计算机网络总结

末蓝、 2022-07-17 02:25 203阅读 0赞

五层因特网协议栈（自顶向下）：应用层、运输层、网络层、链路层、物理层

每层的数据分组：应用层---->报文  、运输层---->报文段、网络层----->数据报、链路层------>链路层帧、物理层----->比特流

补充：运输层有TCP和UDP协议，而UDP协议只是在网络层的IP协议的基础上实现了数据的进程交付和微量的差错检测功能，所以UDP的分组也可以称为数据报，为了区别统一将运输层的分组称为报文段

七层模型（自顶向下）：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、链路层、物理层

详细介绍小明新买的笔记本电脑通过网线打开一个网页的过程：

**一、获取IP地址**

1、首先电脑要先获取IP地址，操作系统生成一个DHCP请求报文（用于获取IP地址），并将该请求报文放入**目的端口67（DHCP服务器）和源端口68（DHCP客户）的UDP报文段**，该UDP报文段被放入一个目的地址为255.255.255.255（网络层广播地址）和源地址为0.0.0.0的IP数据报中，该IP数据报被放入目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF：FF（链路层广播地址）源MAC地址为小明电脑端口的MAC地址（假设为AA:AA:AA:AA:AA:AA），链路层交换机所有的端口广播该含有DHCP请求的特殊链路层帧（包括与路由器连接的端口），（在链路层帧通过链路层交换机时由于交换机的自学性，已经记住了小明的电脑的MAC地址）路由器在它具有MAC地址为00：22：6B：45：1F:1B的接口收到了包含DHCP请求的链路层广播帧，抽取IP数据报，IP数据报分解取出UDP报文段，DHCP请求从UDP报文段中取出，此时DHCP服务器有了DHCP请求报文

2、DHCP服务器为请求从IP块中（比如68.85.2.0/24）分配IP地址、DNS服务器的IP地址（比如68.87.71.226）、默认网关路由器的IP地址（68.85.2.1）和子网掩码（68.85.2.0/24），DHCP生成包含此信息的DHCP ACK报文，该报文被放入UDP报文段中，UDP报文段被放入IP数据报中、IP数据报放入链路层帧中传送到MAC地址为AA:AA:AA:AA:AA:AA的端口，小明的电脑收到此DHCP ACK 并从中提取相关信息并设置

此时小明的电脑已经具有IP地址、DNS服务器地址、默认网关路由器的IP地址、子网掩码等信息

**补充：**

动态主机配置协议（DHCP）：用于在组织内部分配地址，DHCP允许主机自动获取一个IP地址，管理可配置DHCP给主机分配固定IP还是临时IP

默认网关： 第一跳路由器地址

DHCP工作的四个步骤：给新加入的主机分配地址

1、DHCP服务器发现，使用DHCP发现报文发现与其交互的DHCP服务器，使用广播

目的地址255.255.255.255

2、DCHP服务器提供，DHCP服务器收到一个DCHP发现报文时，用一个DCHP提供报文

向用户响应，使用IP广播地址255.255.255.255

3、DHCP请求，客户从一个或多个服务器提供中选择一个，并向选中的服务器发送DHCP

请求报文回显配置参数

4、DHCP ACK，DHCP服务器用DHCP ACK报文对请求报文进行响应，证实所要求的参

数

**IPv4和IPv6的区别：**1、IPv4有4个字节、IPv6有16个字节      2、IPv4支持中间路由器的IP数据切片（受最大传输单元的限制）、IPv6不支持中间路由器的数据切片（切片在源和目的地上执行）   3、IPv6舍弃的首部检验和  4、IPv4的首部行为20字节，IPv6的首部行为40字节

