计网
计算机网络
1.2网络协议基础
协议的概念=>协议由标准化组织管理=>常见的标准化组织=>协议标准=>TCP/IP OSI IPX等 => 均为分层模型 => 分层的目的 原因 =>每一层的原因 原理 机制（封装与解封装）
协议
- 解释：协议就是一套规则，一个约定——实现达成一个详细的约定，并遵循同一套约定标准，以此进行后续处理
- 存在形式：程序
数据通信标准
事实标准/协议——未被组织承认，但都在用
法定标准——法律规定
ISO 国际标准化组织 制定各行各业的标准 IEEE 电子电器工程师协会 802.3 有限通信协议集 802.11无线通信协议集（WIFI就是采用这个协议） IETF INTERNET工程任务委员会 产生两种文件：“互联网草案 Internet draft”（任何人都可提交，相当于idea） 和 RFC（request for comments）历史存档（如802.1Q Vlan协议） ANSI 美国国家标准局 EIA/TIA 电子工业协会 ITU 国际电信联盟
世界公认的互联网之父们
罗伯特·泰勒 && 拉里·罗伯茨——ARPA NET 蒂姆·伯纳斯·李——HTTP(WWW——World wide web) 温顿·瑟夫&&罗伯特·卡恩——TCP / IP This is for everyone 罗伯特·梅特卡夫——以太网（局域网） 伦纳德·克兰罗克——分组交换 && 第一个网络数据TCP/IP模型
TCP/IP Transmission Control Protocol and Internet Protocol 1969年提出,拥有实际实用价值，也是唯一幸存者 （五层 或者 四层） 应用层 应用层：软件 表示层 解决不同操作系统间的通信和语法问题 解决的需求：转化为标准格式 会话层：建立和管理应用程序之间的通信 解决的需求：会话通信 传输层 原因：网络间数据发送会出现丢包的问题，数据传输是不可靠的 实现：保证数据报文正确传输 功能： 1、面向链接 2、面向无连接 解决的需求：不同的网络节点数据传输中保证数据可靠 网络层 实现：不同局域网之间发送数据，让数据从一个网络到另一个网络 功能： 1、寻找最佳路径（路由） 2、寻址（IP地址） 解决的需求：不同网络之间如何选择路径，并连通数据 数据链路层 解决内部网络的通信——保证硬件间数据正确 原因：传输时会有数据损耗，数据可能错误 目的：扩展不同介质之间的传输。确保传输的比特流正确，并且针对错误有纠错功能 实现：将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路 功能： 1：确保数据正确 2：寻址（MAC） 解决的需求： 使物理信号无差错传递 物理层 解释：硬件间的通信（接口类型，传输介质的速率） 目的：传输比特流（数模转换与模数转换：1,0=>电流的强弱=>1,0） 解决的需求：物理信号之间的传递，使物理线路通畅 其它同时代模型： OSI 解决网络间兼容性的问题。将服务，接口，协议独立出来。 1984年提出，并不实用，只有理论价值 IPX/SPX SNA思考：为什么要分层
网络通信非常复杂： 1、数据传输本身 —— 以010101001010二进制传输 2、网络传输本身 —— 降低复杂度 应用要求 相互独立于不同的应用需求 标准化 促进标准化 厂商兼容性 简化网络操作 学习成本/操作性 便于学习与操作 模块化————————高内聚 低耦合 内聚： 耦合：层与层之间相互独立，上下层之间彼此耦合度低，互不干扰思考：分层模型的原理
封装与解封装——套娃 发送时：不停加入外层封装 接收时：不停拆除外层封装 发生在互联网的任何一次通信都是封装与解封装的过程
1.3 (TCP/IP）应用层
软件与硬件
应用层 ---------↑软件方向（软件开发） ↓硬件方向（通信、传输） 传输层 网络层 接口层应用层协议(application layer protocol)
- 解决的需求：运行在不同端系统上的应用程序进程如何相互传递报文
Part1 工作原理
- 协议 != 程序
- 程序调用应用层的协议，而不是每一个程序都有一个协议
- 如：网易邮箱、QQ邮箱 调用POP3协议
- 特点：数量在所有层里最多
- 目的：根据不同的应用层协议产生应用层数据
- 软件服务模式：
