計算機網(wǎng)絡知識全面梳理(完整版)


我們周圍無時無刻不存在一張網(wǎng),如電話網(wǎng)、電報網(wǎng)、電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡等;即使我們身體內(nèi)部也存在許許多多的網(wǎng)絡系統(tǒng),如神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等。最為典型的代表即計算機網(wǎng)絡,它是計算機技術(shù)與通信技術(shù)兩個領(lǐng)域的結(jié)合。
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一、計算機網(wǎng)絡概述

1.1 計算機網(wǎng)絡的分類
1.2 計算機網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)


1.3 層次結(jié)構(gòu)設計的基本原則
各層之間是相互獨立的; 每一層需要有足夠的靈活性; 各層之間完全解耦。

1.4 計算機網(wǎng)絡的性能指標
二、物理層
中繼器【Repeater,也叫放大器】:同一局域網(wǎng)的再生信號;兩端口的網(wǎng)段必須同一協(xié)議;5-4-3規(guī)程:10BASE-5以太網(wǎng)中,最多串聯(lián)4個中繼器,5段中只能有3個連接主機; 集線器:同一局域網(wǎng)的再生、放大信號(多端口的中繼器);半雙工,不能隔離沖突域也不能隔離廣播域。
單工通信信道:只能一個方向通信,沒有反方向反饋的信道; 半雙工通信信道:雙方都可以發(fā)送和接受信息,但不能同時發(fā)送也不能同時接收; 全雙工通信信道:雙方都可以同時發(fā)送和接收。
三、數(shù)據(jù)鏈路層
3.1 數(shù)據(jù)鏈路層概述
數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸; 基本數(shù)據(jù)單位為幀; 主要的協(xié)議:以太網(wǎng)協(xié)議; 兩個重要設備名稱:網(wǎng)橋和交換機。


3.2 數(shù)據(jù)鏈路層的差錯監(jiān)測
奇偶校驗碼–局限性:當出錯兩位時,檢測不到錯誤。 循環(huán)冗余檢驗碼:根據(jù)傳輸或保存的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生固定位數(shù)校驗碼。
3.3 最大傳輸單元MTU

3.4 以太網(wǎng)協(xié)議詳解

局域網(wǎng)分類:
以太網(wǎng)第一個廣泛部署的高速局域網(wǎng) 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率快 以太網(wǎng)硬件價格便宜,網(wǎng)絡造價成本低
以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu):
類型:標識上層協(xié)議(2字節(jié)) 目的地址和源地址:MAC地址(每個6字節(jié)) 數(shù)據(jù):封裝的上層協(xié)議的分組(46~1500字節(jié)) CRC:循環(huán)冗余碼(4字節(jié)) 以太網(wǎng)最短幀:以太網(wǎng)幀最短64字節(jié);以太網(wǎng)幀除了數(shù)據(jù)部分18字節(jié);數(shù)據(jù)最短46字節(jié);
MAC地址(物理地址、局域網(wǎng)地址)
MAC地址長度為6字節(jié),48位; MAC地址具有唯一性,每個網(wǎng)絡適配器對應一個MAC地址; 通常采用十六進制表示法,每個字節(jié)表示一個十六進制數(shù),用 - 或 : 連接起來; MAC廣播地址:FF-FF-FF-FF-FF-FF。
四、網(wǎng)絡層
網(wǎng)絡層負責對子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)包進行路由選擇。此外,網(wǎng)絡層還可以實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)際互連等功能; 基本數(shù)據(jù)單位為IP數(shù)據(jù)報; 包含的主要協(xié)議:
IP協(xié)議(Internet Protocol,因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議); ICMP協(xié)議(Internet Control Message Protocol,因特網(wǎng)控制報文協(xié)議); ARP協(xié)議(Address Resolution Protocol,地址解析協(xié)議); RARP協(xié)議(Reverse Address Resolution Protocol,逆地址解析協(xié)議)。
重要的設備:路由器。


4.1 IP協(xié)議詳解


4.2 IP協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)流程

4.3 IP地址的子網(wǎng)劃分


4.4 網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換NAT技術(shù)
NAT 工作原理:
4.5 ARP協(xié)議與RARP協(xié)議

