网络原理

墨蓝 2022-03-17 07:58 200阅读 0赞

1.TCP/UDP区别以及TCP如何保证传输可靠性  
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是基于连接的协议，也就是说，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来。

UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去！  
UDP适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。比如，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。例如，在默认状态下，一次“ping”操作发送4个数据包。大家可以看到，发送的数据包数量是4包，收到的也是4包（因为对方主机收到后会发回一个确认收到的数据包）。这充分说明了UDP协议是面向非连接的协议，没有建立连接的过程。正因为UDP协议没有连接的过程，所以它的通信效果高；但也正因为如此，它的可靠性不如TCP协议高。QQ就使用UDP发消息，因此有时会出现收不到消息的情况。

tcp协议和udp协议的差别  
TCP UDP  
是否连接 面向连接 面向非连接  
传输可靠性 可靠 不可靠  
应用场合 传输大量数据 少量数据  
速度 慢 快

2.常见的路由选择协议，以及它们的区别

常见的路由选择协议有：RIP协议、OSPF协议。

RIP协议：底层是贝尔曼福特算法，它选择路由的度量标准（metric)是跳数，最大跳数是15跳，如果大于15跳，它就会丢弃数据包。

OSPF协议：底层是迪杰斯特拉算法，是链路状态路由选择协议，它选择路由的度量标准是带宽，延迟。

3.OSI七层模型与TCP/IP五层模型  
OSI七层模型  
OSI 中的层 功能 TCP/IP协议族  
应 用层 文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终 端 TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet  
表示层 数据格式化，代码转换，数据加密 没有协议  
会话 层 解除或建立与别的接点的联系 没有协议  
传输层 提供端对端的接口 TCP，UDP  
网 络层 为数据包选择路由 IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP  
数据链路层 传输有地址的帧以及错误检测功能 SLIP，CSLIP，PPP，ARP，RARP，MTU  
物 理层 以二进制数据形式在物理媒体上传输数据 ISO2110，IEEE802，IEEE802.2

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TCP/IP五层模型的协议

应用层  
传输层：四层交换机、也有工作在四层的路由器

网络层：路由器、三层交换机

数据链路层：网桥（现已很少使用）、以太网交换机（二层交换机）、网卡（其实网卡是一半工作在物理层、一半工作在数据链路层）

物理层：中继器、集线器、还有我们通常说的双绞线也工作在物理层

TCP/IP中，每一层对应的协议

网络层：IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议。

传输层：UDP协议、TCP协议。

应用层：FTP（文件传送协议）、Telenet（远程登录协议）、DNS（域名解析协议）、SMTP（邮件传送协议），POP3协议（邮局协议），HTTP协议。

注意：

在OSI模型中ARP协议属于链路层；而在TCP/IP模型中，ARP协议属于网络层。

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除了层的数量之外，开放式系统互联（OSI）模型与TCP/IP协议有什么区别？

开放式 系统互联模型是一个参考标准，解释协议相互之间应该如何相互作用。TCP/IP协议是美国国防部发明的，是让互联网成为了目前这个样子的标准之一。 开放式系统互联模型中没有清楚地描绘TCP/IP协议，但是在解释TCP/IP协议时很容易想到开放式系统互联模型。

两者的主要区别如下：  
·TCP/IP协议中的应用层处理开放式系统互联模型中的第五层、第六层和第七层的功能。  
·TCP/IP协议中的传输层并不能总是保证在传 输层可靠地传输数据包，而开放式系统互联模型可以做到。TCP/IP协议还提供一项名为UDP（用户数据报协议）的选择。UDP不能保证可靠的数据包传 输。

