圖解TCP_IP(第五版)知識點(diǎn)總結(jié)

圖解TCP_IP 第五版

第一章 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

1沐序、OSI參考模型(7層):
7層通信各層的分工
2祸泪、七層通信:
通信與7個(gè)分層
  • 應(yīng)用層:(寫入數(shù)據(jù))
  • 表示層:是進(jìn)行“統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式”與“某一臺(tái)計(jì)算機(jī)或某一款軟件特有的數(shù)據(jù)格式”之間互相轉(zhuǎn)換的分層。(格式化編碼)
  • 會(huì)話層:建立何種傳輸方式档址,記錄數(shù)據(jù)傳送順序,負(fù)責(zé)決定連接時(shí)機(jī)(標(biāo)記發(fā)送順序)
  • 傳輸層:保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕ù_立連接和斷開連接吞琐,可重發(fā))
  • 網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送至最終目標(biāo)地址,端對端(數(shù)據(jù)傳送)
  • 數(shù)據(jù)鏈路層:通過傳輸介質(zhì)互連的設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理
  • 物理層:將MAC地址信息的首部附加到數(shù)據(jù)上然爆,將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)
3站粟、傳輸方式的分類
  • 面向有連接型:ATM、幀中繼曾雕、TCP
  • 面向無連接型:以太網(wǎng)奴烙、IP、UDP


    面向有連接型與面向無連接型
4剖张、分組交換

分組交換

發(fā)送端計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)分組發(fā)給路由器切诀,路由器接收到這組分組數(shù)據(jù)以后,緩存到自己的緩沖區(qū)搔弄,然后再轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)計(jì)算機(jī)幅虑。

5、地址
  • 地址的唯一性
      在同一通信網(wǎng)絡(luò)中不允許有兩個(gè)相同地址的通信主體存在
  • 地址的層次性
      MAC尋址:地址轉(zhuǎn)發(fā)表(根據(jù)自學(xué)自動(dòng)生成)
      IP尋址:路由轉(zhuǎn)發(fā)表(根據(jù)路由協(xié)議自動(dòng)生成)

MAC地址和IP地址都具有唯一性顾犹,但是只有IP地址具有層次性倒庵。MAC地址是真正負(fù)責(zé)最終通信的地址,但實(shí)際尋址中炫刷,IP地址必不可少擎宝。

6、網(wǎng)橋與路由器
  • 網(wǎng)橋/2層交換機(jī):
      在OSI模型的第2層——數(shù)據(jù)鏈路層面上連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(幀)浑玛。
      地址是指MAC地址绍申、硬件地址、物理地址和適配器地址锄奢。
  • 路由器/3層交換機(jī):
      在OSI模型的第3層——網(wǎng)絡(luò)層面上連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)失晴、并對分組報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備。(IP地址)
  • 4-7層交換機(jī):
      處理OSI模型中從傳輸層至應(yīng)用層的數(shù)據(jù)拘央。(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā))
  • 網(wǎng)關(guān):
      負(fù)責(zé)將傳輸層到應(yīng)用層的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備涂屁。(協(xié)議轉(zhuǎn)換)

第二章 TCP/IP基礎(chǔ)知識

1、TCP/IP具體含義:
TCP/IP網(wǎng)際協(xié)議族
2灰伟、TCP/IP與OSI參考模型
OSI參考模型與TCP/IP的關(guān)系
  • 硬件(物理層)
  • 網(wǎng)絡(luò)接口層(數(shù)據(jù)鏈路層)
  • 互聯(lián)網(wǎng)層(網(wǎng)絡(luò)層)
      1拆又、IP:整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)都能收到數(shù)據(jù)的協(xié)議。
      2栏账、ICMP:數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)無法到達(dá)目標(biāo)地址時(shí)帖族,給發(fā)送端發(fā)送一個(gè)異常通知。
      3挡爵、ARP:從IP地址中解析出物理地址發(fā)的一種協(xié)議竖般。
  • 傳輸層
    通常同一時(shí)間運(yùn)行多個(gè)程序,識別這些應(yīng)用程序的是端口號茶鹃。

a涣雕、TCP:面向有連接的傳輸層協(xié)議艰亮,至少需要7次的發(fā)包收包
b、UDP:面向無連接的傳輸層協(xié)議挣郭。

  • 應(yīng)用層
3迄埃、傳輸中的數(shù)據(jù)包
數(shù)據(jù)包首部

一部分由協(xié)議所要用到的首部,另一部分是上層傳過來的數(shù)據(jù)兑障。

  • TCP首部:源端口號侄非、目標(biāo)端口號(用以識別發(fā)送主機(jī)和接收主機(jī)上的應(yīng)用)、序號(用以發(fā)送包中哪部分是數(shù)據(jù))流译、以及校驗(yàn)和(用以判斷數(shù)據(jù)是否被損壞)
  • IP首部:接收端IP地址以及發(fā)送端IP地址
  • 以太網(wǎng)首部:接收端MAC地址逞怨、發(fā)送端MAC地址以及標(biāo)志以太網(wǎng)類型的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的協(xié)議
    TCP/IP各層對郵件的收發(fā)處理
4、經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路的包
分層中包的結(jié)構(gòu)

每個(gè)包首部包含兩個(gè)信息:一個(gè)是發(fā)送端和接收端地址福澡,另一個(gè)是上一層的協(xié)議類型
接收處理:
  a骇钦、數(shù)據(jù)接收完畢后,接收端發(fā)送一個(gè)“確認(rèn)回執(zhí)”給發(fā)送端
  b竞漾、數(shù)據(jù)能正確處理,接收端返回一個(gè)“處理正晨妫”的回執(zhí)給發(fā)送端业岁。

