计算机网络基础
计算机 网络基础
问题：网络到底是什么？计算机之间是如何通行的？
早期：联机
以太网：局域网与交换机
广播
主机之间‘一对所有’的通讯模式，网络对其中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发，所有主机都可以接受到所有的信息（不管你是否需要），由于其不用路径选择，所以其网络成本很低廉。有线电视网就是典型的广播型网络，我们的电视机实际上是接收到所有频道的信息，但只将一个频道的信号还原成画面。在数据网络中也允许广播存在，但其被限制在二层交换机的局域网范围内，禁止广播数据穿过路由，防止广播数据影响大面积的主机。
IP地址与IP协议
规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称为ip地址，广泛采用v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
范围0.0.0.0~255.255.255.255
一个ip地址通常写成四段十进制数，例：192.168.1.1
ip地址分为两部分：
- 网络部分：标识子网
- 主机部分：标识主机
注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网
例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网
mac地址
head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接受端的地址便是指网卡的地址，即mac地址
mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）
arp协议
arp协议—其实就是查询IP地址和mac地址的对应关系
地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol）,是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接受返回消息，以此确定目标的物理地址。
收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。
地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上，网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其它主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。相关协议有RARP、代理ARP。NDP用于IPv6中代替地址解析协议。
广域网与路由器
路由器
局域网
局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。
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172.16.10.1，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。
比如，已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0，请问它们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算， 172.16.10.1：10101100.00010000.00001010.000000001 255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000 AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0 172.16.10.2：10101100.00010000.00001010.000000010 255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000 AND运算得网络地址结果：10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0 结果都是172.16.10.0，因此它们在同一个子网络。
tcp协议和udp协议
TCP协议
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的协议，也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，其中的过程非常复杂。只简单的描述下这三次对话的简单过程：主机A向主机B发出连接请求数据包：“我想给你发数据，可以吗？”，这是第一次对话；主机B向主机A发送同意连接和要求同步（同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作）的数据包：“可以，你什么时候发？”，这是第二次对话；主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步：“我现在就发，你接着吧！”，这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。
当应用程序系统通过TCP与另一个应用程序通信时，它会发送一个同信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方‘握手’之后，TCP将两个应用程序之间建立一个全双工（full-duplex）的通信。
这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路，直到它被一方或双方关闭为止。
1，主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位（SYN）的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段, 主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我. 2， 主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事: 我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我 3， 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答（ACK）,确认已收到主机B 的数据段:"我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了。这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了. 3次握手的特点 没有应用层的数据 SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1 握手完成后SYN标志位被置0
1， 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求 2， 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1 3， 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1 4， 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.
由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端 和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础。
ACK TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段 都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性.
SYN 同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1
FIN 发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1
TCP的包头结构： 源端口 16位 目标端口 16位 序列号 32位 回应序号 32位 TCP头长度 4位 reserved 6位 控制代码 6位 窗口大小 16位 偏移量 16位 校验和 16位 选项 32位(可选) 这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节。
UDP协议
UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）
（1）UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传输时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传输数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读取一个消息段。
（2）由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务器可同时向多个客户机传输相同的消息。
（3）UDP信息包的信息很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
（4）吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
（5）UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。
（6）UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。
我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。
UDP的包头结构： 源端口 16位 目的端口 16位 长度 16位 校验和 16位
tcp和udp的对比
TCP---传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。TCP提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。
UDP---用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快
1.tcp基于连接、udp无连接； 2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）； 3.UDP程序结构较简单； 4.tcp流模式、udp数据报模式 ； 5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。
osi模型
互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层
每层运作常见物理设备
每层常见运作协议