TCP/IP全称:Transmission Control Protocol / Internet Protocol 中文翻译:传输控制协议 / 互联网协议

4.OSI七层模型详解及各层的硬件设备

各层的设备：

物理层：中继器（Repeater，也叫放大器），集线器，网线。

数据链路层：网桥，交换机。

网络层：路由器。

网关：网络层以上的设备。

5.IP地址的分类（尤其注意特殊IP）

综述：  
A类地址：以0开头，第一个字节范围：0~127；

B类地址：以10开头，第一个字节范围：128~191；

C类地址：以110开头，第一个字节范围：192~223；

D类地址：以1110开头，第一个字节范围为224~239；

最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A类~E类。

其中A、B、C3类（如下表格）由InternetNIC在全球范围内统一分配，D、E类为特殊地址。

A类IP地址  
一个A类IP地址是指， 在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网络的标识长度为8位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，有126个网络，每个网络可以容纳主机数达1600多万台。  
A类IP地址 地址范围1.0.0.0到127.255.255.255\[1\] （二进制表示为：00000001 00000000 00000000 00000000 - 01111110 11111111 11111111 11111111）。最后一个是广播地址。  
A类IP地址的子网掩码为255.0.0.0，每个网络支持的最大主机数为256的3次方-2=16777214台。  
B类IP地址  
一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码。如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，有16384个网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。  
B类IP地址地址范围128.0.0.0-191.255.255.255（二进制表示为：10000000 00000000 00000000 00000000----10111111 11111111 11111111 11111111）。 最后一个是广播地址。  
B类IP地址的子网掩码为255.255.0.0，每个网络支持的最大主机数为256的2次方-2=65534台。  
C类IP地址  
一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中网络的标识长度为24位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，有209万余个网络。适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。  
C类IP地址范围192.0.0.0-223.255.255.255\[3\] （二进制表示为: 11000000 00000000 00000000 00000000 - 11011111 11111111 11111111 11111111）。  
C类IP地址的子网掩码为255.255.255.0，每个网络支持的最大主机数为256-2=254台  
D类IP地址  
D类IP地址在历史上被叫做多播地址(multicast address)，即组播地址。在以太网中，多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是“1110”，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。  
特殊的网址  
每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；  
IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址；  
IP地址中凡是以“1110”开头的E类IP地址都保留用于将来和实验使用。  
IP地址中不能以十进制“127”作为开头，该类地址中数字127．0．0．1到127．255．255．255用于回路测试，如：127.0.0.1可以代表本机IP地址，用“[http://127.0.0.1][http_127.0.0.1]”就可以测试本机中配置的Web服务器。  
网络ID的第一个8位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。

6.ARP协议的工作原理  
数据链路层  
首先，每台主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个 ARP列表，以表示IP地址和MAC地址的对应关系。当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时，会首先检查自己 ARP列表中是否存在该 IP地址对应的MAC地址，如果有，就直接将数据包发送到这个MAC地址；如果没有，就向本地网段发起一个ARP请求的广播包，查询此目的主机对应的MAC地址。此ARP请求数据包里包括源主机的IP地址、硬件地址、以及目的主机的IP地址。网络中所有的主机收到这个ARP请求后，会检查数据包中的目的IP是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此数据包；如果相同，该主机首先将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中，如果ARP表中已经存在该IP的信息，则将其覆盖，然后给源主机发送一个 ARP响应数据包，告诉对方自己是它需要查找的MAC地址；源主机收到这个ARP响应数据包后，将得到的目的主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中，并利用此信息开始数据的传输。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。  
广播发送ARP请求，单播发送ARP响应。

RARP  
逆地址解析协议，作用是完成硬件地址到IP地址的映射，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。

7.在浏览器中输入网址后执行的全部过程  
1.查找域名对应的IP地址。这一步会依次查找浏览器缓存，系统缓存，路由器缓存，ISPNDS缓存，根域名服务器。  
2.向IP对应的服务器发送请求。  
3.服务器响应请求，发回网页内容。  
4.浏览器解析网页内容。  
由于网页可能有重定向，或者嵌入了图片，AJAX，其它子网页等等，这4个步骤可能反复进行多次才能将最终页面展示给用户。

1.  TCP对应的协议和UDP对应的协议

TCP对应的协议：

（1） FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。常说某某计算机开了FTP服务便是启动了文件传输服务。下载文件，上传主页，都要用到FTP服务。

（2） Telnet：它是一种用于远程登陆的端口，用户可以以自己的身份远程连接到计算机上，通过这种端口可以提供一种基于DOS模式下的通信服务。如以前的BBS是-纯字符界面的，支持BBS的服务器将23端口打开，对外提供服务。

（3） SMTP：定义了简单邮件传送协议，现在很多邮件服务器都用的是这个协议，用于发送邮件。如常见的免费邮件服务中用的就是这个邮件服务端口，所以在电子邮件设置-中常看到有这么SMTP端口设置这个栏，服务器开放的是25号端口。