第三章 數(shù)據(jù)鏈路

1、MAC地址

MAC地址長48比特寇蚊,任何一個(gè)網(wǎng)卡的MAC地址都是唯一的笔时。

2、共享介質(zhì)型網(wǎng)絡(luò)

共享介質(zhì)型網(wǎng)絡(luò)是指多個(gè)設(shè)備共享一個(gè)通信介質(zhì)的一種網(wǎng)絡(luò)仗岸,基本上采用半雙工通信允耿。

  • 爭用方式
    爭奪獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋?quán)利。

  • 令牌傳遞方式
    沿著令牌環(huán)發(fā)送一種叫做“令牌”的特殊報(bào)文扒怖,只有獲得令牌的站才能發(fā)送數(shù)據(jù)较锡。

3私爷、非共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)

非共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)站直連交換機(jī)音比,由交換機(jī)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀,多數(shù)情況下采用全雙工通信熟掂。

4俯邓、以太網(wǎng)幀格式

以太網(wǎng)前端有一個(gè)人前導(dǎo)碼骡楼,表示一個(gè)以太網(wǎng)幀的開始,也是對端網(wǎng)卡能夠確保與其同步的標(biāo)志稽鞭。前導(dǎo)碼末尾有個(gè)SFD的域鸟整,前導(dǎo)碼與SDF合起來占8個(gè)字節(jié)(1 byte = 8 bit)


以太網(wǎng)幀的前導(dǎo)碼

以太網(wǎng)幀本體前端是以太網(wǎng)首部,共占14個(gè)字節(jié)朦蕴,其中6個(gè)字節(jié)的目標(biāo)MAC地址篮条、6個(gè)字節(jié)的源MAC地址以及2個(gè)字節(jié)的上層協(xié)議類型弟头。


以太網(wǎng)幀體格式

以太網(wǎng)主要協(xié)議類型及其作用
5、數(shù)字鏈路類型

以太網(wǎng)兑燥、無線通信亮瓷、PPP(Point-to-point Protocol)、ATM(Asynchronous Transfer Mode)降瞳、POS(Packet over SDH)嘱支、FDDI(Fiber Distributed Data Interface)等。

第四章 IP協(xié)議

1挣饥、網(wǎng)際協(xié)議——IP

TCP/IP的心臟是互聯(lián)網(wǎng)層除师,主要作用是“實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)之間的通信”。(點(diǎn)對點(diǎn)通信)

數(shù)據(jù)鏈路層提供直連兩個(gè)設(shè)備之間的通信功能(區(qū)間車票)扔枫;
網(wǎng)絡(luò)層的IP則負(fù)責(zé)在沒有直連的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信傳輸(全程行程表)汛聚。

2、數(shù)字鏈路抽象化

對IP的上一層來說短荐,不論底層是以太網(wǎng)還是無線LAN亦或是PPP倚舀,都將一視同仁。不同數(shù)據(jù)鏈路的最大區(qū)別在于各自的最大傳輸單位不同忍宋。(類似郵寄包裹或行李時(shí)有各自的大小限制)


不同數(shù)據(jù)鏈路最大傳輸單位
3痕貌、IP屬于像無連接型

一是為了簡化,而是為了提速
IP提供盡力服務(wù)(Best Effort)

4糠排、IP地址的定義

IP地址(IPv地址)有32位正整數(shù)表示


IP地址的定義
5舵稠、IP地址的組成

IP地址由“網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(網(wǎng)絡(luò)地址)”“主機(jī)標(biāo)識(主機(jī)地址)”兩部分組成。

  • 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識:必須保證相互連接的每個(gè)段地址不相重復(fù)入宦,而相同段內(nèi)相連的主機(jī)必須有相同的網(wǎng)絡(luò)地址哺徊。(172. 16. 93. _)
  • 主機(jī)標(biāo)識:不允許在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)(_. _. _. 145)
IP地址的組成
6、IP地址的分類
  • A類

首位以“0”開頭乾闰,1-8位是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識落追,后24位為主機(jī)標(biāo)識,網(wǎng)絡(luò)地址:(0.0.0.0~127.0.0.0)涯肩,一個(gè)網(wǎng)段可容納的主機(jī)地址上限為(2^24 - 2 = 16777214)

  • B類

前兩位以“10”的地址淋硝,1-16位是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識,后16位為主機(jī)標(biāo)識宽菜,網(wǎng)絡(luò)地址:(128.0.0.1~191.255.0.0)谣膳,一個(gè)網(wǎng)段可容納的主機(jī)地址上限為(2^16 - 2 = 65534)

  • C類

前三位以“110”的地址,1-24位是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識铅乡,后8位為主機(jī)標(biāo)識继谚,網(wǎng)絡(luò)地址:(192.168.0.0~239.255.255.0),一個(gè)網(wǎng)段可容納的主機(jī)地址上限為(2^8 - 2 = 254)

  • D類

前四位以“1110”的地址阵幸,1-32位是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識花履,無主機(jī)標(biāo)識芽世,網(wǎng)絡(luò)地址:(224.0.0.0~239.255.255.255),常用于多播

7诡壁、廣播地址
  • 本地廣播:

若網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.0.0/24济瓢,廣播地址是192.168.0.255,該IP包會(huì)被路由器屏蔽妹卿,故不會(huì)到達(dá)這個(gè)網(wǎng)段之外的其他鏈路旺矾。


本地廣播
  • 直接廣播:

若網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.0.0/24的主機(jī)向192.168.1.255/24的目標(biāo)地址發(fā)送IP包,路由器將包轉(zhuǎn)給192.168.1.0/24夺克,這個(gè)網(wǎng)段均可收到這個(gè)包箕宙。


直接廣播
8、子網(wǎng)掩碼
  • 子網(wǎng):
      IP地址的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和主機(jī)標(biāo)識不再受限于該地址的類別铺纽,而是由一個(gè)叫做“子網(wǎng)掩碼”的識別碼通過子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址細(xì)分出比A類柬帕、B類、C類更小粒度的網(wǎng)絡(luò)狡门∠萸蓿  
      將原來的A類、B類其馏、C類等分類中的主機(jī)地址部分用作子網(wǎng)地址盼铁,可以將原網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)的一種機(jī)制。
      對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識部分全為1尝偎,主機(jī)標(biāo)識部分全為0.

