计算机网络基础知识

（一）概要

1.在一个完整的计算机网络中，除了基于IP的网络层，传输层和应用层技术外，还包括大量不在IP协议定义范围内的数据链路层和物理层技术；现代通信网络的发展有IP化的趋势，未来通信网络的在网络层上可能会由IP协议一统天下；而网络接口层的典型协议主要是IEEE定义的802系列协议族以及ATM等；

2.网络协议有2大体系标准：

（1）国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连（OSI）的7层网络协议模型：物理层，数据链路层，网络层，运输层，会话层，表示层，应用层；

（2）美国国防部提出的TCP/IP协议：网络接口层，互连网层，传输层，应用层（实际上TCP/IP协议族只定义了后3层）；

3.TCP/IP是常见的网络协议体系结构，分为四层：

网络接口层：物理底层的连接；

网络层：负责相邻计算机之间的通信；

传输层：提供应用程序之间的通信；

应用层：向用户提供一组常用的程序；

1. TCP/IP在每个网络分层都定义了若干协议，其中一般认为IP（internet protocol，网络层）、TCP（Transmission Control Protocol，面向连接的，传输层）、UDP（User Datagram Protocol，面向无连接的，传输层）是最根本的三种协议，是其他协议的基础；

（二）基本概念

1.MAC地址：网卡物理地址，存在于网卡的ROM中，48位；

2.IPv4地址：存在于内存中，32位（IPv6：128位）；

3.端口号：进程地址，16位；

4.套接字：IP地址：端口号；

5.域名：主机的便于记忆的名称；

6.URL：对可以从互联网上得到的资源的位置和访问方法的一种简洁的表示，是互联网上标准资源的地址，格式：〈协议〉：//〈主机域名〉：〈端口号〉/〈路径〉

7.网关：如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机；

8.IP地址分类（NestID+HostID）：

（1）A类：0开头，NestID为1个字节，HostID为3个字节，单播地址；

（2）B类：10开头，NestID为2个字节，HostID为2个字节，单播地址；

（3）C类：110开头，NestID为3个字节，HostID为1个字节，单播地址；

（4）D类：1110开头，组播地址，不会分配给一个特定的主机；（因为组播成员可以任意加入，所以D类地址不是目的地址，而是组播组的编号）

（5）E类：1111开头，预留地址；

（6）专用地址：10.0.0.0 –10.255.255.255 172.16.0.0 – 172.16.255.255 192.168.0.0 – 192.168.255.255

PS：1）在ABC类地址中，HostID全0表示网络本身，全1表示广播地址，都不会分配给特定的主机；

   2）专用地址没有唯一性，可被重复使用，路由器遇到目的地址是专用地址的报文一概不转发；

   3）localhost（意为“本地主机”，指“这台计算机”）是给回路网络接口的一个标准主机名，相对应的IP地址为127.0.0.1；

9.子网与超网

（1）子网：通过对ABC类网络进行划分得到规模较小的网络，称其为子网；子网的划分是为了合理利用地址空间；为表示一个子网的 ID，需要掩码来表示；

（2）掩码：一个32位的代码，其中含1的位对应子网的标识，剩下的含0的位对应主机的标识；

（3）超网：几个网络组合构成更大的一个网络；（同样需要超网掩码）（一般是将C类网络进行合并）；

10.网络地址转换技术（NAT）：专用地址是一种内部的地址，当某个主机需要访问外部的互联网时，可分配一个合法的IP地址给该主 机；采用网络地址转换技术可以很大程度上解决IP资源不够的问题，但是无法保证每个主机拥有一个独立的合法IP地址；

    11.内网与外网：专用地址只能在内部进行通信，而不能与其他网络互连；如果要与外部通信，那么必须通过网关与外部通信，这里使用     了NAT, NAT技术就是用来保证通信的代理机制；另外，一些宽带运营商尽管也使用了非私有地址分配给用户使用，但是由于路由设              置的原因，Internet上的其他用户并不能访问到这些ip；上面2部分IP都可称为内网IP；NAT要求整个服务的连接是从内网向外网主                动发起的，而外网的用户无法直接（主动）向内网的服务发起连接请求；

12.交换机与路由：交换机主要是实现大家通过一根网线上网，但是大家上网是分别拨号的，各自使用自己的宽带，大家各自上网没有影 响，哪怕其他人在下载，对自己上网也没有影响，并且所有使用同一条交换机的电脑都是在同一个局域网内；路由器比交换机多了一 个虚拟拨号功能，通过同一台路由器上网的电脑是共用一个宽带账号，大家之间上网是相互影响的，比如一台电脑在下载，那么同一 个路由器上的其他电脑会很明显的感觉到网速很慢；

