计算机网络基础复习总结

写在前面：此文章持续更新，对计算机网络基础的学习进行复习总结。相关学习参考内容已列下方，目前水平有限，如有建议，欢迎指正！
References:

1. B站：韩立刚老师主讲----计算机网络第五版
2. 公众号：小浩算法----文章：计算机网络基础知识总结
3. 书：计算机网络（第5版）谢希仁
4. 黑马程序员
5. 阿里云开发者学院

0.计算机网络概述

客户服务器方式（C/S）

Point 1

• 电路交换
  电路交换适用于数据量很大的实时性传输
  核心路由器之间可以使用电路交换
• 分组交换
  最省时
• 报文交换

Point 2

• 局域网
  自己购买设备，自己维护，带宽固定（如100M），一般距离短
• 广域网
  花钱买服务，花钱买带宽

Point 3
ping出来的是往返时间RTT(Roung-Trip Time),从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认。

Point 4
OSI七层模型
应用层：能够产生网络流量、能够和用户交互的应用程序
表示层：加密、压缩
会话层：服务和客户端建立的会话（查木马,netstat -n(-nb)）
传输层：可靠传输、不可靠传输、流量控制
网络层：IP地址编址、选择最佳路径
数据链路层：数据如何封装、添加物理层地址MAC
物理层：电压、接口标准

五层模型
应用层
运输层
网络层
数据链路层
物理层

1.物理层

奈氏准则、香农公式
信道复用技术：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用
数字传输系统：脉码调制PCM

2.数据链路层

数据链路层传输的是帧
该层的三个基本问题：封装成帧（加帧头帧尾）、透明传输、差错控制（误码率）

循环冗余检验CRC：二进制一组数，用除法，检验发错没发错的算法，不能纠错（若发错直接丢包）

PPP协议（点对点协议，Point-to-Point Protocol）

• PPP协议帧格式，头尾标志，协议标识，信息字段是什么
• 用“拨号上网”来理解该协议

CSMA/CD协议（广播信道：总线上都能检测到）
半双工通信

• 多点接入
• 载波监听
• 碰撞检测

以太网：载波监听多点接入/碰撞检测机制。CSMA/CD协议（半双工通信）。
以太局域网（以太网）：在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。
LAN就是局域网
VLAN就是虚拟局域网：一个VLAN = 一个广播域 = 一个网段

3.网络层

网络层向运输层提供虚电路服务（沿着某条路走）和数据报服务（加地址，不一定用哪条路）

网际协议IP

IPv4是32位2进制地址组成 (00000000–11111111) (0–255)

127.0.0.1 本地环回地址

IP地址与子网掩码（改子网掩码的1位；子网掩码0的对应的IP的位置是主机位）

• 子网划分（划网段）
• 合并子网（划网段）
• 判断主机位

MAC地址和IP地址的区别：IP地址决定了计算机数据包最终要给谁，MAC地址决定了下一跳给谁

网关是不同网络间通信（不同网段），网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址

ARP协议：ARP广播解析MAC地址

ICMP协议：pathping丢包情况、ping判断网络故障
RIP协议：动态路由协议
OSPF协议：动态路由协议（用的最短路径优先算法）
注：RIP、OSPF是自治系统内部用的协议，BGP协议连接各个自治系统
网络地址转换NAT（Network Address Translation）
netstat -n 查看会话

4.传输层

传输层：TCP、UDP
网络层：IP(RIP、OSPF、BGP)、ICMP、IGMP、ARP
应用层：HTTP、HTTPS、FTP、DNS、SMTP、POP3、RDP
从IP层来说，通信的两端是两个主机。但真正进行通信的实体是在主机中的进程，因此严格来讲，两个主机进行通信就是两个主机中的应用进程互相通信。

1. 传输层两个协议的应用场景

• TCP
  分段、编号、流量控制等（可靠传输）
  建立会话：netstat -n（是面向连接的）
  一对一
• UDP
  一个数据包就能完成数据通信（不可靠传输）
  不建立会话 多播<-多媒体通信（是无连接的）
  一对一、一对多、多对一、多对多

2. 传输层和应用层之间的关系
   http = TCP + 80端口
   https = TCP + 443端口
   ftp = TCP + 21端口
   SMTP = TCP + 25端口（发邮件）
   POP3 = TCP + 110端口（收邮件）
   RDP = TCP + 3389端口（远程控制）
   SQL = TCP + 1433端口
   DNS = UDP + 53 or TCP + 53

