计算机网络专题

Posted 2022-05-17 coderlin_

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机网络专题相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

osi七层模型

七层模型和五层模型的对比

open System Interconnection 适用于所有网络
分层带来效能，将复杂的流程分解为几个功能相对单一的子进程。就好比以前项目之后服务器渲染，现在都分为了前端后端等。
从下往上：物理层：网卡，网线（比特）
数据链路层：交换机（传输数据，确认帧，发错重传）（数据帧）
网络层：路由器（处理网络间路由）（数据包）
传输层： TCP/UDP,提供可靠的连接传输数据功能（在不可靠的网络层上建立可靠的传输）。（数据段）
会话层：验证，会话管理，维护应用之间通信，发起会话（消息）
表示层：格式转换服务器，如加密压缩
应用层：HTTP, (网络与用户软件之间的接口服务)

下层是为上层服务的

例子方便理解：

案例：写信给远方的朋友。

应用层：写信
表示层：将信塞入信封写上邮寄地址。
会话层：建立，管理连接。快递员看到地址后，就知道送去哪了。
传输层：将信封打包成包裹 ,再将单号打印上去（TCP头部）
网络层(ip层)：寻址，找到两个地址之间最快的道路
数据链路层：快递员开始传输数据
物理层：装修好的道路，让快递员可以传输数据。

TCP/IP参考模型

OSI只是一个参考模型，一般使用多都是TCP/IP模型，早期的TCP/IP是四层模型。

网络接口层（数据链路层+物理层），网络层，传输层，应用层（会话层+表示层+应用层）。

后来在使用的时候，借鉴OSI，形成五层结构

物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层。

协议的概念和作用

每一层都会有很多协议，像应用层的HTTP,FTP等等，传输层的TCP/UDP等等。

为了能让计算机进行通信，计算机需要定义通信的规则，这些规则就是协议。
规则是多种，协议也有多种
协议就是数据封装格式（每一层加对应的头部）+传输

网络接口层

网络接口层是TCP/IP模型的最底层，负责接收上一层的数据并将数据包传送出去。
网络接口层又分物理层和数据链路层

物理层，网线，网卡(比特)

物理层为数据传输提供可靠的环境。
计算机传递的是0和1，而物理层关心用什么信号表示0和1。

物理层是主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换(曼彻斯特编码)）。这一层的数据叫做比特。

数据链路层（帧）

定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。

例子：

大学时候两台笔记本没有网络，怎么互相联机打cs？买一条网线将两台电脑连接起来。这时候只用到了物理层，数据链路层。数据在网线之间传递。
后来又来一台电脑，那么就不能使用网线两两互联了，就出现网络总线的概念。

以太网

以太网是一种计算机局域网技术，规定了包括物理层的连线，电子信号和介质访问层协议的内容。
以太网的标准拓扑结构就是总线型拓扑。

总线型拓扑

采用该单根传输作共用的传输介质，将网络中所有的计算机通过硬件接口和电缆，直接连接到这跟共享的总线上。

网络总线并不安全，所有在该线上的电脑均可劫持数据，后来就出现了交换机的概念（二层设备，在数据链路层上工作），它会将对应的请求转发到对应的电脑（通过什么判断请求呢？就是计算机的MAC地址）

交换机与路由器

交换机在数据链路层上，寻址通过MAC地址
路由器在网络层上，通过ip地址寻址

MAC地址(可以想象成你家庭的地址，是唯一的吧)

通信过程中，都是使用内置的网卡,用网卡内的地址来标识计算机的身份。
每个网卡都有一个全球唯一的地址来标识自己，不会重复。
MAC地址由48位的二进制组成。通过分为6段，用16进制表示。

