【学习笔记】【计算机网络【总】】物理层；链路层；网络层；传输层；应用层；详解

框架

端口号标识了进程；

一、计算机网络

分类：（作用范围）

广域网 WAN 几十到几千公里 ；跨省、跨国
城域网 MAN 5~50KM；城市间
局域网 LAN 1KM内；地区内

分类：（使用者）

公用网络
专用网络

点这里国际网络连接光缆拓扑

• 我国1980年开始互联网实验、1989年第一个公共网络建立运行、1994年接入国际互联网；

ISP：互联网服务提供商（Internet Service Provider）：

电信：中国公用计算机互联网(CHINANET，即中国电信网)
网通：中国网通公用互联网(CNCNET，包括金桥网CHINAGBN)
移动：中国移动互联网（CMNET）
联通：中国联通互联网（UNINET）
铁通：中国铁通互联网（CRCNET）
卫星：中国卫星集团互联网（CSNET）
科技：中国科技网（CSTNET）
教育：中国教育和科研计算机网（CERNET）
贸易：中国国际经济贸易互联网（CIETNET）
长城：中国长城互联网（CGWNET）

1、 层次结构设计

• 使得每层解耦
  
  

2、 现代互联网拓扑

网络使用方式：

• 客户-服务器模式
• 对等连接（p2p）模式

3、 网络性能指标

• 时延：

发送时延 ：数据长度/发送速率
传播时延 ：路径距离/传播速率
排队时延 ：
处理时延 ：

• 指标：

RTT ：route- trip time：数据报文在端到端通信来回一次的时间；
ping命令可以查看RTT；

二、物理层

物理层的作用

物理介质：双绞线、同轴电缆、光纤、红外线、无线、激光；

信道的基本概念

信道是往一个方向传送信息的媒体
一个通信电路，往往包含着一个接受信道和一个发送信道

信道：分用-复用技术

• 为了提高信道利用率

频分复用
时分复用
波分复用
码分复用

三、数据链路层

管理相邻节点之间的数据通信；通过MAC地址；MAC 地址表；

负责： 封装成帧、透明传输、差错监测

封装成帧

• 物理层以比特位作为数据基本单位
• 链路层以”帧“作为数据的基本单位

发送端在网络层数据牵头加上特定标记形成 帧
接收端根据前后标记识别出 帧
帧首部和尾部是特定的控制字符：特定比特流
SOH：00000001
EOT：00000100

透明传输

• 控制字符在帧数据中，但是要当作不存在的去处理

数据中出现SOH、EOT；就在之前加一个转义字符；

解码的时候，根据转义字符和控制字符成对，来解析；

差错监测

物理层只管传输比特流；无法控制是否出错；数据链路层来做差错检测；
数据链路层只进行数据检测，不进行纠正；

• 奇偶校验码；

奇校验：加上校验位使其成为奇数个1；
偶数错误无法检测；

• 循环冗余校验码CRC

根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码的方法；
生成校验位，附加在数据后

1. 选定校验多项式；并在位数加R个0；（CRC32就是一种多项式，且尾部加32个0）
2. 使用 模 2 除法除以多项式；取余-除-取余-除->直到最后的余数；（模 2 除法：异或）
3. 得到的余数填充至原数据尾部的0处；

• 对于接收方，把整个串对校验多项式 模 2 除法，余数不为零则为出错；

• CRC 的错误检测能力，与校验码阶数有关；阶数为1，就退化成了奇偶校验

2、最大传输单元MTU

• 数据帧过大：时延过大

• 数据帧过小：效率低；（全是头部了没有数据了）

• 以太网MTU一般是1500字节；

• 路径MTU由链路中最小的MTU所决定；

3、以太网协议详解

MAC 地址

• 物理地址、硬件地址；每个设备唯一；
• ipconfig /all -> 查看计算机内MAC地址
• 48位；6个8位用-分开；16进制表示

以太网协议

• 广泛应用的局域网技术；
• 应用与数据链路层；
• 使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输；
• 而非相邻的，想要传输到另一个路由器下的设备时候，就需要网络层IP 来实现；

四、网络层 - 链接

【学习笔记】【计算机网络】【网络层】IP协议详解；IP分类；子网划分；ARP、ICMP、NAT、RIP、OSPF、BGP协议详解；

1、IP协议
2、逐跳 hop-by-hop
3、ARP协议、RARP 协议
4、IP分类、子网划分
5、网络地址转换NAT技术
6、ICMP协议
7、网络层的路由概述

1、RIP协议
2、OSPF协议
3、BGP协议

• IP分类、子网划分；

五、传输层 - 链接

【学习笔记】【计算机网络】【传输层】UDP、TCP差异详解；TCP的可靠传输、流量控制、拥塞控制、三次握手、四次挥手；timewait中2MSL的必要性；

1、 UDP协议详解

2、 TCP协议详解

1、传输控制协议（Transmission Control Protocol）
2、基本原理
3、可靠传输
4、流量控制
5、拥塞控制
6、三次握手 - 建立连接；
6、四次挥手- 断开连接；

