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IP网络基础知识

数据通信概述

• 数据
  在计算机系统中，各种字母，数字符号的组合，语音，图形，图像等统称为数据
• 数据通信
  两台设备之间通过线缆等形式的传输介质进行的数据交换的过程。

• 数据通信系统的组成
  1）发送方
  2）接受方
  3) 介质：通信线路
  4） 报文：就是个数据块，包括要传送的数据，也包括必要的附加信息（包括目的IP，目的端口，源地址，源端口，数据长度，所用协议，加密等等）
  5）协议

• 常见网络拓扑结构
  1）总线型（ 受制于总线的限制，目前不在使用）
  
  2）星型（一些节点连接到某一个核心节点）
  
  3）树型（扩展的星型结构，网络中常用的结构）
  
  4）环型（网络运营商使用较多）
  
  5）网型（任意2点之间都会有一个直接连接，性能最好，投资最高）
  

• 局域网特点和常用设备
  1.特点：距离短,延迟小，传输速率高，传输可靠

  2.常用设备：
  HUB：HUB是一个多端口的转发器，现在不使用了。

  交换机：是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。

路由器：是将自己的局域网连接到广域网的一个设备。

防火墙：一个由软件和硬件设备组合而成、在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间的界面上构造的保护屏障.是一种获取安全性方法的形象说法，它是一种计算机硬件和软件的结合，使Internet与Intranet之间建立起一个安全网关（Security Gateway），从而保护内部网免受非法用户的侵入，防火墙主要由服务访问规则、验证工具、包过滤和应用网关4个部分组成，防火墙就是一个位于计算机和它所连接的网络之间的软件或硬件。该计算机流入流出的所有网络通信和数据包均要经过此防火墙。

• 通信标准
  1） 事实标准：未经组织团体承认但已在应用中被广泛使用和接受的就是事实标准

2）法定标准：由官方认可的团体制定的标准称为法定标准

• 标准化组织
  1 . 国际标准化组织 ISO
  2 . 电子电器工程师协会 IEEE
  3 . 美国国家标准局 ANSI
  4 .电子工业协会 EIA/TIA
  5 .国际电信联盟 ITU
  6 . INTERNET工程任务委员会 IETF

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IP网络基础

• OSI参考模型具有以下优点：
  1) 简化了相关的网络操作
  2）提供设备间的兼容性和标准接口
  3）促进标准化工作
  4) 结构上可以分隔
  5）易于实现和维护

• OSI分层
  7）应用层 ——提供应用程序间通信
  6）表示层 ——处理数据格式，数据加密等
  5）会话层 ——建立，维护和管理会话
  高层：负责主机之间的数据传输
  4）传输层 —— 建立主机端到端连接

  3）网络层 ——寻址和路由选择
  2) 数据链路层 —— 提供介质访问，链路管理等
  1) 物理层 ——比特流传输
  底层：负责网络数据传输

• TCP/IP协议栈
  分层：
  4）应用层
  HTTP ,Telnet ,FTP ,TFTP
  提供应用程序网络接口

  3）传输层
  TCP/UDP
  建立端到端连接

  2）网络层
  IP
  寻址和路由选择
  1）数据链路层
  Ethernet ,802.3 , PPP
  物理介质访问
  1）物理层
  接口和线缆
  二进制数据流传输

• IP地址
  1）IP地址唯一标识一台网络设备，由32个二进制位组成

  2）IP地址采用点分十进制格式显示

  3）IP地址分为2个部分
  a.网络地址部分
  b.主机地址部分

• 私有IP地址——不能连接到互联网上
  1）10.0.0.0~10.255.255.255
  2）172.16.0.0~172.31.255.255
  3） 192.168.0.0~192.168.255.255

• 掩码介绍
  1）使用掩码区分网络部分和主机部分
  2）掩码使用与IP地址一样的格式‘
  3）掩码的网络部分和子网部分全都是1，主机部分全是0
  例如：B类网络掩码为255.255.0.0

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路由器作用

• 1 路由器运行在网络层，核心作用是实现网络互联

  2 分组数据转发
  a. 路由（寻址）：路由表建立，刷新，查找
  b. 子网间的速率适配
  c. 隔离网络，防止网络风暴，指定访问规则（防火墙）
  d. 异种网络互连

• 路由表

  1. 路由器中时刻维持着一张路由表，所有报文的发送和转发都通过查找路由表从相应端口发送

  2. 路由表可以是静态配置的，也可以是动态路由协议产生的

  3. 路由表包含下述内容：
     1）目的地址
     2）网络掩码
     3）输出接口
     4）下一跳地址（下一个设备）

TCP协议概述

• TCP为应用程序提供一种面向连接的，可靠的服务

• TCP的可靠性：
  1 . 面向连接的传输
  2 . 最大报文段传输
  3 . 传输确认机制
  4 .首部和数据的检验
  5 . 流量控制

• TCP连接的建立

  三次握手过程说明：
  1、由客户端发送建立TCP连接的请求报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且将报文中的SYN字段置为1，表示需要建立TCP连接。（SYN=1，seq=x，x为随机生成数值）
  2、由服务端回复客户端发送的TCP连接请求报文，其中包含seq序列号，是由回复端随机生成的，并且将SYN置为1，而且会产生ACK字段，ACK字段数值是在客户端发送过来的序列号seq的基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已得到验证。（SYN=1，ACK=x+1，seq=y，y为随机生成数值）这里的ack加1可以理解为是确认和谁建立连接。
  3、客户端收到服务端发送的TCP建立验证请求后，会使自己的序列号加1表示，并且再次回复ACK验证请求，在服务端发过来的seq上加1进行回复。（SYN=1，ACK=y+1，seq=x+1）

• TCP连接的终止

  四次挥手过程说明：
  1、客户端发送断开TCP连接请求的报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且还将报文中的FIN字段置为1，表示需要断开TCP连接。（FIN=1，seq=x，x由客户端随机生成）

2、服务端会回复客户端发送的TCP断开请求报文，其包含seq序列号，是由回复端随机生成的，而且会产生ACK字段，ACK字段数值是在客户端发过来的seq序列号基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP断开请求已经得到验证。（FIN=1，ACK=x+1，seq=y，y由服务端随机生成）
3、服务端在回复完客户端的TCP断开请求后，不会马上进行TCP连接的断开，服务端会先确保断开前，所有传输到A的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输数据完毕，就会将回复报文的FIN字段置1，并且产生随机seq序列号。（FIN=1，ACK=x+1，seq=z，z由服务端随机生成）
4、客户端收到服务端的TCP断开请求后，会回复服务端的断开请求，包含随机生成的seq字段和ACK字段，ACK字段会在服务端的TCP断开请求的seq基础上加1，从而完成服务端请求的验证回复。（FIN=1，ACK=z+1，seq=h，h为客户端随机生成）
至此TCP断开的4次挥手过程完毕

• UDP协议概述
  1）UDP为应用程序提供面向无连接的服务。传输数据之前源端和目的段=端部需要建立连接’
  2） 不需要维护连接状态，收发状态等，因此服务器可同时向多个客户传输相同的消息
  3）UDP适用于对传输效率要求高的运用

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