关于计算机网络:必备的-6-大计算机网络基础知识点会-3-个以上就很牛逼了

计算机网络概述

计算机网络的分类

• 依照网络的作用范畴：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）；
• 依照网络使用者：专用网络、专用网络。

计算机网络的层次结构

TCP/IP 四层模型与 OSI 体系结构比照：

层次结构设计的根本准则

• 各层之间是互相独立的；
• 每一层须要有足够的灵活性；
• 各层之间齐全解耦。

计算机网络的性能指标

速率：bps=bit/s 时延：发送时延、流传时延、排队时延、解决时延 往返工夫 RTT：数据报文在端到端通信中的来回一次的工夫。

物理层

物理层的作用：连贯不同的物理设施，传输比特流。该层为下层协定提供了一个传输数据的牢靠的物理媒体。简略的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。

物理层设施：

• 中继器【Repeater，也叫放大器】：同一局域网的再生信号；两端口的网段必须同一协定；5-4- 3 规程：10BASE- 5 以太网中，最多串联 4 个中继器，5 段中只能有 3 个连贯主机；
• 集线器：同一局域网的再生、放大信号（多端口的中继器）；半双工，不能隔离抵触域也不能隔离播送域。

信道的基本概念：信道是往一个方向传输信息的媒体，一条通信电路蕴含一个发送信道和一个承受信道。

• 单工通信信道：只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道；
• 半双工通信信道：单方都能够发送和承受信息，但不能同时发送也不能同时接管；
• 全双工通信信道：单方都能够同时发送和接管。

数据链路层

数据链路层概述

数据链路层在物理层提供的服务的根底上向网络层提供服务，其最根本的服务是将源自网络层来的数据牢靠地传输到相邻节点的指标机网络层。数据链路层在不牢靠的物理介质上提供牢靠的传输。

• 该层的作用包含：物理地址寻址、数据的成帧、流量管制、数据的检错、重发等。
• 无关数据链路层的重要知识点：
• 数据链路层为网络层提供牢靠的数据传输；
• 根本数据单位为帧；
• 次要的协定：以太网协定；
• 两个重要设施名称：网桥和交换机。

封装成帧：“帧”是数据链路层数据的根本单位：

通明传输：“通明”是指即便控制字符在帧数据中，然而要当做不存在去解决。即在控制字符前加上转义字符 ESC。

数据链路层的过错监测

• 过错检测：奇偶校验码、循环冗余校验码 CRC
• 奇偶校验码–局限性：当出错两位时，检测不到谬误。
• 循环冗余检验码：依据传输或保留的数据而产生固定位数校验码。

最大传输单元 MTU

最大传输单元 MTU(Maximum Transmission Unit)，数据链路层的数据帧不是无限大的，数据帧长度受 MTU 限度.

门路 MTU：由链路中 MTU 的最小值决定。

以太网协定详解

• MAC 地址：每一个设施都领有惟一的 MAC 地址，共 48 位，应用十六进制示意。
• 以太网协定：是一种应用宽泛的局域网技术，是一种利用于数据链路层的协定，应用以太网能够实现相邻设施的数据帧传输：

局域网分类

• Ethernet 以太网 IEEE802.3：
• 以太网第一个宽泛部署的高速局域网
• 以太网数据速率快
• 以太网硬件价格便宜，网络造价成本低

以太网帧构造

• 类型：标识下层协定（2 字节）
• 目标地址和源地址：MAC 地址（每个 6 字节）
• 数据：封装的下层协定的分组（46~1500 字节）
• CRC：循环冗余码（4 字节）
• 以太网最短帧：以太网帧最短 64 字节；以太网帧除了数据局部 18 字节；数据最短 46 字节；

MAC 地址（物理地址、局域网地址）

• MAC 地址长度为 6 字节，48 位；
• MAC 地址具备唯一性，每个网络适配器对应一个 MAC 地址；
• 通常采纳十六进制表示法，每个字节示意一个十六进制数，用 – 或 : 连接起来；
• MAC 播送地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

