计算机网络
计算机网络
互联网的两个特点：连通性和共享性。
ISP ：互联网服务提供者，提供和管理 IP 地址。
RFC 文档：互联网标准。
网络通信方式：
- 客户-服务器（C/S 方式）
- 对等方式（P2P）
互联网通信方式：电路交换$\rightarrow$报文交换$\rightarrow$分组交换。
网络性能指标：
- 速率（数据率）
- 带宽（最大速率）
- 吞吐量（实际传输数据量）
- 时延
- 时延带宽积
- 往返时间（RTT）
- 利用率
OSI ：开放系统互连基本参考模型。
网络协议三要素：语法、语义、同步。
OSI 七层协议
$$
应用层 \
\downarrow\
表示层 \
\downarrow\
会话层 \
\downarrow\
运输层 \
\downarrow\
网络层 \
\downarrow\
数据链路层 \
\downarrow\
物理层 \
$$
TCP/IP 体系结构
$$
应用层 \
(DNS,HTTP,SMTP，…) \
\downarrow\
运输层 \
(TCP,UDP) \
\downarrow\
网际层 \
(IP) \
\downarrow\
链路层
$$
物理层
数据通信系统模型：源系统$\rightarrow$传输系统$\rightarrow$目的系统。
信息交互方式：
- 单向通信（单工）
- 双向交替通信（双工）
- 双向同时通信（全双工）
宽带接入技术：ADSL 技术、FTTx 技术。
数据链路层
信道类型：
- 点对点（一对一）
- 广播信道
帧：协议数据单元。
三个基本问题：
- 封装成帧
- 透明传输
- 差错检测
协议：
- PPP 协议
以太网将该层划分为两部分：
- LLC（逻辑链路控制）
- MAC（MAC媒体接入控制）
网络适配器（网卡、网络接口卡NIC）：用于传输网络数据包。
MAC 地址（物理地址、硬件地址）：48位。
以太网交换机：交换和转发 MAC 帧，具有自学习功能。
VLAN：虚拟局域网。
网络层
路由传送数据类型：数据和路由信息。
协议：
- ICMP（网际控制报文协议）
- IGMP（网际组管理协议）
- IP（网际协议）
- ARP（地址解析协议）
中间设备区分：
- 转发器–物理层
- 网桥、桥接器、交换机–链路层
- 路由器–网路层
- 网关–网络层之上
IP 地址：{网络地址，主机号}，32位。
点分十进制：如128.11.3.3。
分类 IP 地址：A、B、C、D、E五类。
无分类编址 CIDR：{网络前缀，主机号}
地址掩码（子网掩码）：1的个数表示网络前缀长度。
IP 地址与 MAC 地址的区别：
- IP 是虚拟地址，MAC 是物理地址
- IP 是网络层及以上使用，MAC 是数据链路层使用
ARP 协议：IP 地址转换 MAC 地址协议。
ARP 高速缓存：存放 IP 地址到 MAC 地址的映射表。
使用 IP 地址的原因：
- MAC 地址互不相同，地址转换复杂
- MAC 地址数量庞大，寻址困难
IP 数据报（首部，固定20字节，可选40字节）：
- 版本（IPv4、IPv6）
- 首部长度
- 区分服务
- 总长度
- 标识
- 标志（分片）
- 片偏移（分片在原数据报的偏移）
- 生存时间
- 协议（数据所用协议）
- 首部校验和
- 源地址
- 目的地址
- 可变部分
分组转发算法：
- 最长前缀匹配
- 二叉树搜索
网际控制报文协议（ICMP）：
- ping （测试连通性）
- traceroute（跟踪路由）
IPv6 协议：
- 128位地址长度
- 冒号十六进制记法
IPv4 过渡 IPv6：
- 隧道技术
- 双协议栈
路由选择协议：
- 内部网关协议 IGP：RIP、OSPF
- 外部网关协议 EGP：BGP-4
VPN：虚拟专用网。
网络地址转换（NAT）：内网$\rightarrow$外网。
运输层
协议：
- 用户数据报协议 UDP
- 传输控制协议 TCP
典型应用层协议对应关系：
| 应用层协议 | 运输层协议 |
|---|---|
| DNS（域名系统） | UDP |
| TFTP（简单文件传送协议） | UDP |
| RIP（路由信息协议） | UDP |
| DHCP（动态主机配置协议） | UDP |
| SNMP（简单网络管理协议） | UDP |
| NFS（网络文件系统） | UDP |
| IGMP（网际组管理协议） | UDP |
| SMTP（简单邮件传送协议） | TCP |
| TELNET（远程终端协议） | TCP |
| HTTP（超文本传送协议） | TCP |
| FTP（文件传送协议） | TCP |
用户数据报协议（UDP）：
- 无连接的
- 尽最大努力交付
- 面向报文的
- 无拥塞控制
- 支持一对一、一对多、多对一、多对多
- 首部开销小（8字节）
UDP 首部格式，每个2字节：
- 源端口
- 目的端口
- 长度（总长度）
- 检验和
传输控制协议（TCP）：
- 面向连接的
- 点对点连接
- 可靠传输
- 全双工
- 面向字节流
套接字（socket）：{IP 地址 : 端口号}
可靠传输工作原理：停止等待协议$\rightarrow$连续ARQ协议$\rightarrow$滑动窗口协议。
常用熟知端口号:
| 应用 | 端口 |
|---|---|
| FTP | 21 |
| TELNET | 23 |
| SMTP | 25 |
| DNS | 53 |
| TFTP | 69 |
| HTTP | 80 |
| SNMP | 161 |
| SNMP(trap) | 162 |
| HTTPS | 443 |
TCP 首部格式，固定20字节，可选40字节：
- 源、目的端口
- 序号（按字节编号）
- 确认号（期望收到的下一个报文的第一个数据字节的序号）
- 数据偏移（数据主体距开头的偏移）
- 保留
- 控制位（URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN）
- 窗口
- 检验和
- 紧急指针（紧急数据报末尾的位置）
- 选项
RTT ：报文往返时间。
RTO ：重传时间。
流量控制：调整发送窗口大小。
拥塞控制：防止网络过载。
拥塞控制算法：
- 慢开始
- 拥塞避免
- 快重传
- 快恢复
运输连接管理：
三次握手
四次挥手
参考博文：超超超详细讲解TCP三次握手与四次挥手（大图解），值得收藏 - cpp后端技术的文章 - 知乎
https://zhuanlan.zhihu.com/p/591865232
应用层
常用协议：
DNS（域名系统）
FTP（文件传送协议）
- 控制连接
- 数据连接
NFS（网络文件系统）
TELNET（远程终端协议）
WWW（万维网）
- URL（统一资源定位符）：{协议 : //主机名 : 端口/路径}
HTTP（超文本传送协议）
- 无连接、无状态
- 报文格式：请求行、请求头、请求体
- 状态码
- 1xx：通知信息
- 2xx：成功
- 3xx：重定向
- 4xx：客户端错误
- 5xx：服务器错误
DHCP（动态主机配置协议）
SNMP（简单网络管理协议）