MAC地址：设备的物理地址，有6个字节

设备的地址与端口绑定

**二、获取需要浏览网址的IP地址**

1、小明在浏览器的地址栏中输入www.google.com的URL并按回车键，首先Web浏览器生成了一个TCP套接字（位于应用层和运输层中间的软件接口），用于向www.google,com发送Http请求，但该TCP套接字需要目的地址的IP地址，因此要先获取www.google.com的IP地址，可以通过DNS服务器获取该网站的IP地址，因此操作系统生成了一个DNS查询报文，放置在**端口为53**的UDP报文段中，该UDP报文段被放入IP目的地址为68.85.71.226（第一步已从DHCP中获取了DNS服务器的IP地址）和源地址为68.85.2.101（DHCP给笔记本分配的IP地址）的IP数据报中，该IP数据报被放入链路层帧中，该帧将被发送到网关路由器（由于已经知知道了默认网关路由器的IP地址，因此可以通过ARP协议获取该路由器的MAC地址，通过链路层广播帧获取），此时包含DNS查询报文的链路层帧已经交付给了网关路由器

2、网关路由器提取包含DNS查询报文的IP数据报，获取目的IP地址（68.87.71.226），并根据转发表选择出口进行转发，最终包含DNS查询报文的UDP报文段到达DNS服务器，DNS服务器提取DNS查询报文并查找www.google.com对应的IP地址（64.233.169.105），DNS服务器将该IP地址放入DNS回答报文，并将DNS回答报文放入目的地址为68.85.2.101的IP数据报中，通过UDP传输到小明所在AS的网关路由器最后传输到小明的电脑上，此时已经可以连接www.google.com的服务器了

**补充：**

**DNS：**主要作用是将主机名转换为IP地址（包括主机别名、邮件别名），DNS有三个层次结构：根DNS服务器、顶级DNS服务器（TLD）、权威DNS服务器

各个层次DNS服务器的交互： 1、本地服务器将接受到的请求报文转发给根DNS服务器，

2、根DNS服务器返回给本地DNS服务器负责该域名的TLD的IP地址列表，

3、该本地DNS服务器向TLD服务器之一发送查询报文，TLD服务器返回一个负责该地址的权威DNS 服务器的IP地址

4、本地DNS服务器直接向该权威DNS服务器发送查询报文

**注意：**本地的DNS服务器具有缓存功能能够缓存TLD服务器的地址以及权威DNS服务器的地址，这些缓存会定期更新

**套接字：**位于运输层和应用层中间的软件接口，当套接字从运输层提取数据并向应用层传递时必须是正确的、完整的、有序的数据，每个套接字都有一个端口号，可以有多个线程，当我们访问服务器并请求获取服务时，直接和服务器的欢迎套接字交互，当服务器同意请求时会另外分配一个专用套接字给你，该套接字具有一个专属的端口号，而每个套接字可以有多个线程，比如为了更好的响应用户的请求一个套接字用一个线程处理数据，一个线程用于向客户发送数据

**端口号：**IP地址的端口号有两字节，16比特的数，端口号和IP地址结合主要用于区分服务，0～1023是周知端口，用于世界周知的的协议

ARP：地址解析协议，主要是将IP地址转换为MAC（物理）地址，每个电子设备都有一个MAC地址，理论上该地址是不能更改的

**路由器：**路由器由四个部分组成

1、输入端口

2、输出端口

3、交换结构（将输入端和输出端相连传递数据）

4、路由选择处理器，执行路由选择协议和维护转发表等

路由选择协议：

在说路由选择协议之必须要先说明一个概念---AS（自治系统），比如你家小区的几百户用同一个ISP（因特网内容提供商，比如电信、移动等）可能就属于同一个AS，

在一个AS中有两种路由器，一种是与外界通信的路由器（网关路由器）一种是AS内部通信的路由器，这两种路由器具有不同的路由选择协议。

**AS内部的路由选择协议：**

1、路由选择信息协议（RIP），局部式算法

2、开放最短路径优先（OSPF），全局式算法

选择何种协议有网络管理员决定

**AS之间的路由选择协议：BGP（边界网关协议）**

**主要职能：**1、从相邻AS处获得子网可达性信息

2、向本AS内部的所有路由器传播这些可达性信息

3、基于可达性信息的AS策略，决定到达子网的最优路由

**三、与服务器交互：HTTP和TCP**

1、小明的电脑已经有了www.google.com的IP地址，生成TCP套接字该套接字向www.google.com发送HTTP GET报文，在发送该报文之前先与服务器进行TCP三次握手建立连接(**端口号80**)，连接建立好后发送HTTP GET报文