- 客户机/浏览器 CS架构 或者 BS架构（client-server / browser-server）
- 客户端请求服务器
- 服务器相应客户端
- （浏览器是CS架构，浏览器本身也是客户端）
- P2P（对等体结构）
- 每个人的电脑都可以当服务器，也可以当客户端
- 每个人的计算机都可以访问其他人计算机的内容，同样自己的计算机都可以相应其他人的访问，达到共享
- （下载是典型的p2p应用）
- 混合模式
- 根服务器 + 主机
- 以下载为例：主机=>访问根服务器=>返回最佳P2P下载路径=>主机同时对N个主机进行访问，获取下载资源
- 客户机/浏览器 CS架构 或者 BS架构（client-server / browser-server）
- 协议 != 程序
Part2 HTTP && HTTPS
HTTP——超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol )
架构：CS架构 （User - Web） 被动式服务（不请求，无资源）
基础：TCP
前提：
- 位置（信息资源在服务器的位置）——URL（统一资源定位符）
- 规则（CS之间如何沟通）——HTTP
- 呈现（返回的信息如何组织起来）——HTML
资源请求：
功能状态码
HTTP特点
- 无状态——对客户端无状态储存（访问一个web需要反复进行登录——每次都要进行同服务器的三次握手四次挥手建立连接）
- 无连接——因为无状态，所以无法储存链接
- 基于请求与相应——客户机-服务器模式
- 明文通信——请求与相应不会同通信方进行确认，无法保证数据完整性
HTTPS特点
基于HTTP，通过SSL或者TLS进行加密处理——提供身份验证和数据完整性保护
过程：
（C）请求下载服务器CA证书/根证书（CA中有公钥）=>（C)使用公钥加密数据传递服务器=>（S）使用私钥解密，返回数据 即SSR ```Part3 DNS协议
域名解析协议（Domain Name System）
架构：CS
功能：域名=>IP地址
（多用UDP，主服务器同备用服务器之间同步数据时，使用TCP）
查询流程：
1、查看本地的hosts文件，如果host文件里有直接使用host文件里的记录——/system32/etc/host 2、启动DNS客户端——查询DNS服务器地址=>查询本地DNS服务器 3、如果本地均无，向前一个DNS服务器查找，直到查找到根服务器
Part4 其它协议
- FTP（File Transfer Protocol）
- SMTP（Simple Mail Transfer Protocol） && POP3（Post Office Protocol 第三版邮局协议）
- Telnet——远程登录协议
1.4 (TCP/IP)传输层
传输层位于TCP/IP协议的第四层，为App提供服务。定义了APP之间端到端的连通性。
Part1 端到端通信
“地址”的概念在所有层中，所有计算机语言，编程中都存在。
传输层的“地址”，即端口号——也即程序地址
功能：用来识别同一计算机中进行通信的不同应用层服务，实现指定应用程序到指定应用程序之间的通信
每一个协议拥有一个端口号
源端口号是随机的，且必须大于1023
请求包：源端口>1023 Source Port:5002 Destination Port:443 相应包：源端口<1023 Source Port:443 Destination Port:5002会话
A向B通信 A发送数据，源端口号（随机）2000，目标端口号80 B收到数据 B返回数据时，源端口号为80，目标端口号为2000通过五个参数甄别一个通信
IP（源IP、目标Ip） 协议号 端口号（源端口号，目标端口号）
端口号
长度：16位，共65536个 范围：0-65535指派方式
熟知端口：0-1023 IANA占用，公共协议 注册端口：1024-49151 IANA不指派、不控制。在IANA注册以防重复 动态端口（临时端口）：49152-65535 可以通过任意进程来使用Windows下查看端口号占用情况——windows端口表
netstat -aon
Part2 TCP可靠性
TCP提供面向链接（通信时双方都可确保对方均接受了链接） 、可靠的服务。
