计算机网络基础

网络层次划分

OSI七层划分

 TCP/IP4层模型、5层模型和OSI七层模型的差别

物理层

物理层的作用：连接不同的物理设备，传输比特流。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。

物理层设备：

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。
信道的基本概念：信道是往一个方向传输信息的媒体，一条通信电路包含一个发送信道和一个接受信道。

• 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。

数据链路层

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。

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。

有关数据链路层的重要知识点：

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

以太网协议详解

MAC地址：每一个设备都拥有唯一的MAC地址，共48位，使用十六进制表示。

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

网络层

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。数据交换技术是报文交换（基本上被分组所替代）：采用储存转发方式，数据交换单位是报文。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结，有关网络层的重点为：

1.网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能；

2.基本数据单位为IP数据报；

3.包含的主要协议：

• 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。

传输层

第一个端到端，即主机到主机的层次。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。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。

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。

有关网络层的重点：

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；
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）；
重要设备：网关。

UDP协议的特点（不可靠）：

• 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协议的特点（可靠）：

• 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）；

TCP的三次握手

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。

TCT的四次挥手

1. 第一次挥手：客户端发送一个FIN=M，用来关闭客户端到服务器端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。意思是说"我客户端没有数据要发给你了"，但是如果你服务器端还有数据没有发送完成，则不必急着关闭连接，可以继续发送数据。
2. 第二次挥手：服务器端收到FIN后，先发送ack=M+1，告诉客户端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息。这个时候客户端就进入FIN_WAIT_2 状态，继续等待服务器端的FIN报文。
3. 第三次挥手：当服务器端确定数据已发送完成，则向客户端发送FIN=N报文，告诉客户端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了。服务器端进入LAST_ACK状态。
4. 第四次挥手：客户端收到FIN=N报文后，就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕服务器端不知道要关闭，所以发送ack=N+1后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。服务器端收到ACK后，服务器端就可以关闭连接了，客户端在等待2MSL之后便断开连接。

为什么需要等待2MSL?

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。

应用层
为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

应用层重点：

数据传输基本单位为报文；
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详解

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。

DHCP协议详解

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。

HTTP协议详解

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）。

HTTP请求报文方式：

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

6.3.2 HTTPS协议详解

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。

操作系统

并发和并行

并发

指多个线程间的来回切换，看起来像一起发生

并行

多核CPU可以做到并行，多个线程真正意义上的同时发生

网络编程