网络
\(OSI \) 7 层网络模型：

\(OSI \) 7 层网络模型与TCP/IP 中5层模型的对应关系

物理层：电脑要组网，第一件事要干什么？当然是先把电脑连起来，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。这就叫做"物理层"，它就是把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。
物理层设备有：- 中继器（转发器）：将信号整形并放大再转发出去
- 集线器（Hub，多端口的中继器）：实质上是一个多端口的中继器 `，在Hub工作时，当一个端口收到信号之后，便会将信号整形放大，紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上。
- 中继器（转发器）：将信号整形并放大再转发出去
数据传输的方式
- 电路交换 ： 建立连接 \(\longrightarrow\) 数据传输 \(\longrightarrow\)连接释放
- 报文交换 (存储转发，报文比较大）
- 分组交换 (存储转发，分组比较小）
- 数据报交换
- 虚电路交换
数据链路层：单纯的0和1没有任何意义，必须规定解读方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？这就是"数据链接层"的功能，它在"物理层"的上方，确定了0和1的分组方式。
数据链路层的功能：
为网络层提供服务： 将源机器中来自网络层的数据传到目的机器的网络层
无确认的无连接服务
有确认的无连接服务
有确认的面向连接的服务
链路管理: 数据链路层连接的建立、维持、释放就是链路管理，主要用于面向连接的服务
组帧
帧定界 ：为帧添加首部和尾部
帧同步 ：接收方收到比特流之后区分出帧的起始和终止
透明传输 ： 不管所传的数据是什么样的比特组合，都应该能在链路上传输
差错控制 ：发送方确定接收方是否正确收到了它发送的数据
自动重传请求
前向纠错
检错编码：基偶校验码， 循环冗余码
纠错编码： 海明码
流量控制 : 帧的发送速率
停止等待协议 ： 每次发送一帧都要等待接受方的应答信号，才能发送下一帧
滑动窗口协议 ： 后退N帧协议（GBN）；选择重传协议（SR）
可靠机制： 确认； 超时重传
介质访问控制 :
信道划分：
- 频分多路复用(FDM)
- 时分多路复用(TDM)
- 波分多路复用（WDM）
- 码分多路复用（CDM）
随机访问介质访问控制
纯ALOHA 协议 ：不检测就发送，在一段时间内没有收到确认，就认为发生了冲突，要等待一段时间再发送
时隙ALOHA： 将时间划分为等长的时隙，规定每个时隙开始才能发送一个帧，增加了吞吐率
1-坚持CSMA： 信道空闲才发送帧，否则等待，一直侦听直到信道空闲
非坚持CSMA： 空闲发送，忙则不监听，选择一个随机时间再监听
p-坚持CSMA。 空闲时以P概率发送，忙则下一个时隙再侦听
CSMA/CD（载波侦听多路访问/碰撞检测）：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发。适用于有线局域网
CSMA/CA（载波侦听多路访问/碰撞避免）：尽可能的避免，无法彻底解决冲突 ，适用于无线网络
轮询访问介质访问控制：令牌传递网络
以太网协议： 以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做"帧"（Frame）。每一帧分成两个部分：标头（Head）和数据（Data）。
标头"包含数据包的一些说明项，比如发送者、接受者、数据类型等等；"数据"则是数据包的具体内容。
"标头"的长度，固定为18字节。"数据"的长度，最短为46字节，最长为1500字节。因此，整个"帧"最短为64字节，最长为1518字节。如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。
以太网数据包的"标头"，包含了发送者和接受者的信息。那么，发送者和接受者是如何标识呢？以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有"网卡"接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做MAC地址。每块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的MAC地址，长度是48个二进制位，通常用12个十六进制数表示。前6个十六进制数是厂商编号，后6个是该厂商的网卡流水号。有了MAC地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。
一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址？回答是有一种ARP协议，可以解决这个问题。这个留到后面介绍，这里只需要知道，以太网数据包必须知道接收方的MAC地址，然后才能发送。
其次，就算有了MAC地址，系统怎样才能把数据包准确送到接收方？回答是以太网采用了一种很"原始"的方式（广播），它不是把数据包准确送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。

