计算机网络

#计算机网络#
    1. 路由器从功能上可以划分为：路由选择和分组转发。
    2. 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D，得到目的网络地址 N。
    若 N 就是与此路由器直接相连的某个网络地址，则进行直接交付；
    若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给表中所指明的下一跳路由器；
    若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；
    若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；
    报告转发分组出错。

## 路由选择协议 ##
    路由选择协议都是自适应的，能随着网络通信量和拓扑结构的变化而自适应地进行调整。
    互联网可以划分为许多较小的自治系统 AS，一个 AS 可以使用一种和别的 AS 不同的路由选择协议。
    可以把路由选择协议划分为两大类：
    自治系统内部的路由选择：RIP 和 OSPF
    自治系统间的路由选择：BGP
## 内部网关协议 RIP ##
    RIP 是一种基于距离向量的路由选择协议。距离是指跳数，直接相连的路由器跳数为 1。跳数最多为 15，超过 15 表示不可达。
    RIP 按固定的时间间隔仅和相邻路由器交换自己的路由表，经过若干次交换之后，所有路由器最终会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器地址。
## 距离向量算法： ##
    对地址为 X 的相邻路由器发来的 RIP 报文，先修改报文中的所有项目，把下一跳字段中的地址改为 X，并把所有的距离字段加 1；
    对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，进行以下步骤：
    若原来的路由表中没有目的网络 N，则把该项目添加到路由表中；
    否则：若下一跳路由器地址是 X，则把收到的项目替换原来路由表中的项目；否则：若收到的项目中的距离 d 小于路由表中的距离，则进行更新（例如原始路由表项为 Net2, 5, P，新表项为 Net2, 4, X，则更新）；否则什么也不做。
    若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把该相邻路由器标为不可达，即把距离置为 16。
    RIP 协议实现简单，开销小。但是 RIP 能使用的最大距离为 15，限制了网络的规模。并且当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此消息传送到所有路由器。
## 内部网关协议 OSPF ##
    开放最短路径优先 OSPF，是为了克服 RIP 的缺点而开发出来的。
    开放表示 OSPF 不受某一家厂商控制，而是公开发表的；最短路径优先表示使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法 SPF。
    OSPF 具有以下特点：
    向本自治系统中的所有路由器发送信息，这种方法是洪泛法。
    发送的信息就是与相邻路由器的链路状态，链路状态包括与哪些路由器相连以及链路的度量，度量用费用、距离、时延、带宽等来表示。
    只有当链路状态发生变化时，路由器才会发送信息。
    所有路由器都具有全网的拓扑结构图，并且是一致的。相比于 RIP，OSPF 的更新过程收敛的很快。
## 外部网关协议 BGP ##
    BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）
    AS 之间的路由选择很困难，主要是由于：
    互联网规模很大；
    各个 AS 内部使用不同的路由选择协议，无法准确定义路径的度量；
    AS 之间的路由选择必须考虑有关的策略，比如有些 AS 不愿意让其它 AS 经过。
    BGP 只能寻找一条比较好的路由，而不是最佳路由。
    每个 AS 都必须配置 BGP 发言人，通过在两个相邻 BGP 发言人之间建立 TCP 连接来交换路由信息。
## UDP 和 TCP 的特点 ##
    用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）是无连接的，尽最大可能交付，没有拥塞控制，面向报文（对于应用程序传下来的报文不合并也不拆分，只是添加 UDP 首部），支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
    传输控制协议 TCP（Transmission Control Protocol）是面向连接的，提供可靠交付，有流量控制，拥塞控制，提供全双工通信，面向字节流（把应用层传下来的报文看成字节流，把字节流组织成大小不等的数据块），每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。
## 三次握手的原因 ##
    第三次握手是为了防止失效的连接请求到达服务器，让服务器错误打开连接。
    客户端发送的连接请求如果在网络中滞留，那么就会隔很长一段时间才能收到服务器端发回的连接确认。客户端等待一个超时重传时间之后，就会重新请求连接。但是这个滞留的连接请求最后还是会到达服务器，如果不进行三次握手，那么服务器就会打开两个连接。如果有第三次握手，客户端会忽略服务器之后发送的对滞留连接请求的连接确认，不进行第三次握手，因此就不会再次打开连接。
## 常用端口 ##
    1. DNS(域名解析）53 tcp/udp
    2. DHCP（动态主机配置协议） 67/68 udp
    3. FTP（文件传送协议） 20/21 tcp 控制连接 21 数据连接20
    4. TELNET（远程终端协议） 23 TCP
    5. http（超文本传送协议）80 tcp
    6. smtp （简单邮件传送协议） 25 tcp
# Web 页面请求过程 #
## 1. DHCP 配置主机信息 ##
    假设主机最开始没有 IP 地址以及其它信息，那么就需要先使用 DHCP 来获取。
    主机生成一个 DHCP 请求报文，并将这个报文放入具有目的端口 67 和源端口 68 的 UDP 报文段中。
    该报文段则被放入在一个具有广播 IP 目的地址(255.255.255.255) 和源 IP 地址（0.0.0.0）的 IP 数据报中。
    该数据报则被放置在 MAC 帧中，该帧具有目的地址 FF:FF:FF:FF:FF:FF，将广播到与交换机连接的所有设备。
    连接在交换机的 DHCP 服务器收到广播帧之后，不断地向上分解得到 IP 数据报、UDP 报文段、DHCP 请求报文，之后生成 DHCP ACK 报文，该报文包含以下信息：IP 地址、DNS 服务器的 IP 地址、默认网关路由器的 IP 地址和子网掩码。该报文被放入 UDP 报文段中，UDP 报文段有被放入 IP 数据报中，最后放入 MAC 帧中。
    该帧的目的地址是请求主机的 MAC 地址，因为交换机具有自学习能力，之前主机发送了广播帧之后就记录了 MAC 地址到其转发接口的交换表项，因此现在交换机就可以直接知道应该向哪个接口发送该帧。
    主机收到该帧后，不断分解得到 DHCP 报文。之后就配置它的 IP 地址、子网掩码和 DNS 服务器的 IP 地址，并在其 IP 转发表中安装默认网关。
##   2. ARP 解析 MAC 地址 ##
    主机通过浏览器生成一个 TCP 套接字，套接字向 HTTP 服务器发送 HTTP 请求。为了生成该套接字，主机需要知道网站的域名对应的 IP 地址。
    主机生成一个 DNS 查询报文，该报文具有 53 号端口，因为 DNS 服务器的端口号是 53。
    该 DNS 查询报文被放入目的地址为 DNS 服务器 IP 地址的 IP 数据报中。
    该 IP 数据报被放入一个以太网帧中，该帧将发送到网关路由器。
    DHCP 过程只知道网关路由器的 IP 地址，为了获取网关路由器的 MAC 地址，需要使用 ARP 协议。
    主机生成一个包含目的地址为网关路由器 IP 地址的 ARP 查询报文，将该 ARP 查询报文放入一个具有广播目的地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF）的以太网帧中，并向交换机发送该以太网帧，交换机将该帧转发给所有的连接设备，包括网关路由器。
    