4.6 ICMP協(xié)議詳解

ICMP協(xié)議的應用:
Ping應用:網(wǎng)絡故障的排查; Traceroute應用:可以探測IP數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡中走過的路徑。
4.7網(wǎng)絡層的路由概述
鏈路狀態(tài)路由選擇算法LS:向所有隔壁路由發(fā)送信息收斂快;全局式路由選擇算法,每個路由器計算路由時,需構(gòu)建整個網(wǎng)絡拓撲圖;利用Dijkstra算法求源端到目的端網(wǎng)絡的最短路徑;Dijkstra(迪杰斯特拉)算法 距離-向量路由選擇算法DV:向所有隔壁路由發(fā)送信息收斂慢、會存在回路;基礎是Bellman-Ford方程(簡稱B-F方程);
4.8 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議之RIP協(xié)議
RIP協(xié)議特性:
RIP在度量路徑時采用的是跳數(shù)(每個路由器維護自身到其他每個路由器的距離記錄); RIP的費用定義在源路由器和目的子網(wǎng)之間; RIP被限制的網(wǎng)絡直徑不超過15跳; 和隔壁交換所有的信息,30主動一次(廣播)。
4.9 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議之OSPF協(xié)議
OSPF協(xié)議優(yōu)點:
安全; 支持多條相同費用路徑; 支持區(qū)別化費用度量; 支持單播路由和多播路由; 分層路由。

4.10外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議之BGP協(xié)議
五、傳輸層
有關(guān)網(wǎng)絡層的重點:
傳輸層負責將上層數(shù)據(jù)分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸以及端到端的差錯控制和流量控制問題; 包含的主要協(xié)議:TCP協(xié)議(Transmission Control Protocol,傳輸控制協(xié)議)、UDP協(xié)議(User Datagram Protocol,用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議); 重要設備:網(wǎng)關(guān)。


5.1 UDP協(xié)議詳解

UDP是無連接協(xié)議; UDP不能保證可靠的交付數(shù)據(jù); UDP是面向報文傳輸?shù)模?/span> UDP沒有擁塞控制; UDP首部開銷很小。
UDP數(shù)據(jù)報結(jié)構(gòu):

5.2 TCP協(xié)議詳解

TCP協(xié)議的功能:
對應用層報文進行分段和重組; 面向應用層實現(xiàn)復用與分解; 實現(xiàn)端到端的流量控制; 擁塞控制; 傳輸層尋址; 對收到的報文進行差錯檢測(首部和數(shù)據(jù)部分都檢錯); 實現(xiàn)進程間的端到端可靠數(shù)據(jù)傳輸控制。
TCP協(xié)議的特點:
TCP是面向連接的協(xié)議; TCP是面向字節(jié)流的協(xié)議; TCP的一個連接有兩端,即點對點通信; TCP提供可靠的傳輸服務; TCP協(xié)議提供全雙工通信(每條TCP連接只能一對一);
5.2.1 TCP報文段結(jié)構(gòu):

序號字段:TCP的序號是對每個應用層數(shù)據(jù)的每個字節(jié)進行編號 確認序號字段:期望從對方接收數(shù)據(jù)的字節(jié)序號,即該序號對應的字節(jié)尚未收到。用ack_seq標識; TCP段的首部長度最短是20B ,最長為60字節(jié)。但是長度必須為4B的整數(shù)倍
TCP標記的作用:

5.3 可靠傳輸?shù)幕驹?/span>
不可靠傳輸信道在數(shù)據(jù)傳輸中可能發(fā)生的情況:比特差錯、亂序、重傳、丟失 基于不可靠信道實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸采取的措施:
差錯檢測:利用編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)包傳輸過程中的比特差錯檢測確認:接收方向發(fā)送方反饋接收狀態(tài)重傳:發(fā)送方重新發(fā)送接收方?jīng)]有正確接收的數(shù)據(jù)序號:確保數(shù)據(jù)按序提交計時器:解決數(shù)據(jù)丟失問題;
5.3.1TCP協(xié)議的可靠傳輸
5.3.2 TCP協(xié)議的流量控制

5.4 TCP協(xié)議的擁塞控制
【慢開始】擁塞窗口從1指數(shù)增長; 到達閾值時進入【擁塞避免】,變成+1增長; 【超時】,閾值變?yōu)楫斍癱wnd的一半(不能<2); 再從【慢開始】,擁塞窗口從1指數(shù)增長。

發(fā)送方連續(xù)收到3個冗余ACK,執(zhí)行【快重傳】,不必等計時器超時; 執(zhí)行【快恢復】,閾值變?yōu)楫斍癱wnd的一半(不能<2),并從此新的ssthresh點進入【擁塞避免】。

