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计算机网络总结

作者：hf40kiu | 来源：互联网 | 2023-09-08 13:21
七层架构物理层：物理设备标准，模数转换，（网线，光纤）bit数据链路层：数据MAC封装和解封，（设备交换机），帧网络层：ip封装和解封，（路由器），数据报传输层：传输数据协议和端口


  • 七层架构

    • 物理层：物理设备标准，模数转换，（网线，光纤）bit

    • 数据链路层：数据MAC封装和解封，（设备交换机），帧

    • 网络层：ip封装和解封，（路由器），数据报

    • 传输层：传输数据协议和端口（tcp， udp）,报文段

    • 会话层：建立数据传输通路，系统发起会话和接受会话请求

    • 表示层：数据加密解密，压缩，形成视频，图片，音频

    • 应用层：终端应用，（虚拟终端协议(TELNET，TELecommunications NETwork)、文件传输协议(FTP，File Transfer Protocol)、电子邮件传输协议(SMTP，Simple Mail Transfer Protocol)、域名服务(DNS，Domain Name Service)、网上新闻传输协议(NNTP，Net News Transfer Protocol)和超文本传送协议(HTTP，HyperText Transfer Protocol)等。）报文



  • 常用协议 【C ：客户端；S：服务端】

    • tcp

      • 三次握手（C-S,S-C,C-S）:第三次握手是可以携带数据的，前两次握手是不可以携带数据的; 【三次握手原因】防止历史连接初始化了连接，同步双方初始序列号，避免资源浪费

        • 一开始，客户端和服务端都处于 CLOSED 状态。先是服务端主动监听某个端口，处于 LISTEN状态

        • 客户端会随机初始化序号（ client_isn ），将此序号置于 TCP 首部的「序号」字段中，同时把SYN 标志位置为 1 ，表示 SYN 报文。接着把第一个 SYN 报文发送给服务端，表示向服务端发起连接，该报文不包含应用层数据，之后客户端处

        • 服务端收到客户端的 SYN 报文后，首先服务端也随机初始化自己的序号（ server_isn ），将此序号填入 TCP 首部的「序号」字段中，其次把 TCP 首部的「确认应答号」字段填入 client_isn + 1 , 接着把 SYN 和 ACK 标志位置为 1 。最后把该报文发给客户端，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于 SYN-RCVD 状态。

        • 客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，首先该应答报文 TCP 首部ACK 标志位置为 1 ，其次「确认应答号」字段填入 server_isn + 1 ，最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带客户到服务器的数据，之后客户端处于 ESTABLISHED 状态。服务器收到客户端的应答报文后，也进入 ESTABLISHED 状态。



      • 四次挥手（C-S,S-C,C-S,S-C）

        • 客户端打算关闭连接，此时会发送一个 TCP 首部 FIN 标志位被置为 1 的报文，也即 FIN报文，之后客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

        • 服务端收到该报文后，就向客户端发送 ACK 应答报文，接着服务端进入 CLOSED_WAIT 状态。

        • 客户端收到服务端的 ACK 应答报文后，之后进入 FIN_WAIT_2 状态。

        • 等待服务端处理完数据后，也向客户端发送 FIN 报文，之后服务端进入 LAST_ACK 状态。

        • 客户端收到服务端的 FIN 报文后，回一个 ACK 应答报文，之后进入 TIME_WAIT 状态

        • 服务器收到了 ACK 应答报文后，就进入了 CLOSED 状态，至此服务端已经完成连接的关闭。

        • 客户端在经过 2MSL 一段时间后，自动进入 CLOSED 状态，至此客户端也完成连接的关闭。



      • 分片：MTU分片和MCC分片 ？

      • 流量控制：滑动窗口：窗口的实现实际上是操作系统开辟的一个缓存空间，发送方主机在等到确认应答返回之前，必须在缓冲区中保留已发送的数据。如果按期收到确认应答，此时数据就可以从缓存区清除。

      • 拥塞控制：【重传机制】

        • 超时重传：重传机制的其中一个方式，就是在发送数据时，设定一个定时器，当超过指定的时间后，没有收到对方的 ACK 确认应答报文，就会重发该数据【数据包丢失，确认应答丢失】，超时重传时间 RTO 的值应该略大于报文往返 RTT 的值。