网络层

网络层的目标是实现两个端系统之间的数据通明传送，具体性能包含寻址和路由抉择、连贯的建设、放弃和终止等。数据交换技术是报文交换（基本上被分组所代替）：采纳贮存转发形式，数据交换单位是报文。

网络层中波及泛滥的协定，其中包含最重要的协定，也是 TCP/IP 的外围协定——IP 协定。IP 协定非常简单，仅仅提供不牢靠、无连贯的传送服务。IP 协定的次要性能有：无连贯数据报传输、数据报路由抉择和差错控制。

与 IP 协定配套应用实现其性能的还有地址解析协定 ARP、逆地址解析协定 RARP、因特网报文协定 ICMP、因特网组治理协定 IGMP。具体的协定咱们会在接下来的局部进行总结，无关网络层的重点为：

• 1、网络层负责对子网间的数据包进行路由抉择。此外，网络层还能够实现拥塞管制、网际互连等性能；
• 2、根本数据单位为 IP 数据报；
• 3、蕴含的次要协定：
• IP 协定（Internet Protocol，因特网互联协定）;
• ICMP 协定（Internet Control Message Protocol，因特网管制报文协定）;
• ARP 协定（Address Resolution Protocol，地址解析协定）;
• RARP 协定（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协定）。
• 4、重要的设施：路由器。

路由器相干协定

IP 协定详解

IP 网际协议是 Internet 网络层最外围的协定。虚构互联网络的产生：理论的计算机网络盘根错节；物理设施通过应用 IP 协定，屏蔽了物理网络之间的差别；当网络中主机应用 IP 协定连贯时，无需关注网络细节，于是造成了虚构网络。

IP 协定使得简单的理论网络变为一个虚构互联的网络；并且解决了在虚构网络中数据报传输门路的问题。

其中，版本指 IP 协定的版本，占 4 位，如 IPv4 和 IPv6；首部位长度示意 IP 首部长度，占 4 位，最大数值位 15；总长度示意 IP 数据报总长度，占 16 位，最大数值位 65535；TTL 示意 IP 数据报文在网络中的寿命，占 8 位；协定表明 IP 数据所携带的具体数据是什么协定的，如 TCP、UDP。

IP 协定的转发流程

IP 地址的子网划分

A 类（8 网络号 +24 主机号）、B 类（16 网络号 +16 主机号）、C 类（24 网络号 + 8 主机号）能够用于标识网络中的主机或路由器，D 类地址作为组播送地址，E 类是地址保留。

网络地址转换 NAT 技术

用于多个主机通过一个私有 IP 拜访拜访互联网的公有网络中，减缓了 IP 地址的耗费，然而减少了网络通信的复杂度。

NAT 工作原理：

从内网进来的 IP 数据报，将其 IP 地址替换为 NAT 服务器领有的非法的公共 IP 地址，并将替换关系记录到 NAT 转换表中；

从公共互联网返回的 IP 数据报，根据其目标的 IP 地址检索 NAT 转换表，并利用检索到的外部公有 IP 地址替换目标 IP 地址，而后将 IP 数据报转发到外部网络。

ARP 协定与 RARP 协定

地址解析协定 ARP（Address Resolution Protocol）：为网卡（网络适配器）的 IP 地址到对应的硬件地址提供动静映射。能够把网络层 32 位地址转化为数据链路层 MAC48 位地址。

ARP 是即插即用的，一个 ARP 表是主动建设的，不须要系统管理员来配置。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)协定指逆地址解析协定，能够把数据链路层 MAC48 位地址转化为网络层 32 位地址。

ICMP 协定详解

网际管制报文协定（Internet Control Message Protocol），能够报告错误信息或者异常情况，ICMP 报文封装在 IP 数据报当中。

ICMP 协定的利用：

• Ping 利用：网络故障的排查；
• Traceroute 利用：能够探测 IP 数据报在网络中走过的门路。

网络层的路由概述

对于路由算法的要求：正确的残缺的、在计算上应该尽可能是简略的、能够适应网络中的变动、稳固的偏心的。

自治零碎 AS：指处于一个管理机构下的网络设备群，AS 外部网络自治治理，对外提供一个或多个出入口，其中自治零碎外部的路由协定为外部网关协定，如 RIP、OSPF 等；自治零碎内部的路由协定为内部网关协定，如 BGP。