以太网的数据格式帧

网络层传下来的数据包，再在前面加上以太网报头（以MAC地址说明源地址和目的地址），由一个检验码结尾，检验是否损坏。

然后插上一个八字节的由前导码和帧开始符组成的字节，就是一个以太网MAC帧

ARP协议

地址解析协议，根据ip地址获取物理地址MAC地址的一个TCP/IP协议

以太网&因特网；以太网，局域网。

以太网和局域网的区别:
- 所谓以太网，是一种总线型局域网，而局域网的拓扑结构包括星形、树形、环形和总线型，所以以太网一定是局域网，而局域网不一定是以太网。但现在大多数局域网都hi总线型的，所以也可以称为以太网。
以太网和因特网的区别
- 以太网是一种局域网，只能连接附近的设备，因特网是广域网，我们可以通过因特网连接到美国去得到消息
- 以太网就是把你家的电脑，笔记本连接到猫上，然后再通过猫连接到因特网上去，这样你才能与远在他方的朋友网络交谈。世界上有成千上万个以太网。

网络层（路由器），数据包

位于传输层和数据链路层之间，用于把数据从源主机经过若干个中间节点传送到目标主机，并向传输层提供最基础的数据传输服务，他要提供路由和选址得工作。

选址

最终通信还是靠Mac地址，但是选址就是靠ip地址了。
可以理解成Mac地址是身份证号，而只知道Mac地址无法知道在哪个位置，就得借助ip地址了。
ip地址就相当于你得家挺地址。通过ip地址找到计算机的大概位置，通过Mac地址精准找到计算机。

路由

在多条道路中选择一条最短的路劲，就是路由的工作。多个路由确定最近得路线
以上面得例子，通过ip地址知道你家庭地址后，那哪条路最快呢？就是路由做的事情。

IP

在网络中，每台计算机都有一个唯一得地址，称为IP地址

IP头部

版本：IPv4
TTL: 表示路由转发的次数，防止死循环。
源地址： IP地址
目标地址：目标IP地址
数据：传输层传递下来的数据。

IP地址格式

IP地址是一个网络编码，用来确定网络中的一个节点。
IP地址是由32位二进制(32bit组成)

IP地址组成

网络部分（NETWORK），用来标识不同的网络。好比广东省
主机部分 (HOST)，用来标识在一个网络中特定的主机。好比深圳市

IP地址的分类

IP地址的网络部分是由Internet地址分配机构来统一分配的，这样可以保证IP的唯一性。
IP地址中全为1的ip即255.255.255.255。他称为限制广播地址。如果将它作为数据包的目标地址，可以理解为发送到所有网络的所有主机。
ip地址全为0的ip为0.0.0.0，他表示启动时的ip地址，其含义是尚未分配时的ip地址。（全为1和全为0的地址都不能用）
127是用来进行本机测试的，除了127.255.255.255，其他的127开头的地址都代表本机。
A类地址只有126, 2的7次方-2个 ,如果你买了A类IP地址，那么你的局域网可以容纳2的24次方-2台主机，主机占24位，都为1和都为0不可以用。所以要减2。
B类地址，前面两位从10开始，范围是128 - 191，购买了一个B类IP地址的话，局域网可以容纳2^16-2台主机。
C类地址，前面三位是110开始，范围是1920223，而最大的主机数才2^8-2台主机。

公有地址和私有地址

A类私有IP的范围是：10.0.0.0 - 10.255.255.255
B类私有IP的范围是：172.16.0.0-172.31.255.255
C类私有IP的范围是：192.168.0.0-192.168.255.255
其他范围的IP均为公有IP地址。
私有IP就是只能出现在局域网内，不能出现在互联网的IP。

子网掩码

为什么IP地址才2^32次方-2个，但是全球却很多人都在用局域网，其实靠的就是子网。

子网掩码又叫子网络遮罩，它是一种用来执行一个IP地址的哪些位标识是主机所在的子网。以及哪些标识是主机位的掩码。
子网掩码只有一个租用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
子网掩码也是一个32进制位，对应的网络部分全用1，对应的IP地址部分全用0.
IP地址和子网掩码做逻辑与运算得到网络地址，0与任何数相与都是0，1和任何数相与都是任何数本身。
A,B，C三类都有自己默认的子网掩码、A:255.0.0.0-------B:255.255.0.0--------C:255.255.255.0

