计算机网络基础知识.

一、计算机网络分类

    局域网（Local Area Network，LAN）是在一个局部的地理范围内（如一个企业、一个学校或一个网吧），一般是方圆几千米以内，将各种计算机、服务器、外部设备等互相连接起来组成的计算机通信网。

    城域网（Metropolitan Area Network，MAN）一般来说是在一个城市，连接距离在10~100公里范围内的计算机互联网。MAN 比 LAN 相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上MAN网络可以说是LAN网络的延伸。

    广域网（Wide Area Network，WAN）也称为远程网，所覆盖的范围比城域网更广，起到LAN或MAN之间的网络互连的作用。广域网能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络，互联网是世界范围内最大的广域网。

    总的来说，计算机网络是由多台计算机、交换机、路由器等其他网络设备，通过传输介质和软件连接在一起组成的。

二、网络分层模型

    为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了“开放式系统互联参考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它将计算机网络体系结构的通信协议分为七层，自下而上依次是物理层（Physics Layer） 、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）和 应用层（Application Layer）。对于每一层，至少制定两项标准：服务定义和协议规范。

    TCP/IP 协议不是TCP 和 IP 这两个协议的合称，而是指整个TCP/IP协议族。TCP/IP 协议定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了四层的层次结构，自下而上依次为网络接口层（Network Interface Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）和 应用层（Application Layer）。

 

 三、IP地址

    在网络上，每一台要通信的主机（含网络设备）也必须有一个IP地址，它的作用就是其他主机可以通过这个IP地址找到它。

    每个IP地址都由两部分组成：网络号和主机号。网络号用来标识这个IP地址属于哪一个网络。主机号用来标识这个网络中的唯一一台主机。

    IP 地址的长度是32位，每8位组成一个部分，这样一个IP地址就可以分为四个部分，每个部分如果用十进制表示，其值在0-255之间。

    IP 地址类型分为 5 种：

A 类地址：最高位固定总为0，加上之后紧跟的7位，共8位表示网络号，剩下24位表示主机号。

B类地址：最高两位固定位10，与后面的14位一起构成网络号，剩下的16位表示主机号。

C类地址：最高三位固定是110，和后面的21位一起构成网络号，只有八位表示主机号。

D类地址：最高四位固定是1110，不分网络地址和主机地址，是一个专门保留的地址，并不指向特定的网络，目前这类地址多被用在多点广播（Multicast）中，用来一次寻址一组计算机。

E类地址：最高五位固定是11110，不分网络地址和主机地址，为将来使用保留。

    在一个网络中，不是所有的主机号都可以分配给主机使用，其中有两个主机号是有特殊含义的，一个是全0的主机号，表示网络本身；一个是全1的主机号，表示广播地址。

    另外，还需要特别指出的是，A、B、C 三类地址中还各有一个网段被应用在内部局域网中，而不能在实际的互联网上出现，即 10 网段、172.16.x.x 到 172.31.x.x 网段 和 192.168 网段。

四、子网掩码

    随着互联网的普及，IP 网络越来越不够分，因此，人们提出了很多解决方案，其中比较著名的就是子网掩码和 IPV6。

    子网掩码是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是网络号以及哪些位标识的是主机号的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址分成网络地址和主机地址两部分。

    举个例子来说明子网掩码。A类地址默认前八位固定，则它默认的子网掩码是 11111111.00000000.00000000.00000000 ，即 255.0.0.0 。现在也很流行这种写法来标识子网掩码： xx.xx.xx.xx/8，表示IP地址的前8位表示网络号。

五、域名

    域名（Domain Name），是由一串用点号分隔的名字组成的 Internet 上某一台计算机或计算机组的名称，用来在数据传输时标识计算机的电子方位。其主要目的是用来代替数字型的IP地址，方便记忆和书写。