13.DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率；DHCP有三种机制分配IP地址：

（1） 自动分配方式（Automatic Allocation），DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址；

（2）动态分配方式（Dynamic Allocation），DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用；

（3）手工分配方式（Manual Allocation），客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机；

PS：三种地址分配方式中，只有动态分配可以重复使用客户端不再需要的地址；

14.DNS（Domain Name System，域名系统），因特网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串；通过主机名，最终得到该主机名对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）；

（三）常见知识点

1.TCP与UDP区别：

（1）TCP提供面向连接的、可靠的数据流传输，而UDP提供的是非面向连接的、不可靠的数据流传输；
（2）TCP传输单位称为TCP报文段，UDP传输单位称为用户数据报；
（3）TCP注重数据安全性，UDP数据传输快，因为不需要连接等待，少了许多操作，但是其安全性却一般；

2.TCP协议中的三次握手与四次挥手：

（1）三次握手：

       1）第一次握手：客户端发送syn包(syn=x)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
       2）第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
       3）第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手；

PS：握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据；理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去；

PS：需要第三次握手的原因：由于网络传输延迟问题，客户端有可能重复发送连接请求，若服务端收到一个客户端发送的重复连接请求后发出确认信号，若没有第三次握手的机制，客户端则不理会，服务端会一直浪费资源在等待；若有第三次握手的机制，服务端没有收到第三次握手的确认信号，则不会再等待；

（2）四次挥手：

       1）第一次挥手：主动关闭方发送一个FIN，用来关闭主动方到被动关闭方的新数据传送，此时主动关闭方还可以接受数据；

       2）第二次挥手：被动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK给对方；

       3）第三次挥手：被动关闭方发送一个FIN，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的新数据传送；

       4）第四次挥手：主动关闭方收到FIN后，发送一个ACK给被动关闭方；

PS：需要四次挥手的原因：被动关闭方接收到FIN时意味将没有数据再发来，但是还是可以继续发送数据；

3.ARP协议与RARP协议（网络层）：

（1）ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）：

       1）根据IP地址获取物理地址；

       2）每个主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之间的对应关系；

       3）当源主机要发送数据时，首先检查ARP列表中是否有对应IP地址的目的主机的MAC地址，如果有，则直接发送数据，如果没有，就向本网段的所有主机发送ARP数据包，该数据包包括的内容有：源主机 IP地址，源主机MAC地址，目的主机的IP 地址；

       4）当本网络的所有主机收到该ARP数据包时，首先检查数据包中的IP地址是否是自己的IP地址，如果不是，则忽略该数据包，如果是，则首先从数据包中取出源主机的IP和MAC地址写入到ARP列表中，如果已经存在，则覆盖，然后将自己的MAC地址写入ARP响应包中，告诉源主机自己是它想要找的MAC地址；

       5）源主机收到ARP响应包后。将目的主机的IP和MAC地址写入ARP列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败；

       6）广播发送ARP请求，单播发送ARP响应；

（2）RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析协议）：

      1）根据物理地址获取IP地址；

      2）主要用于无盘工作站，因为给无盘工作站配置的IP地址不能保存；

      3）在网络中配置一台RARP服务器，里面保存着IP地址和MAC地址的映射关系，当无盘工作站启动后，就封装一个RARP数据包，里面有其MAC地址，然后广播到网络上去，当服务器收到请求包后，就查找对应的MAC地址的IP地址装入响应报文中发回给请求者；因为需要广播请求报文，因此RARP只能用于具有广播能力的网络；

4.浏览器输入网址，发生的一系列响应描述：

（1）客户端浏览器通过DNS解析将域名转换为目标IP地址；

（2）客户端浏览器发起一个http会话到目标地址，然后通过传输层的TCP协议进行封装数据包，输入到网络层；在传输层会把http会话请求分成报文段，添加源和目的端口，如服务器使用80端口监听客户端的请求，客户端由系统随机选择一个端口如5000，与服务器进行交换，服务器把相应的请求返回给客户端的5000端口；

（3）客户端的网络层不用关心应用层或者传输层的东西，主要做的是通过查找路由表确定如何到达服务器，期间可能经过多个路由器，这些都是由路由器来完成的工作，无非就是通过查找路由表决定通过那个路径到达服务器；

（4）客户端的链路层，包通过链路层发送到路由器，通过邻居协议查找给定IP地址的MAC地址，然后发送ARP请求查找目的地址，如果得到回应后就可以使用ARP的请求应答交换的IP数据包现在就可以传输了，然后发送IP数据包到达服务器的地址；