以前26位是網(wǎng)絡(luò)地址為例:
  其中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識占26位,故最后8位為(11000000 = 192)鹏控,主機(jī)標(biāo)識占6位致扯,廣播(2^6-1 = 63

子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼推導(dǎo)圖

9、IPv6

IPv6地址的長度是原來的4倍当辐,128比特

10抖僵、IPv4首部
IPv4數(shù)據(jù)報(bào)格式
  • 版本:4比特,版本號為4
  • 首部長度:4比特缘揪,IP首部大小耍群,單位為4字節(jié),沒有可選項(xiàng)的IP包找筝,首部長度設(shè)置為5(首部長度20字節(jié)
  • 區(qū)分服務(wù):8比特蹈垢,無用
  • 總長度:16比特,IP首部和數(shù)據(jù)部分合起來的總字節(jié)數(shù)
  • 標(biāo)識:16比特袖裕,用于分片重組
  • 標(biāo)志:3比特曹抬,表示包被分片的相關(guān)信息
  • 片偏移:13比特,標(biāo)識被分片的每一個(gè)分段相對于原始數(shù)據(jù)的位置
  • 生存時(shí)間:8比特急鳄,指可以中轉(zhuǎn)多少個(gè)路由器 (限制通過路由器個(gè)數(shù))
  • 協(xié)議:8比特谤民,IP首部的下一個(gè)首部隸屬于哪個(gè)協(xié)議
  • 首部校驗(yàn)和:16比特(2字節(jié))堰酿,只校驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部
  • 原地址:32比特,表示發(fā)送端 IP 地址
  • 目標(biāo)地址:32比特张足,表示接收端 IP 地址
  • 可選項(xiàng):長度可變(40字節(jié))
  • 填充:填充0触创,調(diào)整為32比特整數(shù)倍
  • 數(shù)據(jù)

第五章 IP協(xié)議相關(guān)技術(shù)

1、僅憑IP無法完成通信

僅憑IP遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠为牍,還需要眾多支持IP的相關(guān)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)最終通信哼绑。

2、DNS(Domain Name System)的產(chǎn)生

可以有效管理主機(jī)名(域名)和IP地址之間對應(yīng)關(guān)系的系統(tǒng)吵聪,維護(hù)組織內(nèi)部主機(jī)名和IP地址之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫凌那。(人們訪問任何一個(gè)web站點(diǎn),都能夠直接輸入主機(jī)名進(jìn)行訪問)

3吟逝、域名的構(gòu)成
域名分層
  • 域名服務(wù)器:
    每層都設(shè)有一個(gè)域名服務(wù)器帽蝶,它可以管理所在分層的域的相關(guān)信息


    域名服務(wù)器
  • 解析器
    進(jìn)行DNS查詢的主機(jī)和軟件叫做DNS解析器。一個(gè)解析器至少要注冊一個(gè)以上域名服務(wù)器的IP地址块攒,通常它至少包括組織內(nèi)部的域名服務(wù)器的IP地址励稳。
4、DNS查詢

根域名服務(wù)器注冊著根以下第一層域名服務(wù)器的IP地址囱井。

DNS查詢
5驹尼、ARP概要

以目標(biāo)IP地址為線索,用來定位下一個(gè)應(yīng)該接收數(shù)據(jù)分包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對應(yīng)的MAC地址庞呕。只適用于IPv4新翎,IPv6中使用ICMPv6。

6住练、ARP的工作機(jī)制
ARP工作機(jī)制

通過廣播發(fā)送一個(gè)ARP請求包地啰,請求包中目標(biāo)IP地址和自己IP地址一致,那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)就將自己的MAC地址塞入ARP響應(yīng)包返回給主機(jī)A讲逛。

在以太網(wǎng)發(fā)送IP包時(shí)亏吝,“下次經(jīng)由哪個(gè)路由器發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)”很重要,這里的“下一個(gè)路由器”就是相應(yīng)的MAC地址盏混,ARP協(xié)議是從IP地址定位MAC地址的一種協(xié)議蔚鸥。

7、RARP

將ARP反過來许赃,從MAC地址定位IP地址的一種協(xié)議止喷,例如將打印機(jī)服務(wù)器等小型嵌入式設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)使用到。

RARP
8混聊、ICMP

ICMP主要功能包括:確定IP包是否成功送達(dá)目標(biāo)地址启盛,通知在發(fā)送過程當(dāng)中IP包被廢棄的具體原因,改善網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等。


ICMP無法到達(dá)的消息

ICMP消息類型

主要ICMP消息

  • 目標(biāo)不可達(dá)消息(類型3)
  • 重定向消息(類型5)
  • 超時(shí)消息(類型11)
  • 回送消息(類型0僵闯、8)(ping命令)

其他ICMP消息

  • 原點(diǎn)抑制消息(類型4)
  • 路由探索消息(類型9卧抗、10)
  • 地址掩碼消息(類型17、18)
9鳖粟、ICMPv6

在IPv4中社裆,ICMP僅作為一個(gè)輔助作用,沒有ICMP仍可實(shí)現(xiàn)通信向图;在IPv6中泳秀,如果沒有ICMPv6,就無法正常通信

  • 錯(cuò)誤信息(0~127)
  • 信息消息(128~255)
10榄攀、DHCP實(shí)現(xiàn)即插即用

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol):計(jì)算機(jī)連接上網(wǎng)絡(luò)嗜傅,就可以進(jìn)行TCP/IP通信强戴,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)置IP地址季俩、統(tǒng)一管理IP地址分配。