上图中，1号计算机向2号计算机发送一个数据包，同一个子网络的3号、4号、5号计算机都会收到这个包。它们读取这个包的"标头"，找到接收方的MAC地址，然后与自身的MAC地址相比较，如果两者相同，就接受这个包，做进一步处理，否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做"广播"（broadcasting）。有了数据包的定义(帧）、网卡的MAC地址、广播的发送方式，"链接层"就可以在多台计算机之间传送数据了。网络层：互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络
网络层的作用
- 异构网络互联
路由与转发 （路由器的功能）： 路由是指路由选择（确定哪一条路径）；转发是指分组转发，即当一个分组到达时应该采取的措施
- 距离相邻路由RIP（将自己的路由信息发送给直接相邻的节点）
- 链路状态路由OSPF（将相邻节点的信息发送给其他所有节点）
拥塞控制：确保通信子网能够传送要传送的数据，涉及到路由器与主机
- 开环 ： 在设计中事先将有关发生拥塞的原因考虑到，是一种静态预防的方式
- 闭环 : 事先不考虑拥塞，采用监测的方法，是一种动态的方法
以太网协议依靠MAC地址发送数据。理论上，单单依靠MAC地址，上海的网卡就可以找到洛杉矶的网卡了，技术上是可以实现的。但是，这样做有一个重大的缺点:以太网采用广播方式发送数据包，所有成员人手一"包"，不仅效率低，而且局限在发送者所在的子网络。也就是说，如果两台计算机不在同一个子网络，广播是传不过去的。这种设计是合理的，否则互联网上每一台计算机都会收到所有包，那会引起灾难。互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络，很难想象上海和洛杉矶的电脑会在同一个子网络，这几乎是不可能的。

因此，必须找到一种方法，能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用"路由"方式发送。（"路由"的意思，就是指如何向不同的子网络分发数据包）遗憾的是，MAC地址本身无法做到这一点。它只与厂商有关，与所处网络无关。这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"，简称"网址"。于是，"网络层"出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。因此，从逻辑上可以推断，必定是先处理网络地址，然后再处理MAC地址。IP协议：规定网络地址的协议，叫做IP协议。它所定义的地址，就被称为IP地址。
目前，广泛采用的是IP协议第四版，简称IPv4。这个版本规定，网络地址由32个二进制位组成。


亦即：A类1-126，B 类128-191 C类192-223 D类224-239 E类240-255互联网上的每一台计算机，都会分配到一个IP地址。这个地址分成两个部分，前一部分代表网络，后一部分代表主机。但是，问题在于单单从IP地址，我们无法判断网络部分。还是以172.16.254.1为例，它的网络部分，到底是前24位，还是前16位，甚至前28位，从IP地址上是看不出来的。那么，怎样才能从IP地址，判断两台计算机是否属于同一个子网络呢？这就要用到另一个参数"子网掩码"（subnet mask）。
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172.16.254.1，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。
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： 根据IP协议发送的数据，就叫做IP数据包。不难想象，其中必定包括IP地址信息。但是前面说过，以太网数据包只包含MAC地址，并没有IP地址的栏位。那么是否需要修改数据定义，再添加一个栏位呢？回答是不需要，我们可以把IP数据包直接放进以太网数据包的"数据"部分，因此完全不用修改以太网的规格。这就是互联网分层结构的好处：上层的变动完全不涉及下层的结构。 具体来说，IP数据包也分为"标头"和"数据"两个部分。