2、服务器收到HTTP GET报文请求后从套接字提取报文并生成一个HTTP 响应报文，响应报文通过TCP套接字向下传输，生成TCP报文段，生成IP数据报，生成链路层帧，传输给小明电脑的WEB浏览器，并最终显示网页

**补充：**

HTTP和HTTPS的区别：http和https的区别是使用的运输层协议不同而已，https使用的是ssl和tcp结合的加密版tcp协议，提

供了数据加密服务，SSL与套接字类似用于数据的加密，技术实现在应用层但它最为运输协议被看待，http则使用的是普通的TCP协议，在网络层中也有加密版的IP协议--->IPsec，而VPN就是使用IPsec技术在公共网上创建的网络（之前一直以为VPN就是用来翻墙的。。。。。）

**TCP和UDP的区别（简述）：**TCP是面向连接的可靠的传输协议提供拥塞控制和流量控制的功能，UDP是尽力交付协议，不提供可靠服务，使用前不必建立连接

**流量控制和拥塞控制的区别： **

流量控制：由于接收方缓存不足发送方抑制发送速率，因为TCP的接收方会先将数据放入缓存中（用于向上提供完整，正确的数据），因此TCP通过让发送方维护一个称为接收窗口的变量提供流量控制，指示发送方该接收方还有多少可用的缓存空间（TCP双工通信）

拥塞控制：由于网络拥塞抑制发送方的发送速率，通过拥塞窗口控制，网络拥塞的两种鉴别方式：接收3个冗余的ACK或者定时器超时

**TCP的套接字和UDP的套接字的区别：**

UDP套接字是由一个二元组来全面识别的（目的IP地址和一个目的端口号）；因此，两个UDP报文段有不同源地址或源端口号但有相同的IP地址和目的端口号，那么这两个报文将通过相同的目的套接字 被定向到相同的目的进程

TCP套接字是一个有四元组来识别的（源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号）因此，两个具有不同源IP地址或者源端口号的TCP报文段将被定向到不同的套接字，如服务器响应不同端系统的TCP连接请求

**TCP的三次握手及缺陷：**

1、客户首先发送一个特殊的TCP报文段（不承载有效载荷） SYN报文段，SYN为1，另外客户随机取一个序号

2、服务器提TCP SYN报文段并为该TCP连接分配TCP缓存和变量，用另一个特殊TCP报文段响应（不承载有效载 荷 ） SYNACK报文段，**SYN为1** ，包含随机序号，确认号（客户序号 \+1）

3、客户接受到 SYNACK报文段后，为该连接分配缓存和变量，再用第三个特殊报文段响应（承载有效载荷）用于 SYNACK 报文段的确认， SYN为0

**缺陷：**

SYN洪泛攻击（只发送第一次握手的请求不进行第三次握手的确认），防范措施：SYN cookie，如果接收到的SYN报文来自较早连接的一个SYN报文

段的旧副本，TCP连接的服务器一侧不会接受该连接

**为什么不是TCP两次握手或者四次握手？**

答：如果是两次，客户向服务器申请建立连接，服务器同意并发给客户一个允许连接的报文段，结果丢失了，则无法建立连接。四次则是因为没有必要

**TCP关闭连接（四次握手）：**

1、客户TCP向服务器发送一条特殊报文段， FIN 为1；

2、服务器收到后向客户发送一条确认报文；

3、服务器发送它自己的终止报文， FIN 为1；

4、客户发送确认报文。

**内容分发网（****CDN****）：** CDN服务器主要用于分发视频，即多媒体页面（视频以及WEB内容），CDN通过拦截DNS请求转到CDN服务器地址进行视频的分发（现在迅雷会员卖不动了就在搞这个东西）

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