3、套接字编程

• timewait中2MSL的必要性；
• 其他进程间通信对比

六、应用层

1、DNS详解

域名系统（Domain Name System)

dns 是一个基于客户 服务器模式的分布式数据库系统，（域名对ip的映射）；

• 域名被点分割成不同的域；域名可以分为顶级域、二级域、三级域；
• DNS协议运行在DUP之上，使用53号端口。
• 纯递归方式对根域名服务器造成过大负载，现在都用的是递归与迭代相结合的方式。由本地域名服务器来迭代。
• 各个域名服务器中有高速缓存，缓存DNS信息。因为主机名和IP地址之间映射不是永久的，所以将在一段时间后丢弃缓存信息。

顶级域：

国家：cn、us、uk、ca
通用：com、net、gov、org

二级域：

aliyun、qq、baidu、、、

域名服务器：

2、DHCP详解

（dynamic host configuration protocol,动态主机配置协议）是应用层协议。（分配临时IP地址）

• 使用客户/服务器方式。是一个局域网协议；应用层有两种工作方式，客户/服务器方式与p2p方式。
• DHCP是采用UDP协议广播（全1的IP）发送的，因为还没分配IP。端口：主机68，服务器67；分配的IP是临时的，有租期；
• 启动方DHCP客户机，向DHCP服务器广播发送报文。DHCP服务器回答这个广播保文，回答的报文叫提供报文。
• 网络中可以有多个DHCP服务器。客户机广播请求时候可能收到多个应答，通常挑选最先的回复。
• 能找到这个计算机的配置信息的话就返回该信息，找不到的话，就从IP地址池中取一个分配给该计算机;

过程：

四个过程都是广播255.255.255.255

1. 主机使用UDP协议广播DHCP发现报文 Discover
2. DHCP服务器发出DHCP提供报文 Offer
3. 主机向DHCP服务器发出DHCP请求报文 Request
4. DHCP服务器回应并提供IP地址；ACK

3、HTTP详解

超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）

• 超文本：超级文本；带超链接文本；
• web服务就是提供内容的服务，内容就是超文本；包含了图片、文本、音频视频、动图等；
• 内容都有统一的路径（地址），表示为http 的资源；
• http:// <主机>：<端口>/<路径>；主机为域名/IP；端口为80/443；路径指向内容

• HTTP协议是可靠的数据传输协议；（依靠TCP）
• HTTP协议运行在CS架构上面（客户端-服务端模式）

web服务器：

接受客户端连接、接受请求报文、处理请求、访问web资源、构造应答、发送应答；

请求方法：

1. GET: 获取指定的服务器资源；
2. POST:提交数据到服务端；
3. DELETE:删除指定的服务器资源；
4. UPDATE: 更新指定的服务端资源；

指定资源：

• 地址中指定资源 与 请求数据中指定资源
  
  状态码：
  

4、HTTP工作结构

web缓存

• 内容存在二八原则；应该优先缓存热门内容；
• Redis：基于主存的Key -V 数据库；还有memcached；或者内存、SSD 自己开发；

web 代理

屏蔽server部署结构、架构；实现防火墙等；

• 正向代理：代表客户端访问server；对于客户端来说是正向代理；
• 反向代理：代表server将数据返回给客户端；
• 代理软件：Nginx、HAProxy；
  

CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）

• 实现多媒体内容的加速；
• 将部分内容部署在其他地方，留备份，让其他地方访问更快；

爬虫

百度、谷歌本质就是爬虫，将内容爬下来，做索引；然后内容提供给大家；

不好的爬虫可能造成：增加网络拥塞、损耗服务器资源

5、HTTPS工作结构

HTTP是明文传输的；HTTPS 是安全的HTTP协议
https:// <主机>：<端口>/<路径>； 端口由80变为443；

加密模式：

• 对称加密

加密、解密秘钥相同

• 非对称加密

加密、解密秘钥不同
A、B是拥有一定数学关系的一组秘钥；分为私钥、公钥；
公钥加密、私钥解密的时候，公钥只能加密，无法解密；

概念：

• 数字证书：

可信任组织颁发给特定对象的认证；

• SSL：（Secure Sockets Layer 安全套接字协议)

• 在应用层与传输层之间；
• 保证数据安全和数据完整；
• 对传输层数据进行加密后传输；

5、HTTPS 过程

1. 443端口的TCP连接
2. SSL安全参数握手

1. 客户端发送随机数1、协议版本、加密算法；
2. 服务端发送随机数2、数字证书、确定加密算法；
3. 客户端确认证书是否有效、生成随机数3、用公钥加密随机数3；并发送给服务器；
4. 双方通过随机数1、2、3 和相同的算法，生成对称秘钥；之后就可使用对称秘钥进行通信；

• 综合的使用了对称加密和非对称加密；随机数交流时，使用非对称加密 ；且双方分别生成秘钥，没有经过传输；

3. 客户端发送数据（包括加密解密）
4. 服务端发送数据（包括加密解密）

七、实践 - 网络嗅探工具

捕获IP、TCP、UDP协议报文；

网卡工作模式：

• 混杂模式：接受所有经过网卡设备的数据；

• 非混杂模式：只接受目的地址指向自己的数据；

• 大端字节序：高字节放前面；（网络中常用）（人类习惯读写大端字节序）

• 小端字节序：低字节放前面；（主机中常用）（计算机电路先处理低字节效率高）