• 动态路由：人工配置，难度和复杂度高；
• 动静路由：
• 链路状态路由抉择算法 LS：向所有隔壁路由发送信息收敛快；全局式路由抉择算法，每个路由器计算路由时，需构建整个网络拓扑图；利用 Dijkstra 算法求源端到目标端网络的最短门路；Dijkstra(迪杰斯特拉)算法
• 间隔 - 向量路由抉择算法 DV：向所有隔壁路由发送信息收敛慢、会存在回路；根底是 Bellman-Ford 方程（简称 B - F 方程）；

外部网关路由协定之 RIP 协定

路由信息协定 RIP(Routing Information Protocol)【应用层】，基于间隔 - 向量的路由抉择算法，较小的 AS（自治零碎），适宜小型网络；RIP 报文，封装进 UDP 数据报。

RIP 协定个性：

• RIP 在度量门路时采纳的是跳数（每个路由器保护本身到其余每个路由器的间隔记录）；
• RIP 的费用定义在源路由器和目标子网之间；
• RIP 被限度的网络直径不超过 15 跳；
• 和隔壁替换所有的信息，30 被动一次（播送）。

外部网关路由协定之 OSPF 协定

凋谢最短门路优先协定 OSPF(Open Shortest Path First)【网络层】，基于链路状态的路由抉择算法（即 Dijkstra 算法），较大规模的 AS，适宜大型网络，间接封装在 IP 数据报传输。

OSPF 协定长处：

• 平安；
• 反对多条雷同费用门路；
• 反对区别化费用度量；
• 反对单播路由和多播路由；
• 分层路由。

RIP 与 OSPF 的比照（路由算法决定其性质）：

内部网关路由协定之 BGP 协定

BGP（Border Gateway Protocol）边际网关协定【应用层】：是运行在 AS 之间的一种协定, 寻找一条好路由：首次替换全副信息，当前只替换变动的局部,BGP 封装进 TCP 报文段.

传输层

第一个端到端，即主机到主机的档次。传输层负责将下层数据分段并提供端到端的、牢靠的或不牢靠的传输。此外，传输层还要解决端到端的差错控制和流量管制问题。

传输层的工作是依据通信子网的个性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建设、保护和勾销传输连贯的性能，负责端到端的牢靠数据传输。在这一层，信息传送的协定数据单元称为段或报文。

网络层只是依据网络地址将源结点收回的数据包传送到目标结点，而传输层则负责将数据牢靠地传送到相应的端口。

无关网络层的重点：

• 传输层负责将下层数据分段并提供端到端的、牢靠的或不牢靠的传输以及端到端的差错控制和流量管制问题；
• 蕴含的次要协定：TCP 协定（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP 协定（User Datagram Protocol，用户数据报协定）；
• 重要设施：网关。

UDP 协定详解

UDP(User Datagram Protocol: 用户数据报协定)，是一个非常简单的协定。

UDP 协定的特点：

• UDP 是无连贯协定；
• UDP 不能保障牢靠的交付数据；
• UDP 是面向报文传输的；
• UDP 没有拥塞管制；
• UDP 首部开销很小。
• UDP 数据报构造：
• 首部:8B，四字段 /2B【源端口 | 目标端口 | UDP 长度 | 校验和】数据字段：利用数据

TCP 协定详解

TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议)，是计算机网络中非常复杂的一个协定。

TCP 协定的性能：

• 对应用层报文进行分段和重组；
• 面向应用层实现复用与合成；
• 实现端到端的流量管制；
• 拥塞管制；
• 传输层寻址；
• 对收到的报文进行过错检测（首部和数据局部都检错）；
• 实现过程间的端到端牢靠数据传输管制。
• TCP 协定的特点：
• TCP 是面向连贯的协定；
• TCP 是面向字节流的协定；
• TCP 的一个连贯有两端，即点对点通信；
• TCP 提供牢靠的传输服务；
• TCP 协定提供全双工通信（每条 TCP 连贯只能一对一）；