UDP提供面向无连接服务（A对B发送信息，不考虑是否真的收到）。
可靠性（通过TCP首段报文说明文件来实现以下功能）
- 面向链接（体现在链接的建立与拆除上）
- 最大报文肠长度
- 确认传输机制
- 流量控制
- 首部数据校验和
TCP报文
三次握手*建立链接）与四次挥手（拆除链接）
SYN：请求建立链接 FIN：Finish 为什么是四次才能拆除链接： 拆除时Server端需要先把数据全部发送完毕，再去请求断开链接 如果直接请求断开链接，数据就会被腰斩 TCP半关闭状态分段与重组
分段后，潜在的包丢失的成本会将至最小，重发时的工作量也小；若不分段，丢包会导致整个包都丢，导致整个包重传，效率过低； 为什么要分段，重组： 目的：提升数据传输效率，降低故障率 流程： 1、确定最大报文长度——通过MSS 2、确定重组的依据——通过序列号 MTU：物理链路上最大承担的数据链路量（数据联络层的概念） MSS(Max Segment Size)最大报文尺寸=MTU-网络层数据包头-传输层数据包头 = 1500 - 20 - 20 = 1460字节 在三次握手时，确定MSS值拆分时,会在数据中添加统一标识符：序列号 A ----------B-------------C 0-1460 1461-... ...-...确认与重传
确认：基于序列号 重传： 时间间隔（三次握手时定义）——根据C/S网络环境动态生成流量控制
滑动窗口： 为什么有滑动窗口——提高吞吐量，减少排队与等待， 慢启动： 避免启动时，高并发导致的网络高峰
Part3 TCP与UDP区别
代表：微信、短信
不需要建立链接、不需要维护状态
TCP——数据流协议，TCP会对数据进行分段，而UDP不会
UDP——数据报协议
1.5 (TCP/IP)网络层
实现终端节点到节点之间的通信（个人主机）
核心包括： IP(编址)寻址、路由、分包与组包
数据 = 传输层head + 应用层head + 应用层数据
Part1 点到点通信 && Part2 IP地址
IP地址使得异构网络之间得以连通，让不同的网络在同一个规则下通信
点分十进制
V4地址总数：43亿个
五类地址：
ABC类的私有地址 A类私有 10.0.0.0 - 10.255.255.255 10网段 B类私有 172.16.0.0 - 172.31.255.255 172.16-172.32网段（不包含） C类私有 192.168.0.0 - 192.168.255.255 192.168网段
掩码
1的部分为网络，0的部分为主机
Part3 路由
路径=>路由=>路由器=>路由表
告诉数据包怎么到达目的网络
解决的三个问题
1、目标是什么 目的地址+子网掩码 2、从哪个方向走 输出接口 3、下一站在哪 下一跳类型
直连 静态 动态（ARP、OSPF、IS-IS、BGP）
Part4 Ip分片
为什么要在网络层还要分片？
主要是对传输层UDP的补充，UDP是整个发过来的。 MTU在Internet中为1500，在FDDI中是4352，在ATM中为9180。上一层可能传输比MTU更多的数据量。IP报文中专门用来分片的字段
标识位、标志位、片偏移 标识位： 被分片后被打上统一表示 标志位： DF——不分片位 MF——更多分片位 片偏移： 类似于TCP中的序列号，对分片进行重组
1.6 (TCP/IP) 接口层
Part1: 数据链路层
数据链路层实现的是逐跳传递，确保物理信道可以正常发送数据
功能：帧发送与帧接收、用户数据帧的组装与分解、物理层信息监测、信道闲忙、数据链路的收发管理
地址：MAC地址
（不同操作系统表示的MAC地址方式不同，但都是十六进制）
48位十六进制数 第一位：确定单播地址还是多播地址 0：单播 1：多播 第二位：确定是全局地址还是本地地址 0：全局 1：本地 3-24位：厂商识别码 IEEE管理，保证厂家之间不重复 25-48位：厂商内识别码 厂商管理，保证产品之间不重复链路类型
共享介质型网络： 所有PC共用一条线：争用，令牌传递。 争用/CSMA(载波监听多路访问)：边听边发 冲突停发 随机延迟等待 非共享介质型网络： 交换式以太网——通过交换机进行通讯 （有线）两种格式： 802.3 IEEE Ethernet2 （无线）以太网 IEEE802.11系列协议