢开始门限设为原来一半，并重新设置CWND为1，重新慢启动。
    • 快重传：接收方每收到一个失序的报文段，立即发送重复确认，发送方接收到3个重复确认后立即重传。
    • 快恢复：发送方连续收到三个确认，将慢开始门限减半，将当前窗口设置为慢开始门限，采用拥塞避免算法。

  • 数据包检验：如果校验包出错，那么丢弃报文并且不给出响应，TCP发送端超时后就重发数据。

  • 对失序数据包重排序：接收方重新对每一个包编号排序传送应用层。

  • 应答机制：收到数据后回复ACK。

  • 丢弃重复数据。

HTTP协议？

工作于客户端-服务端架构之上，属于应用层协议，实现可靠“超文本”传输，例如文字、图片、音频、视频等等。

特点：

  • 简单快速：客户端向服务器发请求，只需传送请求方法和路径即可。
  • 灵活：HTTP允许传输任意类型数据。
  • 无连接：限制每次链接只处理一个请求，处理完请求后，收到客户ACK后，断开连接。
  • 无状态：协议对事务处理没有记忆
  • 支持B/S（浏览器/服务器）以及C/S（客户/服务器）模式。

Http于Https的区别？

  • 端口：Http是80端口，Https是443端口
  • 安全性：http是明文传输，https用过SSL加密，更安全
  • 是否付费：https需要拿CA证书（公钥基础设施，Public Key Infrastructure，PKI），要付费
  • 连接方式：HTTP无状态连接；HTTPS由SSL+HTTP构建的 可进行加密传输、身份认证的网络协议。

加密算法

RSA算法（非对称加密）：将明文分组，形成各自密文，最后合并形成最终密文，但是双方都是用同样的密钥，安全得不到保证。

AES算法（对称加密）：生成两把密钥，私钥和公钥，私钥秘密保存，公钥发给信任客户，私钥加密：需要私钥或公钥；公钥加密：需要私钥

不可逆加密MD5,SHA：无法破解。

一次完整的HTTP请求经历的几个步骤？

输入网址到获取页面的过程：

  • 浏览器进行DNS域名解析，得到IP地址；
  • 根据IP地址，找到对应的服务器建立连接（三次握手）；
  • 建立TCP连接后发起HTTP请求（一个完整的HTTP请求报文）；
    • 一个HTTP请求有请求行（描述客户端请求方式，POST/GET等）、请求头部、空行和请求数据组成
  • 服务器响应HTTP请求，浏览器得到HTML代码；
  • 浏览器解析HTML代码，并请求HTML代码中的资源（如js、css、图片等）；
  • 浏览器对页面进行渲染呈现给用户；
  • 关闭TCP连接（四次握手）。

HTTP状态码

常见状态码：

  • 404：服务器无法找到对应资源
  • 403：请求的对应资源禁止被访问
  • 503：服务器正忙

HTTP协议中的请求方式

  • GET：用于请求访问已经被URI（统一资源标识符）识别的资源，可以通过URL传参给服务器。
  • POST：用于传输信息给服务器，主要功能与GET方法类似，但一般推荐使用POST方式。
  • 还有PUT、DELETE、TRACE等等。

GET与POST方法的区别

功能上：GET一般用来从服务器上获取资源，POST一般用来更新服务器上的资源。

安全性：GET是不安全的，因为GET请求提交的数据将明文出现在URL上，可能会泄露私密信息；POST请求参数则被包装到请求体中，相对更安全。

数据量：GET传输的数据量小，因为受URL长度限制，但是效率较高；POST可以传输大量数据，所以上传时只能用POST方式。

Session与Cookie的对比：

Cookie通过在客户端记录信息确定用户身份，Session通过在服务器端记录信息确定用户身份。

​ 一个用户的所有请求操作都应该属于同一个会话，Web应用程序是使用HTTP协议传输数据的，而HTTP协议又是无状态（一旦数据交换完毕，客户端与服务器连接关闭，再次交换数据需要建立新的连接，这就意味着服务器无法从连接上追踪会话）**的。所以为了解决这个问题，引入了Cookie，给客户端颁发一个通行证，这样服务器就能从通行证上确认用户身份了，在Session出现之前都是用的Cookie来跟踪会话。

​ 客户端请求服务器，如果服务器需要记录该用户状态，就使用response向客户端浏览器颁发一个Cookie。客户端浏览器会把Cookie保存起来，当再次请求该网站时，浏览器会把请求的网址连同该Cookie一同提交给服务器，服务器检查Cookie，以此辨认用户状态。

session：

​ Session是服务器端使用的一种记录客户端状态的机制，使用上比cookie简单一些，相应的也增加了服务器的存储压力。

​ 如果说Cookie机制是通过检查客户身上的“通行证”来确认客户身份的话，那么Session机制就是通过检查服务器上的“客户明细表”来确认客户身份。Session相当于程序在服务器上建立一份客户档案，客户来访的时候只需要查询客户档案表就可以了。

  • 安全性：cookie数据存放在客户端上，安全性较差；session数据放在服务器上，安全性更高；
  • 大小限制：cookie由大小限制，单个cookie保存的数据不能超过4K，seesion无此限制，理论上只与服务器的内存大小有关；
  • 服务器资源消耗：session是保存在服务器端上会存在一段时间才会消失，当访问增多，对服务器性能有影响；
  • 实现机制：session的实现常常依赖于cookie机制，通过Cookie机制回转sessionid。

子网掩码

​ 用于指明一个IP地址哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位表示的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。

​ 子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网还是广域网上。

​ 将计算机十进制的IP地址和子网掩码转换为二进制的形式，然后进行逻辑与运算，如果得出的结果相同说明两台计算机就属于同一网段。

192.168.10.11 AND 255.255.255.0，结果为192.168.10.0

结果表明：该IP地址属于192.168.10.0这个网段，主机号是11

TCP/IP协议

TCP/IP协议是Internet最基本的协议，由网络层的TCP协议和传输层的IP协议组成，通俗的说：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是因特网的每一台联机设备规定的一个地址。

posted @ 2023-05-18 18:07  Xxaj5  阅读(57)  评论(0)  编辑  收藏  举报