        • 快速重传机制：它不以时间为驱动，而是以数据驱动重传。

        • SACK：在 TCP 头部「选项」字段里加一个 SACK 的东西，它可以将缓存的地图发送给发送方，这样发送方就可以知道哪些数据收到了，哪些数据没收到，知道了这些信息，就可以只重传丢失的数据。

        • D-SACK:使用了 SACK 来告诉「发送方」有哪些数据被重复接收了。



      • 全连接队列，半连接队列



    • arp：通过ip地址查找到对应的mac地址（rarp：根据mac地址查找对应ip地址）

      • 主机会通过广播发送 ARP 请求，这个包中包含了想要知道的 MAC 地址的主机 IP 地址。当同个链路中的所有设备收到 ARP 请求时，会去拆开 ARP 请求包里的内容，如果 ARP 请求包中的目标 IP 地址与自己的 IP 地址一致，那么这个设备就将自己的 MAC 地址塞入 ARP 响应包返回给主机。



    • dhcp: 自动配置ip地址

      • 客户端首先发起 DHCP 发现报文（DHCP DISCOVER） 的 IP 数据报，由于客户端没有 IP 地址，也不知道 DHCP 服务器的地址，所以使用的是 UDP 广播通信，其使用的广播目的地址是255.255.255.255（端口 67） 并且使用 0.0.0.0（端口 68） 作为源 IP 地址。DHCP 客户端将该IP 数据报传递给链路层，链路层然后将帧广播到所有的网络中设备。

      • DHCP 服务器收到 DHCP 发现报文时，用 DHCP 提供报文（DHCP OFFER） 向客户端做出响应。该报文仍然使用 IP 广播地址 255.255.255.255，该报文信息携带服务器提供可租约的 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器以及 IP 地址租用期。

      • 客户端收到一个或多个服务器的 DHCP 提供报文后，从中选择一个服务器，并向选中的服务器发送 DHCP 请求报文（DHCP REQUEST进行响应，回显配置的参数。

      • 最后，服务端用 DHCP ACK 报文对 DHCP 请求报文进行响应，应答所要求的参数。



    • dns：通过域名逐级查找对应ip地址（根服务器，顶级域名服务器.com，权威服务器.server.com）

      1. 客户端首先会发出一个 DNS 请求，问 www.server.com 的 IP 是啥，并发给本地 DNS 服务器（也就是客户端的 TCP/IP 设置中填写的 DNS 服务器地址）。

      2. 本地域名服务器收到客户端的请求后，如果缓存里的表格能找到 www.server.com，则它直接返回IP 地址。如果没有，本地 DNS 会去问它的根域名服务器：“老大， 能告诉我 www.server.com 的IP 地址吗？” 根域名服务器是最高层次的，它不直接用于域名解析，但能指明一条道路。

      3. 根 DNS 收到来自本地 DNS 的请求后，发现后置是 .com，说：“www.server.com 这个域名归.com 区域管理”，我给你 .com 顶级域名服务器地址给你，你去问问它吧。”

      4. 本地 DNS 收到顶级域名服务器的地址后，发起请求问“老二， 你能告诉我 www.server.com 的 IP地址吗？”

      5. 顶级域名服务器说：“我给你负责 www.server.com 区域的权威 DNS 服务器的地址，你去问它应该能问到”。

      6. 本地 DNS 于是转向问权威 DNS 服务器：“老三，www.server.com对应的IP是啥呀？” server.com的权威 DNS 服务器，它是域名解析结果的原出处。为啥叫权威呢？就是我的域名我做主。

      7. 权威 DNS 服务器查询后将对应的 IP 地址 X.X.X.X 告诉本地 DNS。 8. 本地 DNS 再将 IP 地址返回客户端，客户端和目标建立连接。



    • nat：网络地址转换（私有ip转为公有ip）

    • ICMP 用于告知网络包传送过程中产生的错误以及各种控制信息。



  • 常用设备

    • 交换机：两层网络设备，端口无mac地址（包含对应的MAC-端口映射表：根据目的MAC查找对应端口，如未查到，发送数据包到除源端口外的所有端口，获得响应后记录到表中）

    • 路由器：三层网络设备，端口含ip，mac地址





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