36张图全面总结计算机网络知识点

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• 按照网络的作用范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）；

• 按照网络使用者：公用网络、专用网络。

• 各层之间是相互独立的；
• 每一层需要有足够的灵活性；

• 各层之间完全解耦。

速率：bps=bit/s

时延：发送时延、传播时延、排队时延、处理时延

往返时间RTT：数据报文在端到端通信中的来回一次的时间。

• 中继器【Repeater，也叫放大器】：同一局域网的再生信号；两端口的网段必须同一协议；5-4-3规程：10BASE-5以太网中，最多串联4个中继器，5段中只能有3个连接主机；
  

• 集线器：同一局域网的再生、放大信号（多端口的中继器）；半双工，不能隔离冲突域也不能隔离广播域。

• 单工通信信道：只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道；
• 半双工通信信道：双方都可以发送和接受信息，但不能同时发送也不能同时接收；

• 全双工通信信道：双方都可以同时发送和接收。

该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

1. 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；
   
2. 基本数据单位为帧；
3. 主要的协议：以太网协议；

4. 两个重要设备名称：网桥和交换机。

封装成帧：“帧”是数据链路层数据的基本单位：

• 奇偶校验码–局限性：当出错两位时，检测不到错误。

• 循环冗余检验码：根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码。

最大传输单元MTU(Maximum Transmission Unit)，数据链路层的数据帧不是无限大的，数据帧长度受MTU限制。

路径MTU：由链路中MTU的最小值决定。

以太网协议：是一种使用广泛的局域网技术，是一种应用于数据链路层的协议，使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输：

1. 以太网第一个广泛部署的高速局域网
   
2. 以太网数据速率快
3. 以太网硬件价格便宜，网络造价成本低

1. 类型：标识上层协议（2字节）
2. 目的地址和源地址：MAC地址（每个6字节）
3. 数据：封装的上层协议的分组（46~1500字节）
4. CRC：循环冗余码（4字节）

5. 以太网最短帧：以太网帧最短64字节；以太网帧除了数据部分18字节；数据最短46字节；

1. MAC地址长度为6字节，48位；
2. MAC地址具有唯一性，每个网络适配器对应一个MAC地址；
3. 通常采用十六进制表示法，每个字节表示一个十六进制数，用 - 或 : 连接起来；

4. MAC广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

• IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;
  
• ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;
• ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;

• RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。

4. 重要的设备：路由器。

IP网际协议是 Internet 网络层最核心的协议。虚拟互联网络的产生：实际的计算机网络错综复杂；物理设备通过使用IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异；当网络中主机使用IP协议连接时，无需关注网络细节，于是形成了虚拟网络。

IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联的网络；并且解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题。

其中，版本指IP协议的版本，占4位，如IPv4和IPv6；首部位长度表示IP首部长度，占4位，最大数值位15；总长度表示IP数据报总长度，占16位，最大数值位65535；TTL表示IP数据报文在网络中的寿命，占8位；协议表明IP数据所携带的具体数据是什么协议的，如TCP、UDP。

4.2 IP协议的转发流程

4.3 IP地址的子网划分

用于多个主机通过一个公有IP访问访问互联网的私有网络中，减缓了IP地址的消耗，但是增加了网络通信的复杂度。

1. 从内网出去的IP数据报，将其IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址，并将替换关系记录到NAT转换表中；

2. 从公共互联网返回的IP数据报，依据其目的的IP地址检索NAT转换表，并利用检索到的内部私有IP地址替换目的IP地址，然后将IP数据报转发到内部网络。

地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol）：为网卡（网络适配器）的IP地址到对应的硬件地址提供动态映射。可以把网络层32位地址转化为数据链路层MAC48位地址。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)协议指逆地址解析协议，可以把数据链路层MAC48位地址转化为网络层32位地址。

• Ping应用：网络故障的排查；
  

• Traceroute应用：可以探测IP数据报在网络中走过的路径。

关于路由算法的要求：正确的完整的、在计算上应该尽可能是简单的、可以适应网络中的变化、稳定的公平的。

自治系统AS：指处于一个管理机构下的网络设备群，AS内部网络自治管理，对外提供一个或多个出入口，其中自治系统内部的路由协议为内部网关协议，如RIP、OSPF等；自治系统外部的路由协议为外部网关协议，如BGP。