DHCP的工作原理
11翎卓、NAT

NAT(Network Address Translator)是用于在本地網(wǎng)絡(luò)中使用私有地址贞瞒,在連接互聯(lián)網(wǎng)時(shí)轉(zhuǎn)而使用全局的IP地址的技術(shù)偶房,除轉(zhuǎn)換IP地址外,還出現(xiàn)可以轉(zhuǎn)換TCP军浆、UDP端口號的NAPT棕洋。

NAT

NAPT

注:只有目標(biāo)地址、原地址乒融、目標(biāo)端口掰盘、源端口以及協(xié)議類型(TCP和UDP)五項(xiàng)內(nèi)容都一致時(shí)才被認(rèn)為是同一個(gè)通信連接

12、IP隧道
IP隧道

第六章 TCP與UDP

1赞季、TCP和UDP的區(qū)別
  • TCP是面向連接的愧捕、可靠的流協(xié)議。流指不間斷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)碟摆。當(dāng)應(yīng)用程序采用TCP發(fā)送消息時(shí),雖然可以保證發(fā)送順序叨橱,但還是猶如沒有任何間隔的數(shù)據(jù)流發(fā)送給接收端典蜕。
  • UDP是不具有可靠性的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議,雖然可以確保發(fā)送消息的大小罗洗,卻不能保證消息一定會(huì)到達(dá)愉舔。
  • TCP/IP或UDP/IP通信中通常采用5個(gè)信息來識別一個(gè)通信。“源IP地址”伙菜、“目標(biāo)IP地址”轩缤、“協(xié)議號”、“源端口號”、“目標(biāo)端口號”火的。
    識別多個(gè)請求
2壶愤、端口號
  • MAC地址用來識別同一鏈路中不同的計(jì)算機(jī)
  • IP地址用來識別TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中互連的主機(jī)和路由器
  • 端口號用來識別同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行通信的不同應(yīng)用程序

端口號的確定

  • 標(biāo)準(zhǔn)既定的端口號
      知名端口號一般由0 ~ 1023分配而成,指定每個(gè)應(yīng)用程序的端口號分布在1024 ~ 49151的數(shù)字之間馏鹤。
  • 時(shí)序分配法
      由操作系統(tǒng)進(jìn)行分配征椒,在之前分配號碼的基礎(chǔ)上加1,動(dòng)態(tài)分配的端口號取值范圍在49152 ~ 65535之間湃累。
3勃救、UDP

UDP(User Datagram Protocol)
利用IP提供面向無連接的通信服務(wù)治力;傳過程即使出現(xiàn)丟包蒙秒,也不負(fù)責(zé)重發(fā);當(dāng)出現(xiàn)包到達(dá)順序亂掉時(shí)也沒有糾正功能宵统。

UDP的應(yīng)用:

  • 包總量較少的通信(DNS晕讲、SNMP等)
  • 視頻、音頻等多媒體通信(即時(shí)通信)
  • 限定于LAN等特定網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用通信
  • 廣播通信(廣播榜田、多播)
4益兄、TCP

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸各種控制功能,可以進(jìn)行丟包時(shí)的重發(fā)控制箭券,還可以對次序亂掉的分包進(jìn)行順序控制净捅,是一種面向有連接的協(xié)議,可以控制通信流量的浪費(fèi)辩块。

a蛔六、通過序列號和確認(rèn)應(yīng)答提高可靠性
  當(dāng)發(fā)送端的數(shù)據(jù)到達(dá)接收主機(jī)時(shí),接收端主機(jī)會(huì)返回一個(gè)已收到消息的通知废亭,這個(gè)消息就做確認(rèn)應(yīng)答(ACK)国章。
  序列號是按順序給發(fā)送數(shù)據(jù)的每一個(gè)字節(jié)(8位字節(jié))都標(biāo)上號碼的編號(建立連接后由隨機(jī)數(shù)生成),接收端查詢接收數(shù)據(jù)TCP首部中的序列號和數(shù)據(jù)長度豆村,將自己下一步應(yīng)該接收的序號作為確認(rèn)應(yīng)答返送回去液兽。

發(fā)送數(shù)據(jù)

b、確定超時(shí)重發(fā)
  超時(shí)重發(fā)是指在重發(fā)數(shù)據(jù)之前掌动,等待確認(rèn)應(yīng)答到來的那個(gè)特定時(shí)間間隔四啰。
  每次發(fā)包時(shí)計(jì)算往返時(shí)間及其偏差,重發(fā)超時(shí)時(shí)間就是稍大于往返時(shí)間和偏差相加值粗恢。
  重發(fā)超時(shí)都是0.5秒的整數(shù)倍柑晒,若重發(fā)超過一定次數(shù)仍無確認(rèn)應(yīng)答返回,則判斷為網(wǎng)絡(luò)或?qū)Χ酥鳈C(jī)發(fā)生異常眷射,強(qiáng)制關(guān)閉連接匙赞。

往返時(shí)間的計(jì)算與重發(fā)超時(shí)的時(shí)間推移

c佛掖、連接管理
  在數(shù)據(jù)通信之前,通過TCP首部發(fā)送一個(gè)SYN包作為建立連接的請求等待確認(rèn)應(yīng)答涌庭。若對端發(fā)來確認(rèn)應(yīng)答芥被,則認(rèn)為可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,否則不會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信脾猛。在通信結(jié)束時(shí)會(huì)進(jìn)行斷開連接的處理(FIN包)撕彤。
  一個(gè)連接的建立與斷開,正常至少需要來回發(fā)送7個(gè)包猛拴。建立連接需要發(fā)送3個(gè)包羹铅,稱作3次握手