TCP 报文段构造：

最大报文段长度：报文段中封装的应用层数据的最大长度。

TCP 首部：

• 序号字段：TCP 的序号是对每个应用层数据的每个字节进行编号
• 确认序号字段：冀望从对方接收数据的字节序号，即该序号对应的字节尚未收到。用 ack\_seq 标识；
• TCP 段的首部长度最短是 20B，最长为 60 字节。然而长度必须为 4B 的整数倍

TCP 标记的作用：

牢靠传输的基本原理

基本原理：

• 不牢靠传输信道在数据传输中可能产生的状况：比特过错、乱序、重传、失落
• 基于不牢靠信道实现牢靠数据传输采取的措施：

过错检测：利用编码实现数据包传输过程中的比特过错检测 确认：接管方向发送方反馈接管状态 重传：发送方从新发送接管方没有正确接管的数据 序号：确保数据按序提交 计时器：解决数据失落问题；

进行期待协定：是最简略的牢靠传输协定，然而该协定对信道的利用率不高。

间断 ARQ(Automatic Repeat reQuest：主动重传申请)协定：滑动窗口 + 累计确认，大幅提高了信道的利用率。

TCP 协定的牢靠传输

基于间断 ARQ 协定，在某些状况下，重传的效率并不高，会反复传输局部曾经胜利接管的字节。

TCP 协定的流量管制

流量管制：让发送方发送速率不要太快，TCP 协定应用滑动窗口实现流量管制。

TCP 协定的拥塞管制

拥塞管制与流量管制的区别：流量管制思考点对点的通信量的管制，而拥塞管制思考整个网络，是全局性的思考。拥塞管制的办法：慢启动算法 + 拥塞防止算法。

慢开始和拥塞防止：

• 【慢开始】拥塞窗口从 1 指数增长；
• 达到阈值时进入【拥塞防止】，变成 + 1 增长；
• 【超时】，阈值变为以后 cwnd 的一半（不能 <2）；
• 再从【慢开始】，拥塞窗口从 1 指数增长。

快重传和快复原：

• 发送方间断收到 3 个冗余 ACK，执行【快重传】，不用等计时器超时；
• 执行【快复原】，阈值变为以后 cwnd 的一半（不能 <2），并从此新的 ssthresh 点进入【拥塞防止】。

TCP 连贯的三次握手（重要）

TCP 三次握手应用指令：

面试常客：为什么须要三次握手？

• 第一次握手：客户发送申请，此时服务器晓得客户能发；
• 第二次握手：服务器发送确认，此时客户晓得服务器能发能收；
• 第三次握手：客户发送确认，此时服务器晓得客户能收。

建设连贯（三次握手）：

• 第一次：客户向服务器发送连贯申请段，建设连贯申请管制段（SYN=1），示意传输的报文段的第一个数据字节的序列号是 x，此序列号代表整个报文段的序号（seq=x）；客户端进入 SYN_SEND（同步发送状态）；
• 第二次：服务器发回确认报文段，批准建设新连贯的确认段（SYN=1），确认序号字段无效（ACK=1），服务器通知客户端报文段序号是 y（seq=y），示意服务器曾经收到客户端序号为 x 的报文段，筹备承受客户端序列号为 x + 1 的报文段（ack_seq=x+1）；服务器由 LISTEN 进入 SYN_RCVD（同步收到状态）;
• 第三次：客户对服务器的同一连贯进行确认. 确认序号字段无效(ACK=1), 客户此次的报文段的序列号是 x +1(seq=x+1), 客户冀望承受服务器序列号为 y + 1 的报文段(ack_seq=y+1); 当客户发送 ack 时，客户端进入 ESTABLISHED 状态; 当服务收到客户发送的 ack 后，也进入 ESTABLISHED 状态; 第三次握手可携带数据;