静态路由：人工配置，难度和复杂度高；

• 链路状态路由选择算法LS：向所有隔壁路由发送信息收敛快；全局式路由选择算法，每个路由器计算路由时，需构建整个网络拓扑图；利用Dijkstra算法求源端到目的端网络的最短路径；Dijkstra(迪杰斯特拉)算法

• 距离-向量路由选择算法DV：向所有隔壁路由发送信息收敛慢、会存在回路；基础是Bellman-Ford方程（简称B-F方程）；

路由信息协议 RIP(Routing Information Protocol)【应用层】，基于距离-向量的路由选择算法，较小的AS（自治系统），适合小型网络；RIP报文，封装进UDP数据报。

1. RIP在度量路径时采用的是跳数（每个路由器维护自身到其他每个路由器的距离记录）；
2. RIP的费用定义在源路由器和目的子网之间；
3. RIP被限制的网络直径不超过15跳；

4. 和隔壁交换所有的信息，30主动一次（广播）。

开放最短路径优先协议 OSPF(Open Shortest Path First)【网络层】，基于链路状态的路由选择算法（即Dijkstra算法），较大规模的AS ，适合大型网络，直接封装在IP数据报传输。

1. 安全；
2. 支持多条相同费用路径；
3. 支持区别化费用度量；
4. 支持单播路由和多播路由；

5. 分层路由。

RIP与OSPF的对比（路由算法决定其性质）：

BGP（Border Gateway Protocol）边际网关协议【应用层】：是运行在AS之间的一种协议,寻找一条好路由：首次交换全部信息，以后只交换变化的部分,BGP封装进TCP报文段。

传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

1. 传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；
2. 包含的主要协议：TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）；

3. 重要设备：网关。

5.1 UDP协议详解

UDP(User Datagram Protocol: 用户数据报协议)，是一个非常简单的协议，

UDP协议的特点：

• UDP是无连接协议；
• UDP不能保证可靠的交付数据；
• UDP是面向报文传输的；
• UDP没有拥塞控制；

• UDP首部开销很小。

TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议)，是计算机网络中非常复杂的一个协议。

TCP协议的功能：

1. 对应用层报文进行分段和重组；
   
2. 面向应用层实现复用与分解；
3. 实现端到端的流量控制；
4. 拥塞控制；
5. 传输层寻址；
6. 对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分都检错）；

7. 实现进程间的端到端可靠数据传输控制。

• TCP是面向连接的协议；
• TCP是面向字节流的协议；
• TCP的一个连接有两端，即点对点通信；
• TCP提供可靠的传输服务；

• TCP协议提供全双工通信（每条TCP连接只能一对一）；

最大报文段长度：报文段中封装的应用层数据的最大长度。

• 序号字段：TCP的序号是对每个应用层数据的每个字节进行编号
• 确认序号字段：期望从对方接收数据的字节序号，即该序号对应的字节尚未收到。用ack_seq标识；

• TCP段的首部长度最短是20B ，最长为60字节。但是长度必须为4B的整数倍

基本原理：

• 不可靠传输信道在数据传输中可能发生的情况：比特差错、乱序、重传、丢失

• 基于不可靠信道实现可靠数据传输采取的措施：
• 差错检测：利用编码实现数据包传输过程中的比特差错检测
• 确认：接收方向发送方反馈接收状态
• 重传：发送方重新发送接收方没有正确接收的数据
• 序号：确保数据按序提交

• 计时器：解决数据丢失问题；

连续ARQ(Automatic Repeat reQuest：自动重传请求)协议：滑动窗口+累计确认，大幅提高了信道的利用率。

基于连续ARQ协议，在某些情况下，重传的效率并不高，会重复传输部分已经成功接收的字节。

拥塞控制与流量控制的区别：流量控制考虑点对点的通信量的控制，而拥塞控制考虑整个网络，是全局性的考虑。拥塞控制的方法：慢启动算法+拥塞避免算法。

1. 【慢开始】拥塞窗口从1指数增长；
2. 到达阈值时进入【拥塞避免】，变成+1增长；
3. 【超时】，阈值变为当前cwnd的一半（不能<2）；
4. 再从【慢开始】，拥塞窗口从1指数增长。