TCP連接的建立與斷開

d愉昆、TCP以段為單位發(fā)送數(shù)據(jù)
  最大消息長度(MSS:Maximum Segment Size)职员,最理想情況是最大消息長度剛好是IP中不會(huì)被分片處理的最大數(shù)據(jù)長度。
  MSS是在三次握手的時(shí)候跛溉,在兩端主機(jī)之間被計(jì)算得出焊切。

接入以太網(wǎng)主機(jī)與接入FDDI主機(jī)之間通信的情況

e、利用窗口控制提高速度
  窗口大小就是指無需等待確認(rèn)應(yīng)答而可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的最大值芳室。下圖窗口大小為4個(gè)段专肪。

用滑動(dòng)窗口方式并行處理

f、窗口控制與重發(fā)控制
  -- 確認(rèn)應(yīng)答未能返回:數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)對端堪侯,不需要再進(jìn)行重發(fā)

沒有確認(rèn)應(yīng)答也不受影響

  -- 報(bào)文段丟失:接收主機(jī)如果收到一個(gè)自己應(yīng)該接收的序號以外的數(shù)據(jù)時(shí)嚎尤,會(huì)針對當(dāng)前為止收到數(shù)據(jù)返回確認(rèn)應(yīng)答。發(fā)送端主機(jī)如果連續(xù)3次收到同一個(gè)確認(rèn)應(yīng)答伍宦,就將其對應(yīng)數(shù)據(jù)重發(fā)芽死。
高速重發(fā)控制

g、流控制
  接收端主機(jī)向發(fā)送端主機(jī)通知自己可接受數(shù)據(jù)的大小次洼,于是發(fā)送端會(huì)發(fā)送不超過這個(gè)限度的數(shù)據(jù)关贵,該大小限度就被稱作窗口大小。

流控制

h卖毁、擁塞控制
  定義擁塞窗口揖曾,可以有效的減少通信開始時(shí)連續(xù)發(fā)包導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁堵。
  包的每次往返亥啦,擁塞窗口以1炭剪、2、4等指數(shù)函數(shù)的增長禁悠,擁堵狀況激增甚至導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的擁塞念祭,引入
啟動(dòng)閾值
兑宇。擁塞窗口超過此閾值碍侦,在沒收到一次確認(rèn)應(yīng)答時(shí),只允許下面這種比例放大擁塞窗口:

5、UDP首部格式

UDP首部由源端口號瓷产、目標(biāo)端口號站玄、包長和校驗(yàn)和組成。

UDP數(shù)據(jù)報(bào)格式
  • 源端口號
    字段長16位濒旦。該字段為可選字段株旷,沒有源端口號該字段值設(shè)置為0。
  • 目標(biāo)端口
    接收端端口尔邓,字段長度16位
  • 包長度
    該字段保存了UDP首部的長度跟數(shù)據(jù)的長度之和晾剖。單位為字節(jié)(8位字節(jié))
  • 校驗(yàn)和
    計(jì)算校驗(yàn)和時(shí),附加在UDP偽首部和UDP數(shù)據(jù)報(bào)之前梯嗽。將UDP首部的校驗(yàn)和字段設(shè)置為“0”齿尽,然后以16比特為單位進(jìn)行1的補(bǔ)碼和,將補(bǔ)碼和寫入該字段灯节。
    校驗(yàn)和和計(jì)算中使用的UDP偽首部
5循头、TCP首部格式
TCP數(shù)據(jù)段格式
  • 源端口號
    字段長16位。
  • 目標(biāo)端口
    接收端端口炎疆,字段長度16位
  • 序列號
    字段長32位卡骂。序列號是指發(fā)送數(shù)據(jù)的位置。每發(fā)送一次數(shù)據(jù)形入,就累加一次該數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)的大小全跨。(建立和斷開連接的SYN包和FIN包也會(huì)作為一個(gè)字節(jié)增加對應(yīng)的序列號)
  • 確認(rèn)應(yīng)答號
    字段長度32位,指下一次應(yīng)該收到的數(shù)據(jù)序列號唯笙。
  • 數(shù)據(jù)偏移
    該字段表示TCP所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分應(yīng)該從TCP包的哪個(gè)位開始計(jì)算螟蒸,也即TCP首部長度。長4位崩掘,單位為4字節(jié)(即32位)
    不包括選項(xiàng)字段的話七嫌,TCP首部為20字節(jié)長
  • 保留
    擴(kuò)展時(shí)使用,長度為4位苞慢,一般設(shè)置為0.
  • 控制位
    字段長為8位诵原。
    控制位
  • 窗口大小
    字段長16位,用于通知從相同TCP首部的確認(rèn)應(yīng)答號所指位置開始能夠接收的數(shù)據(jù)大型旆拧绍赛;窗口為0時(shí),則發(fā)送窗口探測辑畦,以了解最新的窗口大小吗蚌。
  • 校驗(yàn)和
    與UDP類似,區(qū)別在于TCP的校驗(yàn)和無法關(guān)閉纯出。
    用于校驗(yàn)和計(jì)算的TCP偽首部
  • 緊急指針
    字段長16位蚯妇,在URG控制位為1時(shí)有效敷燎。
  • 選項(xiàng)
    其長度最大為40字節(jié),盡量調(diào)整到32位的整數(shù)倍箩言。

第七章 路由協(xié)議

1硬贯、路由控制的定義

向正確的方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的處理就叫做路由控制或路由,由路由控制表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包陨收。

