计算机网络基础

计算机网络基础

七层架构

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网络模型7层概述：

1. 物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。这一层的数据叫做比特。
2. 数据链路层：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。
3. 网络层：主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。
4. 传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。 主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
5. 会话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）
6. 表示层：主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等）。
7. 应用层： 主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（可以把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西．就是终端应用）。

计算机通讯三要素

1. IP地址
2. 端口号
3. 通讯协议(UDP,TCP)(HTTP，HTTPS)

IP

网络中计算机的唯一标识。
ip地址实际是有32个2进制数组成，分成4组，每组的范围是0-2^8 255

ip分为5类(了解)
    · A类，保留给政府机构的，  1.0.0.1 ~ 126.255.255.254
    · B类，分配给中型企业的，  128.0.0.1 ~ 191.255.255.254
    · C类，分配给任何需要的个人，    192.0.0.1 ~ 223.255.255.254
    · D类，用于组播，      224.0.0.1 ~ 239.255.255.254
    · E类，用来实验，      240.0.0.1 ~ 255.255.255.254

127.0.0.1表示本机的一个ip地址。

两个DOS命令：
    ipconfig 查看本机ip地址
    ping 后面跟ip地址。测试本机与指定的ip地址间的通信是否有问题
    
特殊的IP地址：
    127.0.0.1 回环地址(表示本机)
    x.x.x.255 广播地址
    x.x.x.0 网络地址

端口号

正在运行的程序的标识。

有效端口：0_{65535，其中0}1024系统使用或保留端口。

UDP和TCP

UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）

1. UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
2. 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
3. UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
4. 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
5. UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。
6. UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。

我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。

UDP的包头结构：
源端口 16位
目的端口 16位
长度 16位
校验和 16位

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

UDP：
    把数据打包
    数据有限制
    不建立连接
    速度快
    不可靠

TCP：
    建立连接通道
    数据无限制
    速度慢
    可靠

TCP三次握手过程

1 主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段,
主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我.
2 主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事:
我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我
3 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:"我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了
这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了.
3次握手的特点
没有应用层的数据
SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1
握手完成后SYN标志位被置0

TCP建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次

1. 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求
2. 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1
3. 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1
4. 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.
   由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端
   和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础
   名词解释

ACK TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段
都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性.

SYN 同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1

FIN 发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1

TCP的包头结构：
源端口 16位
目标端口 16位
序列号 32位
回应序号 32位
TCP头长度 4位
reserved 6位
控制代码 6位
窗口大小 16位
偏移量 16位
校验和 16位
选项  32位(可选)
这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节。