    域名可分为不同级别，包括顶级域名、二级域名等。顶级域名又可分为两类：

    一类是国家顶级域名，200 多个国家都按照ISO3166国家代码分配了顶级域名，例如中国的是cn，美国的是us，韩国的是kr 等。

    另外一类是国际顶级域名，例如工商企业的 com，表示网络提供商的 net，表示非盈利组织的 org 等。

    二级域名是指顶级域名之下的域名，例如在国际顶级域名下，由域名注册人申请注册的网络名称，例如sohu、apple 等。在国家顶级域名下，一般二级域名表示注册企业类别的符号，例如 gov、edu 等。

六、TCP/IP 协议簇

    TCP（Transmission Control Protocol）和 IP（Internet Protocol）是互联网的众多通信协议中最为著名的。从字面意义上讲，有人会认为 TCP/IP 是指 TCP 与 IP 两种协议，实际生活当中有时也确实就是指这两种协议，然而在很多情况下，它只是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议簇的统称。

    

    TCP/IP 的协议都是由 IETF 讨论决定的，注重开放性和实用性（那些已经成为标准的 TCP/IP 协议其实早已被人们广泛使用，然后才总结成标准）。

    以下是 TCP/IP 与 OSI 分层之间的大致关系，不难看出，TCP/IP 与 OSI 在分层模块上稍有区别。OSI 注重 “通信协议必要的功能是什么”，而 TCP/IP 则更强调 “在计算机上实现协议应该开发哪种程序”。

    

    TCP/IP 应用层的架构绝大多数属于客户端/服务端模型。提供服务的程序叫服务端，接受服务的程序叫客户端。在这种通信模式中，提供服务的程序会预先被部署到主机上，等待接收任何时刻客户可能发送的请求。

七、其他

    1、TCP “三次握手”过程？

第一次握手：建立连接时，源端发送同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers，SYN） 包（SYN = j）到目的端，等待目的端确认。

第二次握手：目的端收到 SYN 包，确认源端的 SYN（ACK = j + 1），同时自己也发送一个SYN包（SYN = k），即 SYN + ACK 包。

第三次握手：源端收到目的端的 SYN + ACK 包，向目的端发送确认包ACK（ACK = k+1）。此包发送完毕，源端和目的端完成三次握手，源端可以向目的端发送数据。

     2、TCP “四次挥手”过程？

 

 标记位为 FIN，表示“请求释放连接“；

3、TCP 协议通过为传输的每一个字节设置顺序递增的序列号，由接收方在收到数据后按序列号重组数据并发送确认信息，当发现数据包丢失时，TCP 协议重传丢失的数据包，从而 TCP 协议解决了网络数据包丢失的问题和数据包乱序问题。

4、TCP 协议为每个 TCP 数据段（以太网上通常最大为 1460 字节）使用 32 位的校验和从而检查数据错误问题。 TCP 协议通过设置接收和发送窗口的机制极大的提高了传输性能，解决了网络传输的时延与吞吐问题。

5、TCP 协议最为复杂而巧妙的是其几十年来不断改进的拥塞控制算法，使得 TCP 可以动态感知底层链路的带宽加以合理使用并与其他 TCP 链接分享带宽（TCP friendly）。TCP拥塞控制算法发展的过程中出现了如下几种不同的思路：

• • 基于丢包的拥塞控制：将丢包视为出现拥塞，采取缓慢探测的方式，逐渐增大拥塞窗口，当出现丢包时，将拥塞窗口减小，如Reno、Cubic等。
  • 基于时延的拥塞控制：将时延增加视为出现拥塞，延时增加时增大拥塞窗口，延时减小时减小拥塞窗口，如Vegas、FastTCP等。
  • 基于链路容量的拥塞控制：实时测量网络带宽和时延，认为网络上报文总量大于带宽时延乘积时出现了拥塞，如BBR。
  • 基于学习的拥塞控制：没有特定的拥塞信号，而是借助评价函数，基于训练数据，使用机器学习的方法形成一个控制策略，如Remy。