TCP 连贯的四次挥手（重要）

开释连贯（四次挥手）

• 第一次：客户向服务器发送开释连贯报文段，发送端数据发送结束，申请开释连贯（FIN=1），传输的第一个数据字节的序号是 x（seq=x）；客户端状态由 ESTABLISHED 进入 FIN_WAIT_1（终止期待 1 状态）；
• 第二次：服务器向客户发送确认段，确认字号段无效（ACK=1），服务器传输的数据序号是 y（seq=y），服务器冀望接管客户数据序号为 x +1（ack_seq=x+1）; 服务器状态由 ESTABLISHED 进入 CLOSE_WAIT（敞开期待）；客户端收到 ACK 段后，由 FIN_WAIT_1 进入 FIN_WAIT_2；
• 第三次：服务器向客户发送开释连贯报文段，申请开释连贯（FIN=1），确认字号段无效（ACK=1），示意服务器冀望接管客户数据序号为 x +1（ack_seq=x+1）; 示意本人传输的第一个字节序号是 y +1（seq=y+1）；服务器状态由 CLOSE_WAIT 进入 LAST_ACK（最初确认状态）；
• 第四次：客户向服务器发送确认段，确认字号段无效（ACK=1），示意客户传输的数据序号是 x +1（seq=x+1），示意客户冀望接管服务器数据序号为 y +1+1（ack_seq=y+1+1）；客户端状态由 FIN_WAIT_2 进入 TIME_WAIT，期待 2MSL 工夫，进入 CLOSED 状态；服务器在收到最初一次 ACK 后，由 LAST_ACK 进入 CLOSED；

为什么须要期待 2MSL?

• 最初一个报文没有确认；
• 确保发送方的 ACK 能够达到接管方；
• 2MSL 工夫内没有收到，则接管方会重发；
• 确保以后连贯的所有报文都曾经过期。

应用层

为操作系统或网络应用程序提供拜访网络服务的接口。应用层重点：

• 数据传输根本单位为报文；
• 蕴含的次要协定：FTP（文件传送协定）、Telnet（近程登录协定）、DNS（域名解析协定）、SMTP（邮件传送协定），POP3 协定（邮局协定），HTTP 协定（Hyper Text Transfer Protocol）。

DNS 详解

DNS（Domain Name System: 域名零碎）【C/S，UDP，端口 53】：解决 IP 地址简单难以记忆的问题, 存储并实现本人所管辖范畴内主机的 域名 到 IP 地址的映射。

域名解析的程序：

• 【1】浏览器缓存，
• 【2】找本机的 hosts 文件，
• 【3】路由缓存，
• 【4】找 DNS 服务器（本地域名、顶级域名、根域名）-> 迭代解析、递归查问。

IP—>DNS 服务—> 便于记忆的域名

域名由点、字母和数字组成，分为顶级域（com，cn，net，gov，org）、二级域（baidu,taobao,qq,alibaba）、三级域（www）(12-2-0852)

DHCP 协定详解

DHCP（Dynamic Configuration Protocol: 动静主机设置协定）：是一个局域网协定，是利用 UDP 协定的应用层协定。作用：为长期接入局域网的用户主动调配 IP 地址。

HTTP 协定详解

文件传输协定（FTP）：管制连贯（端口 21）：传输管制信息（连贯、传输申请），以 7 位 ASCII 码的格局。整个会话期间始终关上。

HTTP（HyperText Transfer Protocol: 超文本传输协定）【TCP，端口 80】：是牢靠的数据传输协定，浏览器向服务器发收报文前，先建设 TCP 连贯，HTTP 应用 TCP 连贯形式（HTTP 本身无连贯）。

HTTP 申请报文形式：

• GET：申请指定的页面信息，并返回实体主体；
• POST：向指定资源提交数据进行解决申请；
• DELETE：申请服务器删除指定的页面；
• HEAD：申请读取 URL 标识的信息的首部，只返回报文头；
• OPETION：申请一些选项的信息；
• PUT：在指明的 URL 下存储一个文档。

HTTP 工作的构造

HTTPS 协定详解

HTTPS(Secure)是平安的 HTTP 协定，端口号 443。基于 HTTP 协定，通过 SSL 或 TLS 提供加密解决数据、验证对方身份以及数据完整性爱护。

文章：blog.csdn.net/Royalic/article/details/119985591

如果本文对你有帮忙的话，欢送 点赞 & 转发，这对我持续分享 & 创作优质文章十分重要。感激🙏🏻