"标头"部分主要包括版本、长度、IP地址等信息，"数据"部分则是IP数据包的具体内容。它放进以太网数据包后，以太网数据包就变成了下面这样。
ARP协议: 因为IP数据包是放在以太网数据包里发送的，所以我们必须同时知道两个地址，一个是对方的MAC地址，另一个是对方的IP地址。通常情况下，对方的IP地址是已知的（后文会解释），但是我们不知道它的MAC地址。所以，我们需要一种机制，能够从IP地址得到MAC地址。这里又可以分成两种情况。
第一种情况，如果两台主机不在同一个子网络，那么事实上没有办法得到对方的MAC地址，只能把数据包传送到两个子网络连接处的"网关"（gateway），让网关去处理。
第二种情况，如果两台主机在同一个子网络，那么我们可以用ARP协议，得到对方的MAC地址。ARP协议也是发出一个数据包（包含在以太网数据包中），其中包含它所要查询主机的IP地址，在对方的MAC地址这一栏，填的是FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示这是一个"广播"地址。它所在子网络的每一台主机，都会收到这个数据包，从中取出IP地址，与自身的IP地址进行比较。如果两者相同，都做出回复，向对方报告自己的MAC地址，否则就丢弃这个包。
总之，有了ARP协议之后，我们就可以得到同一个子网络内的主机MAC地址，可以把数据包发送到任意一台主机之上了。
网络层的协议：
- IP协议
- ARP 协议
- ICMP协议：ping 工作在应用层，使用的是ICMP协议
传输层：
有了MAC地址和IP地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。接下来的问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络，比如，你一边浏览网页，一边与朋友在线聊天。当一个数据包从互联网上发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容，还是表示在线聊天的内容？也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。这个参数就叫做"端口"（port），它其实是每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。"端口"是0到65535之间的一个整数，正好16个二进制位。0到1023的端口被系统占用，用户只能选用大于1023的端口。不管是浏览网页还是在线聊天，应用程序会随机选用一个端口，然后与服务器的相应端口联系。
"传输层"的功能，就是建立"端口到端口"的通信。相比之下，"网络层"的功能是建立"主机到主机"的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。因此，Unix系统就把主机+端口，叫做"套接字"（socket),有了它，就可以进行网络应用程序开发了。
现在，我们必须在数据包中加入端口信息，这就需要新的协议。最简单的实现叫做UDP协议，它的格式几乎就是在数据前面，加上端口号。UDP数据包，也是由"标头"和"数据"两部分组成。

"标头"部分主要定义了发出端口和接收端口，"数据"部分就是具体的内容。然后，把整个UDP数据包放入IP数据包的"数据"部分，而前面说过，IP数据包又是放在以太网数据包之中的，所以整个以太网数据包现在变成了下面这样：

UDP数据包非常简单，"标头"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。TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的"数据"部分。"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。
TCP的可靠性的实现：
- 确认
- 序号
- 超时重传
TCP和UDP的区别
- 面向连接
- 提供可靠机制
- 流量控制：告诉对方我现在能接收多少字节的数据
TCP 建立连接的 \(3\) 次握手：
首先服务器端调用socket函数（返回一个套接字），然后套接字与地址、端口绑定(bind),然后对端口进行监听(listen),调用accept阻塞等待客户端的连接； 客户端调用socket函数（返回一个套接字），然后连接服务器（connect），如果连接成功，这时客户端与服务器端的建立就建立了
客户端通过调用connect进行主动打开，这引起客户端向服务器放送一个SYN seq=J的请求，这时客户端的connect进入到阻塞状态，服务器端监听到连接请求，即收到SYN seq=J的分节，调用accept函数接受请求，并向客户端发送SYN seq=K的，ACK = J+1的分节，此时accept进入阻塞状态，客户端收到服务器的SYN seq=K，ACK J+1的分节之后，connect开始返回，并对SYN K的分节进行确认，服务器收到ACK seq=K+1分节时，accept返回，至此3次握手完成
为什么要3次握手：防止已经失效的连接请求报文又传到B，B误以为是第二个连接请求
TCP释放连接的4次握手

应用层
SMTP使用的是TCP协议，不使用中间的邮件服务器，TCP连接总是在发送法和接受方之间直接建立
应用层：规定应用程序的数据格式。举例来说，TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了"应用层"。这是最高的一层，直接面对用户。它的数据就放在TCP数据包的"数据"部分。因此，现在的以太网的数据包就变成下面这样。
应用层相关协议
- DHCP： 基于UDP
- DNS： 基于TCP或UDP（倾向于UDP协议）
- FTP： 基于TCP
- SMTP：基于TCP，是一种推协议，不能用于用户和服务器中读取邮件，常用的邮件读取协议有POP3，HTTP，IMAP
- POP3: 基于TCP协议




HTTP的特点：
无状态：同一个客户第二次访问同一个服务器上的页面时，服务器的响应与第一次相同
HTTP的无状态简化了服务器的设计，使服务器更容易支持大量并发的HTTP请求
HTTP采用TCP作为传输层的协议，但是HTTP本身是无连接的
HTTP可以是非持久连接，也可以是持久连接（流水与非流水）