1. 发送方连续收到3个冗余ACK，执行【快重传】，不必等计时器超时；
2. 执行【快恢复】，阈值变为当前cwnd的一半（不能<2），并从此新的ssthresh点进入【拥塞避免】。

面试常客：为什么需要三次握手？

1. 第一次握手：客户发送请求，此时服务器知道客户能发；
   
2. 第二次握手：服务器发送确认，此时客户知道服务器能发能收；

3. 第三次握手：客户发送确认，此时服务器知道客户能收。

第三次：客户对服务器的同一连接进行确认.确认序号字段有效(ACK=1),客户此次的报文段的序列号是x+1(seq=x+1),客户期望接受服务器序列号为y+1的报文段(ack_seq=y+1);当客户发送ack时，客户端进入ESTABLISHED 状态;当服务收到客户发送的ack后，也进入ESTABLISHED状态;第三次握手可携带数据；

第三次：服务器向客户发送释放连接报文段，请求释放连接（FIN=1），确认字号段有效（ACK=1），表示服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;表示自己传输的第一个字节序号是y+1（seq=y+1）；服务器状态由CLOSE_WAIT 进入 LAST_ACK （最后确认状态）；

第四次：客户向服务器发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），表示客户传输的数据序号是x+1（seq=x+1），表示客户期望接收服务器数据序号为y+1+1（ack_seq=y+1+1）；客户端状态由FIN_WAIT_2进入TIME_WAIT，等待2MSL时间，进入CLOSED状态；服务器在收到最后一次ACK后，由LAST_ACK进入CLOSED；

1. 最后一个报文没有确认；
2. 确保发送方的ACK可以到达接收方；
3. 2MSL时间内没有收到，则接收方会重发；

4. 确保当前连接的所有报文都已经过期。

1. 数据传输基本单位为报文；

2. 包含的主要协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（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（Hyper Text Transfer Protocol）。

DNS（Domain Name System:域名系统）【C/S，UDP，端口53】：解决IP地址复杂难以记忆的问题,存储并完成自己所管辖范围内主机的 域名 到 IP 地址的映射。

域名解析的顺序：【1】浏览器缓存，【2】找本机的hosts文件，【3】路由缓存，【4】找DNS服务器（本地域名、顶级域名、根域名）->迭代解析、递归查询。

1. IP—>DNS服务—>便于记忆的域名

2. 域名由点、字母和数字组成，分为顶级域（com，cn，net，gov，org）、二级域（baidu,taobao,qq,alibaba）、三级域（www）(12-2-0852)

DHCP（Dynamic Configuration Protocol:动态主机设置协议）：是一个局域网协议，是应用UDP协议的应用层协议。作用：为临时接入局域网的用户自动分配IP地址。

文件传输协议（FTP）：控制连接（端口21）：传输控制信息（连接、传输请求），以7位ASCII码的格式。整个会话期间一直打开。

HTTP（HyperText Transfer Protocol:超文本传输协议）【TCP，端口80】：是可靠的数据传输协议，浏览器向服务器发收报文前，先建立TCP连接，HTTP使用TCP连接方式（HTTP自身无连接）。

1. GET：请求指定的页面信息，并返回实体主体；
2. POST：向指定资源提交数据进行处理请求；
3. DELETE：请求服务器删除指定的页面；
4. HEAD：请求读取URL标识的信息的首部，只返回报文头；
5. OPETION：请求一些选项的信息；
6. PUT：在指明的URL下存储一个文档。

6.3.1 HTTP工作的结构

HTTPS(Secure)是安全的HTTP协议，端口号443。基于HTTP协议，通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护。

原文：http://t.csdn.cn/zOoDb

来都来了，点个 在看 再走吧~~~