（4） POP3：它是和SMTP对应，POP3用于接收邮件。通常情况下，POP3协议所用的是110端口。也是说，只要你有相应的使用POP3协议的程序（例如Fo-xmail或Outlook），就可以不以Web方式登陆进邮箱界面，直接用邮件程序就可以收到邮件（如是163邮箱就没有必要先进入网易网站，再进入自己的邮-箱来收信）。

（5）HTTP协议：是从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。

UDP对应的协议：

（1） DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址。DNS用的是53号端口。

（2） SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口，是用来管理网络设备的。由于网络设备很多，无连接的服务就体现出其优势。

（3） TFTP(Trival File Transfer Protocal)，简单文件传输协议，该协议在熟知端口69上使用UDP服务。

9.强调下上文的特殊IP地址  
（1）网络地址

IP地址由网络号（包括子网号）和主机号组成，网络地址的主机号为全0，网络地址代表着整个网络。

（2）广播地址

广播地址通常称为直接广播地址，是为了区分受限广播地址。
    
     广播地址与网络地址的主机号正好相反，广播地址中，主机号为全1。当向某个网络的广播地址发送消息时，该网络内的所有主机都能收到该广播消息。

（3）组播地址

D类地址就是组播地址。
    
     先回忆下A，B，C，D类地址吧
    
    A类地址以00开头，第一个字节作为网络号，地址范围为：0.0.0.0~127.255.255.255；
    
    B类地址以10开头，前两个字节作为网络号，地址范围是：128.0.0.0~191.255.255.255;
    
    C类地址以110开头，前三个字节作为网络号，地址范围是：192.0.0.0~223.255.255.255。
    
    D类地址以1110开头，地址范围是224.0.0.0~239.255.255.255，D类地址作为组播地址（一对多的通信）；
    
    E类地址以1111开头，地址范围是240.0.0.0~255.255.255.255，E类地址为保留地址，供以后使用。
    
    Notice：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号。

（4）255.255.255.255

该IP地址指的是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址（直接广播地址）的区别在于，受限广播地址之只能用于本地网络，路由器不会转发以受限广播地址为目的地址的分组；一般广播地址既可在本地广播，也可跨网段广播。例如：主机192.168.1.1/30上的直接广播数据包后，另外一个网段192.168.1.5/30也能收到该数据报；若发送受限广播数据报，则不能收到。
    
    Notice：一般的广播地址（直接广播地址）能够通过某些路由器（当然不是所有的路由器），而受限的广播地址不能通过路由器。
    
    （5）0.0.0.0
    
       常用于寻找自己的IP地址，例如在我们的RARP，BOOTP和DHCP协议中，若某个未知IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围（具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内）的服务器发送IP请求分组。

（6）回环地址

127.0.0.0/8被用作回环地址，回环地址表示本机的地址，常用于对本机的测试，用的最多的是127.0.0.1。

（7）A、B、C类私有地址

私有地址(private address)也叫专用地址，它们不会在全球使用，只具有本地意义。

A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255

B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255

C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255

1.  NAT协议、DHCP协议、DNS协议的作用  
    NAT协议：网络地址转换(NAT,Network AddressTranslation)属接入广域网(WAN)技术，

是一种将私有（保留）地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。原因很简单，NAT不仅完美地解决了lP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。

借助于NAT，私有（保留）地址的"内部"网络通过路由器发送数据包时，私有地址被转换成合法的IP地址，一个局域网只需使用少量IP地址（甚至是1个）即可实现私有地址网络内所有计算机与Internet的通信需求。

DHCP协议：动态主机设置协议（Dynamic Host ConfigurationProtocol, DHCP）

是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址，给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。

DNS协议：DNS 是域名系统 (Domain Name System) 的缩写，是因特网的一项核心服务，它作为可以将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人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。

11.子网掩码的作用  
子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。  
用于子网掩码的位数决定于可能的子网数目和每个子网的主机数目。  
计算方法示例：  
定义子网掩码的步骤为：  
A、确定哪些组地址归我们使用。比如我们申请到的网络号为 “210.73.a.b”，该网络地址为c类IP地址，网络标识为“210.73.a”，主机标识为“b”。  
B、根据我们所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。比如我们需要12个子网，将来可能需要16个。用第四个字节的前四位确定子网掩码。前四位都置为“1”，即第四个字节为“11110000”，这个数我们暂且称作新的二进制子网掩码。  
C、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前三个字节都置为“1”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.11111111.11111111.11110000” 。  
D、把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.255.240” 。

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[http_127.0.0.1]: http://127.0.0.1