## 3. DNS 解析域名 ##
    知道了网关路由器的 MAC 地址之后，就可以继续 DNS 的解析过程了。
    网关路由器接收到包含 DNS 查询报文的以太网帧后，抽取出 IP 数据报，并根据转发表决定该 IP 数据报应该转发的路由器。
    因为路由器具有内部网关协议（RIP、OSPF）和外部网关协议（BGP）这两种路由选择协议，因此路由表中已经配置了网关路由器到达 DNS 服务器的路由表项。
    到达 DNS 服务器之后，DNS 服务器抽取出 DNS 查询报文，并在 DNS 数据库中查找待解析的域名。
    找到 DNS 记录之后，发送 DNS 回答报文，将该回答报文放入 UDP 报文段中，然后放入 IP 数据报中，通过路由器反向转发回网关路由器，并经过以太网交换机到达主机。
## 4. HTTP 请求页面 ##
    有了 HTTP 服务器的 IP 地址之后，主机就能够生成 TCP 套接字，该套接字将用于向 Web 服务器发送 HTTP GET 报文。
    在生成 TCP 套接字之前，必须先与 HTTP 服务器进行三次握手来建立连接。生成一个具有目的端口 80 的 TCP SYN 报文段，并向 HTTP 服务器发送该报文段。
    HTTP 服务器收到该报文段之后，生成 TCP SYN ACK 报文段，发回给主机。
    连接建立之后，浏览器生成 HTTP GET 报文，并交付给 HTTP 服务器。
    HTTP 服务器从 TCP 套接字读取 HTTP GET 报文，生成一个 HTTP 响应报文，将 Web 页面内容放入报文主体中，发回给主机。
    浏览器收到 HTTP 响应报文后，抽取出 Web 页面内容，之后进行渲染，显示 Web 页面。