传输层的协议TCP或UDP加上端口就可以标识一个应用层协议，TCP/IP协议中的端口范围是从0～65535。

3. 应用层协议和服务之间的关系
   端口定位服务
   IP地址定位计算机
   （对外）服务运行后在TCP或UDP的某个端口侦听客户端请求。
   关闭一些服务器服务端口，增加网络安全。

4.1.TCP协议

TCP协议（可靠传输、流量控制、网络堵塞）

1. TCP连接的端点叫做套接字（socket）

端口号拼接到IP地址即构成了套接字
套接字（socket）=（IP地址：端口号）
TCP连接 {socket1, socket2} = { (IP1:port1), (IP2:port2) }

2. TCP如何实现可靠传输

使用确认和重传机制（只要没告诉我收到，我就认为没收到，就要重发），这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ(Automatic Repeat reQuest)。

流水线传输（提高信道利用率）。连续ARQ协议。
发送方维持发送窗口（只有确认了才往前滑，即滑动窗口）

以字节为单位的滑动窗口技术
确认号，收到了第几个字节，再给它改，如收到了1–4，确认号为5
丢包了，会重发，检测到不连续的证明丢了，收到后面的会留下，关键字里设置
Tips：超时重传时间应略大于上面得出的加权平均往返时间RTTs。

3. TCP如何实现流量控制

所谓流量控制（flow control）就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。
TCP缓存：协商接收窗口、发送窗口
改变窗口大小（rwnd设为0，对面发送窗口也变为0了，就停止发了）

4. TCP如何实现拥塞控制

所谓拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。

发送方维持拥塞窗口cwnd(congestion window)的状态变量。拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。以后我们就知道，如果再考虑到接收方的接收能力，那么发送窗口还可能小于拥塞窗口。

慢开始：由小到大逐渐增大发送窗口，也就是说，由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。
（慢开始门限ssthresh，即设置一个阈值，过了这个阈值从“慢开始”转为“拥塞避免算法”（拥塞避免即不成倍的增加cwnd大小），当出现拥塞时，cwnd重新设置开始慢开始算法，此时阈值也按某种规律降低）

快重传：接收方每收到一个失序的报文段后就立即发送重复确认，而不要等待自己发送数据时才进行捎带确认。

快恢复：拥塞后，以及调整ssthresh阈值后，不使用慢开始算法（即不设置cwnd为1），而是直接把cwnd值设置为ssthresh减半后的数值，然后再开始“拥塞避免算法”。

除此之外需要注意，发送窗口一定不能超过对方给出的接收窗口值rwnd。故发送窗口的值为cwnd和rwnd两个数的最小值。

5. TCP的传输连接管理

ack确认号：服务器给客户端，告诉客户端该发第几个字。（三次握手时，第二次握手ack的x+1为32位的确认序号）（三次握手时，第三次握手客户端发一个ack=y+1表示32位确认序号）
ACK标志位 = 0：确认号无效；ACK = 1：确认号有效（应答）
SYN标志位 = 1：同步时用，与web建立会话（请求建立连接）
seq序号：这个数据段第一个字节，在整个文件的第几个字节。（三次握手时，第一次握手，seq的x为随机产生的32位序号）（三次握手时，第二次握手服务器端也需要发送连接请求，即此时SYN也为1，并产生随机32为序号seq=y）
FIN标志位：断开连接

进入data传输阶段，每次的数据发送都会携带ack确认序号保证安全。

5.应用层

每一个应用层协议，对应一个服务。

1. DNS协议：DNS服务作用
   域名解析IP地址
2. DHCP动态主机配置协议
   静态IP地址：固定，可通过IP地址访问（服务器）
   动态IP地址：动态分配（DHCP服务器本身是静态地址）
3. FTP文件传输协议
   FTP服务器端，如果有防火墙，需要在防火墙开20和21端口，使用主动模式进行数据连接
4. Telnet远程终端协议（默认用TCP23端口）
5. RDP远程桌面协议
6. HTTP超文本传输协议
   URL: <协议>://<主机>:<端口>/<路径>
7. SMIP（发）、POP3、IMAP（收）电子邮件收发协议

6.补充与其他

IP段格式中：
8位生存时间(TTL)，最多能经过多少跳。（往下个路由节点一跳就减一）