例子：为C类地址应用子网掩码。

IP地址为192.168.5.139
子网掩码:255.255.255.224。
那么

该子网掩码与IP地址相与后得到的子网就是192.168.5.128。
那么该子网的第一台主机就是 192.168.5.129

192.168.5.10011111就是定向广播地址，都为1.
最后一台主机就是192.168.5.10011110。
那么192.168.5.10100000就是下一个子网了。
如

要判断A和C是否属于同一子网，只需要将A和C的地址与子网掩码相与，得到的值就是IP地址，若IP地址一样，那么就属于同一子网，就可以通信。

传输层

位于应用层和网络接口层之间
是面向连接的，可靠的进程到进程通信的协议。
TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传播。
TCP将若干个字节构成一个分组，此分组称为报文段。
对可靠性要求高的上层协议，实现可靠性的保证，网络层只管传递数据，成功与否并不关心。

传输层功能：

提供端到端的连接。

协议分类

TCP(transimision Control Protocal)传输控制协议，可靠，面向连接，传输效率低。
UDP（User Datagram Protocal）用户数据报协议，不可靠，无连接，传输效率高。

TCP

将数据进行分段打包传输
对每个数据包编号控制顺序
运输中丢失，重发和丢弃处理。
流量控制避免阻塞。

TCP数据包封装。

源端口号和目标端口号，计算机通过端口号识别哪个服务，比如http/ftp，发送方端口号是进行随机端口，目标端口号决定了接收方哪个程序来接收。
32位序列号是用来进行分包的时候，用来标记序列的。
32位确认号就是接收方接收到数据之后，就会发送确认信号给发送方。保证可靠传输。
URG：优先级比较高的包
ACK：响应
RSH: 一般设置为true，表示推送数据
RST: 重置连接
SYN: 同步连接，与对方建立连接。
FIN：断开连接、
16位窗口大小，如果窗口越大，同一时间内发送的数据越多。窗口越小，同一时间内发送的数据越少。
16位校验和,用来进行差错控制，头部取反加一起就是16位校验和。接收到获取到头部之后再全部取反加一起，如果一样就符合，不一样就丢弃。

控制位

窗口检测，当服务端窗口拥挤的时候，返回的窗口大小为0，那么客户端就需要发起窗口检测

三次握手，四次断开

TCP是面向连接的协议，在源点和终点之间建立虚拟连接。
TCP的每一方都是由一个IP地址和一个端口组成。

建立连接，三次握手

客户端，SYN_SENT状态，发送SYN seq = x (x是随机数，也就是序列号);SYN告诉服务端，我要建立连接，然后我的序列号是x，期待你下次返回x+1
服务端刚开始是lISTEN状态，收到客户端建立连接的请求之后，变成SYN_RCVD状态。
然后返回SYN seq=y, ACK = x+1;
SYN告诉客户端，我也要同步跟你建立连接，seq表示序列号，期待下次你发送的序列号为seq+1；发送 ACK是对客端请求的确认序列号，他得值就是x+1。
客户端收到服务的返回之后，发送ACK=y+1给服务端，y是服务端发送过来的序列号。y+1表示回应。
这样就开始连接了。

传输数据

首先，

客户端向服务器发送hello。此时seq = x+1 = 0+1 = 1, Ack=y+1=0+1=1（客户端收到的服务端发送的seq=1也就是y=1），发送hello，长度为5
服务端回复收到信号，seq=1，Ack=x+Len = 6，确认序列号等于seq+Len
接着服务端响应hello。也是seq=1，但是ACK=6，Len=5。
客户端会回复收到信号，注意，seq此时等于seq+Len，ACK不变。所以是seq=6,Ack=1。