5.5 TCP連接的三次握手(重要)

第一次握手:客戶發(fā)送請求,此時服務器知道客戶能發(fā); 第二次握手:服務器發(fā)送確認,此時客戶知道服務器能發(fā)能收; 第三次握手:客戶發(fā)送確認,此時服務器知道客戶能收。
第一次:客戶向服務器發(fā)送連接請求段,建立連接請求控制段(SYN=1),表示傳輸?shù)膱笪亩蔚牡谝粋€數(shù)據(jù)字節(jié)的序列號是x,此序列號代表整個報文段的序號(seq=x);客戶端進入 SYN_SEND (同步發(fā)送狀態(tài));第二次:服務器發(fā)回確認報文段,同意建立新連接的確認段(SYN=1),確認序號字段有效(ACK=1),服務器告訴客戶端報文段序號是y(seq=y),表示服務器已經(jīng)收到客戶端序號為x的報文段,準備接受客戶端序列號為x+1的報文段(ack_seq=x+1);服務器由LISTEN進入SYN_RCVD (同步收到狀態(tài));第三次:客戶對服務器的同一連接進行確認.確認序號字段有效(ACK=1),客戶此次的報文段的序列號是x+1(seq=x+1),客戶期望接受服務器序列號為y+1的報文段(ack_seq=y+1);當客戶發(fā)送ack時,客戶端進入ESTABLISHED 狀態(tài);當服務收到客戶發(fā)送的ack后,也進入ESTABLISHED狀態(tài);第三次握手可攜帶數(shù)據(jù);
5.6 TCP連接的四次揮手(重要)
第一次:客戶向服務器發(fā)送釋放連接報文段,發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,請求釋放連接(FIN=1),傳輸?shù)牡谝粋€數(shù)據(jù)字節(jié)的序號是x(seq=x);客戶端狀態(tài)由ESTABLISHED進入FIN_WAIT_1(終止等待1狀態(tài));第二次:服務器向客戶發(fā)送確認段,確認字號段有效(ACK=1),服務器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序號是y(seq=y),服務器期望接收客戶數(shù)據(jù)序號為x+1(ack_seq=x+1);服務器狀態(tài)由ESTABLISHED進入CLOSE_WAIT(關(guān)閉等待);客戶端收到ACK段后,由FIN_WAIT_1進入FIN_WAIT_2;第三次:服務器向客戶發(fā)送釋放連接報文段,請求釋放連接(FIN=1),確認字號段有效(ACK=1),表示服務器期望接收客戶數(shù)據(jù)序號為x+1(ack_seq=x+1);表示自己傳輸?shù)牡谝粋€字節(jié)序號是y+1(seq=y+1);服務器狀態(tài)由CLOSE_WAIT 進入 LAST_ACK (最后確認狀態(tài));第四次:客戶向服務器發(fā)送確認段,確認字號段有效(ACK=1),表示客戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序號是x+1(seq=x+1),表示客戶期望接收服務器數(shù)據(jù)序號為y+1+1(ack_seq=y+1+1);客戶端狀態(tài)由FIN_WAIT_2進入TIME_WAIT,等待2MSL時間,進入CLOSED狀態(tài);服務器在收到最后一次ACK后,由LAST_ACK進入CLOSED;

最后一個報文沒有確認; 確保發(fā)送方的ACK可以到達接收方; 2MSL時間內(nèi)沒有收到,則接收方會重發(fā); 確保當前連接的所有報文都已經(jīng)過期。
六、應用層
數(shù)據(jù)傳輸基本單位為報文; 包含的主要協(xié)議:FTP(文件傳送協(xié)議)、Telnet(遠程登錄協(xié)議)、DNS(域名解析協(xié)議)、SMTP(郵件傳送協(xié)議),POP3協(xié)議(郵局協(xié)議),HTTP協(xié)議(Hyper Text Transfer Protocol)。
6.1 DNS詳解
【1】瀏覽器緩存, 【2】找本機的hosts文件, 【3】路由緩存, 【4】找DNS服務器(本地域名、頂級域名、根域名)->迭代解析、遞歸查詢。
IP—>DNS服務—>便于記憶的域名 域名由點、字母和數(shù)字組成,分為頂級域(com,cn,net,gov,org)、二級域(baidu,taobao,qq,alibaba)、三級域(www)(12-2-0852)

6.2 DHCP協(xié)議詳解
6.3 HTTP協(xié)議詳解
GET:請求指定的頁面信息,并返回實體主體; POST:向指定資源提交數(shù)據(jù)進行處理請求; DELETE:請求服務器刪除指定的頁面; HEAD:請求讀取URL標識的信息的首部,只返回報文頭; OPETION:請求一些選項的信息; PUT:在指明的URL下存儲一個文檔。


6.3.1 HTTP工作的結(jié)構(gòu)

6.3.2 HTTPS協(xié)議詳解
原文鏈接 https://blog.csdn.net/Royalic/article/details/119985591

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