  • 靜態(tài)路由
      是指事先設(shè)置好路由器和主機(jī)饭豹,并將路由信息固定的一種方法。
  • 動(dòng)態(tài)路由
      讓路由協(xié)議在運(yùn)行過程中自動(dòng)地設(shè)置路由控制信息的一種方法务漩。


    靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)路由
2拄衰、路由控制范圍

定制自己的路由策略,并以此為準(zhǔn)在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)群體中采用的小型單位稱為自治系統(tǒng)(AS:Autonomous System)或路由選擇域(Routing Domain)。
  自治系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)態(tài)路由采用協(xié)議是域內(nèi)路由協(xié)議(IGP);自治系統(tǒng)之間的路由控制采用的是域間路由協(xié)議(EGP)桥温。

EGP和IGP

3欣尼、路由算法
  • 距離向量算法
      是根據(jù)距離(代價(jià))和方向決定目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或目標(biāo)主機(jī)位置的一種方法。


    距離向量
  • 鏈路狀態(tài)算法
      是路由器在了解網(wǎng)絡(luò)整體連接狀態(tài)的基礎(chǔ)上生成路由控制表的一種方法。每個(gè)路由器必須保持同樣信息才能進(jìn)行正確的路由選擇。
鏈路狀態(tài)
  • 主要路由協(xié)議
      EGP不再用作互聯(lián)網(wǎng)的對外連接協(xié)議。


    幾種路由協(xié)議的特點(diǎn)
4源葫、RIP

RIP(Routing Information Protocol)是距離向量型的一種路由協(xié)議,廣泛應(yīng)用于LAN砖瞧。
  采用RIP進(jìn)行路由控制的范圍內(nèi)必須注意兩點(diǎn):一是息堂,因IP地址的分類而產(chǎn)生不同的網(wǎng)絡(luò)地址時(shí);二是块促,構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)地址長度不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)荣堰。

RIP與子網(wǎng)掩碼

RIP基本行為可歸納為如下兩點(diǎn):

  • 將自己所知道的路由信息定期進(jìn)行廣播;
  • 一旦認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)被斷開竭翠,數(shù)據(jù)將無法流過此路由器振坚,其他路由器也就可以得知網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷開。

以上兩點(diǎn)存在一些問題:像這樣收到自己發(fā)出去的消息斋扰,稱為無限計(jì)數(shù)問題渡八。
解決方式

  • 1、為最長距離不超過16传货,信息被保留120s屎鳍。


    無限計(jì)數(shù)問題
  • 2、規(guī)定路由器不再把所收到的路由消息原路返還給發(fā)送端问裕,稱為水平分割逮壁。


    水平分割
5、OSPF

OSPF(Open Shortest Path First)是一種鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議粮宛。由于采用鏈路狀態(tài)窥淆,即使網(wǎng)絡(luò)中有環(huán)路十饥,也能夠進(jìn)行穩(wěn)定的路由控制。支持子網(wǎng)掩碼祖乳。

鏈路狀態(tài)確定路由

OSPF可以給每條鏈路賦予一個(gè)權(quán)重(代價(jià)),并始終選擇一個(gè)權(quán)重最小的路徑作為最終路由秉氧。
  RIP是選擇路由器個(gè)數(shù)最少的路徑眷昆,OSPF是選擇總代價(jià)最小的路徑。


網(wǎng)絡(luò)權(quán)重與路由選擇

OSPF基礎(chǔ)知識

OSPF包類型

OSPF工作原理概述

OSPF根據(jù)鏈路狀態(tài)生成路由控制表

  • 管理員可以自定義HELLO包的發(fā)送間隔和判斷連接斷開的時(shí)間汁咏。LAN每10s發(fā)送一個(gè)hello包亚斋,允許空等3次,到第4次(40s后)仍無反饋則認(rèn)為連接已斷開攘滩。
  • 鏈路狀態(tài)更新包所傳消息分為兩類:一是網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)通告(網(wǎng)絡(luò)LSA)。一個(gè)是路由器鏈路狀態(tài)通告(路由器LSA)

將區(qū)域分層化進(jìn)行細(xì)分管理
  區(qū)域是指將連接在一起的網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)劃分成小組漂问,使一個(gè)自治系統(tǒng)(AS)內(nèi)可以擁有多個(gè)區(qū)域赖瞒,具有多個(gè)區(qū)域的自治系統(tǒng)必須要有一個(gè)主干區(qū)域,所有其他區(qū)域必須都與這個(gè)主干區(qū)域相連接蚤假。

AS與區(qū)域

  • 作為區(qū)域出口的區(qū)域邊界路由器若只有一個(gè)的話叫做末端區(qū)域栏饮,如區(qū)域2.末端區(qū)域內(nèi)不需要發(fā)送區(qū)域外的路由信息。


    區(qū)域內(nèi)的路由控制和區(qū)域之間的路由控制
6磷仰、BGP

BGP(Border Gateway Protocol)袍嬉,邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議是連接不同組織機(jī)構(gòu)(或者說連接不同自治系統(tǒng))的一種協(xié)議,屬于外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)

BGP使用AS號管理網(wǎng)絡(luò)信息

  BGP中數(shù)據(jù)包送達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)時(shí)灶平,會(huì)生成一個(gè)中途經(jīng)過所有AS的編號列表伺通,這表格叫做AS路徑信息訪問列表。BGP一般選擇AS數(shù)較少的路徑逢享。

7罐监、MPLS

MPLS(Multi Protocol Label Switching),多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)

MPLS網(wǎng)絡(luò)

基于標(biāo)記的轉(zhuǎn)發(fā)通常無法在路由器上進(jìn)行瞒爬,所以MPLS也就無法被整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)采用笑诅。
IP與MPLS轉(zhuǎn)發(fā)的基本行為對比

LSR(Label Switching Router)標(biāo)記交換路由器;
LER(Label Edge Router)標(biāo)記邊緣路由器疮鲫。
使用Push吆你、Swap和Pop功能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)

MPLS優(yōu)點(diǎn):

  • 轉(zhuǎn)發(fā)速度快
  • 利用標(biāo)記生成虛擬路徑,并在它的上面實(shí)現(xiàn)IP等數(shù)據(jù)包的通信俊犯。

第八章 應(yīng)用協(xié)議

1妇多、應(yīng)用層協(xié)議概要

應(yīng)用協(xié)議則是為了實(shí)現(xiàn)某種應(yīng)用而設(shè)計(jì)和創(chuàng)造的協(xié)議。應(yīng)用層涵蓋了OSI參考模型的第5燕侠、第6者祖、第7層所有功能立莉,即管理通信連接的會(huì)話層功能、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的表示層功能七问,與對端主機(jī)交互的應(yīng)用層功能蜓耻。

2、遠(yuǎn)程登錄

遠(yuǎn)程登錄主要使用TELNET和SSH兩種協(xié)議械巡。

  • TELNET
      TELNET利用TCP的一條連接刹淌,通過這條連接像主機(jī)發(fā)送文字命令并在主機(jī)上執(zhí)行。
    可以分為兩類基本服務(wù):一是仿真終端功能讥耗,二是協(xié)商選項(xiàng)機(jī)制有勾。
    TELNET中輸入命令、運(yùn)行 古程、展示結(jié)果的過程

    行模式和透明模式

      TELNET客戶端通常與目標(biāo)主機(jī)的23號端口建立連接蔼卡,并監(jiān)聽這個(gè)端口的服務(wù)端程序telnetd進(jìn)行交互。
      TCP端口號為21連接到FTP挣磨,25連接到SMTP雇逞,80連接到HTTP110連接到POP3茁裙。
  • SSH
      SSH是加密的遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)喝峦。TELNET中登錄時(shí)無需輸入密碼就可以發(fā)送,容易造成通信竊聽和非法入侵的危險(xiǎn)呜达。
    SSH的功能:
      1谣蠢、可以使用更強(qiáng)的認(rèn)證機(jī)制。
      2查近、可以轉(zhuǎn)發(fā)文件眉踱。
      3、可以使用端口轉(zhuǎn)發(fā)功能霜威。
    SSH的端口轉(zhuǎn)發(fā)
3谈喳、文件傳輸

FTP
  通過兩條TCP連接,一條用來控制戈泼,控制用的連接使用的是TCP的21號端口婿禽;另一條用于數(shù)據(jù)(文件)的傳輸,通常用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡CP連接是按照與控制用的連接相反方向建立的大猛,數(shù)據(jù)傳輸用的端口號使用隨機(jī)數(shù)進(jìn)行分配扭倾。

FTP通信中使用兩條TCP連接

注:FTP主要命令及主要應(yīng)答消息見電子書273-275頁。

4挽绩、電子郵件

SMTP
  提供電子郵件服務(wù)的協(xié)議叫做SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)膛壹,傳輸層使用了TCP協(xié)議。

現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)中電子郵件的發(fā)送過程

電子郵件機(jī)制由3部分組成:
  1、郵件地址模聋。
  2肩民、數(shù)據(jù)格式。
  3链方、發(fā)送協(xié)議持痰。
郵件地址:電子郵件的發(fā)送地址由DNS進(jìn)行管理。DNS中注冊有郵件地址及其作為發(fā)送地址時(shí)對應(yīng)的郵件服務(wù)器的域名祟蚀。
MIME:可以發(fā)送靜態(tài)圖像工窍、動(dòng)畫、聲音暂题、程序等各種形式的數(shù)據(jù),規(guī)定了應(yīng)用消息格式究珊,相當(dāng)于第6層表示層薪者。
SMTP:發(fā)送電子郵件的協(xié)議,使用TCP的25號端口剿涮。
SMTP

注:SMTP主要命令及主要應(yīng)答消息見電子書279-281頁言津。
POP:該協(xié)議是一種用于接收電子郵件的協(xié)議。
   發(fā)送端的郵件根據(jù)SMTP協(xié)議將被轉(zhuǎn)發(fā)給一直處于插電狀態(tài)的POP服務(wù)器取试,客戶再根據(jù)POP協(xié)議從POP服務(wù)器接收對方發(fā)來的郵件悬槽。
POP的工作機(jī)制

POP與SMTP一樣,都是在其客戶端和服務(wù)器之間通過建立一個(gè)TCP連接完成相應(yīng)操作瞬浓。
IMAP:也是接收電子郵件協(xié)議初婆。
   POP中郵件在客戶端進(jìn)行管理,而IMAP中郵件在服務(wù)器上面管理猿棉,IMAP是在服務(wù)器上處理MIME信息磅叛。

5、WWW(World Wide Web)

WWW的3個(gè)重要概念:

  • 訪問信息的手段與位置URI(Uniform Resource identifier)
  • 信息的表現(xiàn)形式HTML(HyperText Markup Language)
  • 信息轉(zhuǎn)發(fā)HTTP(HyperText Transfer Protocol)

URI
  URL(Uniform Resource Locator)常被人用來表示互聯(lián)網(wǎng)中資源(文件)的具體位置萨赁。URI是一個(gè)廣義概念弊琴,可以用于除了WWW之外的其他應(yīng)用協(xié)議中。

http方案具體格式

HTML
  HTML是記述Web頁的一種語言(數(shù)據(jù)格式)杖爽,也可以說是WWW通用的數(shù)據(jù)表現(xiàn)協(xié)議敲董。

HTTP
  HTTP默認(rèn)使用80端口。當(dāng)客戶端向服務(wù)器的80端口建立一個(gè)TCP連接慰安,然后在這個(gè)TCP連接上進(jìn)行請求和應(yīng)答以及數(shù)據(jù)報(bào)文的發(fā)送腋寨。

HTTP的工作機(jī)制

HTTP的主要命令

  • 1×× 指示信息:表示請求已接收,繼續(xù)處理化焕。
    應(yīng)答報(bào)文-信息提供
  • 2×× 成功:表示請求已被成功接收精置、理解、接收锣杂。
    應(yīng)答報(bào)文-肯定應(yīng)答
  • 3×× 重定向:要完成請求必須進(jìn)行更進(jìn)一步操作脂倦。
    應(yīng)答報(bào)文-重定向請求
  • 4×× 客戶端錯(cuò)誤:請求有語法錯(cuò)誤或請求無法實(shí)現(xiàn)番宁。
    應(yīng)答報(bào)文-客戶端請求內(nèi)容出現(xiàn)錯(cuò)誤
  • 5×× 服務(wù)器端錯(cuò)誤:服務(wù)器未能實(shí)現(xiàn)合法請求。
    應(yīng)答報(bào)文-服務(wù)器錯(cuò)誤

JavaScript赖阻、CGI蝶押、Cookie

  • JavaScript
      JavaScript是一種嵌入在HTML中的編程語言。最近盛行服務(wù)器端不需要讀取整個(gè)頁面而是通過JavaScript操作DOM來實(shí)現(xiàn)更為生動(dòng)的Web頁面的技術(shù)——Ajax(Asynchronous JavaScript and XML)
    JavaScript火欧、CGI中的處理流程
  • CGI
      CGI(Common Gateway Interface)是Web服務(wù)器調(diào)用外部程序時(shí)所使用的一種服務(wù)端應(yīng)用的規(guī)范棋电。
      利用CGI可以針對用戶的操作返回給客戶端各種各樣變化的信息。經(jīng)常使用CGI調(diào)用外部程序或訪問數(shù)據(jù)庫苇侵。
  • Cookie
      Web應(yīng)用中為了獲取用戶信息使用一個(gè)叫做Cookie的機(jī)制赶盔,Web服務(wù)器用Cookie在客戶端保存信息(多為用戶名和登錄名等信息)。
6榆浓、網(wǎng)絡(luò)管理
  • SNMP
      SNMP(Simple Network Management Protocol)于未,它是基于UDP/IP的協(xié)議
    SNMP工作機(jī)制

      根據(jù)查詢請求和應(yīng)答可以定期檢查設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)作,根據(jù)設(shè)置請求可以修改設(shè)備的參數(shù)陡鹃。SNMP的處理可分為從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)和向設(shè)備寫入數(shù)據(jù)烘浦,采用Fetch和Store模式。
  • MIB
      SNMP中交互的信息是MIB(Management Information Base)萍鲸,MIB是在樹形結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫中為每個(gè)項(xiàng)目附加編號的一種信息結(jié)構(gòu)闷叉。
      可以收集沖突的次數(shù)和流量統(tǒng)計(jì)等信息,可以修改接口IP地址脊阴,還可以進(jìn)行路由器的啟停握侧、設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉等處理。

RMON
  RMON是Remote Monitoring MIB的縮寫嘿期,MIB由監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)設(shè)備接口(某個(gè)點(diǎn))的總舵參數(shù)構(gòu)成藕咏,而RMON則由監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上線路的眾多參數(shù)構(gòu)成。
  RMON是判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)是否被充分利用的重要資料秽五。

第九章 網(wǎng)絡(luò)安全

1孽查、網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成要素
構(gòu)造安全網(wǎng)絡(luò)的要素

防火墻

防火墻舉例

IDS(入侵檢測系統(tǒng))
  IDS有定期采集日志、長期監(jiān)控坦喘、通知異常等功能盲再,他可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上流動(dòng)的所有數(shù)據(jù)包宅粥。一般在防火墻或DMZ(專用子網(wǎng)撒璧,非軍事化區(qū))等邊界設(shè)備上進(jìn)行設(shè)置。
反病毒/個(gè)人防火墻
  反病毒/個(gè)人防火墻是yoghurt使用的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上運(yùn)行的軟件渡处。
  PKI(公鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)棠笑,Public Key Infrastructure)是一種通過可信賴的第三方檢查通信對方是否真實(shí)而進(jìn)行驗(yàn)證的機(jī)制梦碗。

2、加密技術(shù)基礎(chǔ)

加密技術(shù)分布于OSI參考模型的各個(gè)階層一樣。


加密技術(shù)的逐層分類

各層加密應(yīng)用舉例
  • 對稱密碼體制與公鑰密碼體制


    對稱加密方式與公鑰加密方式
3洪规、安全協(xié)議
  • Ipsec與VPN
      VPN(virtual Private Network印屁,虛擬專用網(wǎng))。
      在構(gòu)建VPN時(shí)斩例,最長被使用的是IPsec雄人,它是指在IP首部的后面追加“封裝安全有效載荷”和“認(rèn)證首部”,從而對此后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密念赶。


    通過IPsec加密IP包
  • TLS/SSL與HTTPS
      Web中可以通過TLS/SSL對HTTP通信進(jìn)行加密础钠,使用TLS/SSL的HTTP通信叫做HTTPS通信。
      HTTPS采用對稱加密方式叉谜,我在發(fā)送器公共密鑰時(shí)采用的則是公鑰加密方式旗吁。


    HTTPS

附錄

  • A類


    A類
  • B類


    B類1

    B類2
  • C類


    C類
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