零、概述

• OSI參考模型：物理層辆沦，數(shù)據(jù)鏈路層昼捍，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層肢扯，會話層妒茬，表示層，應(yīng)用層
• TCP/IP模型：物理層蔚晨、網(wǎng)絡(luò)接口層乍钻，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層铭腕，應(yīng)用層

一银择、物理層

• 以電壓的高低和燈光的閃滅代表0和1，規(guī)定連接器和網(wǎng)線的規(guī)格
• 集線器：工作于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的介質(zhì)訪問控制（MAC）子層累舷；共享介質(zhì)浩考；采用廣播方式發(fā)送；沖突檢測笋粟，載波監(jiān)聽怀挠，多路訪問析蝴。

二害捕、數(shù)據(jù)鏈路層

• 作用：互連設(shè)備之間傳送和識別數(shù)據(jù)幀
• 相關(guān)技術(shù)：MAC地址，共享介質(zhì)型網(wǎng)絡(luò)闷畸，非共享介質(zhì)型網(wǎng)絡(luò)尝盼，根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)，環(huán)路檢測技術(shù)佑菩，VLAN
• 以太網(wǎng)是眾多數(shù)據(jù)鏈路中最著名盾沫、最廣泛的一種
  • 以太網(wǎng)交換機：（相當(dāng)于持有多個端口的網(wǎng)橋）根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層中每個 幀的目的MAC地址裁赠，決定從哪個網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送數(shù)據(jù)；所參考的赴精、用以 記錄發(fā)送接口的表叫作轉(zhuǎn)發(fā)表（自動生成）佩捞。
  • 幀格式：（8字節(jié)前導(dǎo)碼）+6字節(jié) 目的MAC+源MAC+2字節(jié) 上層協(xié)議類型+46~1500字節(jié) 數(shù)據(jù)+4字節(jié) FCS 幀檢驗序列
• 其余數(shù)據(jù)鏈路：無線通信、PPP蕾哟。一忱。。

三谭确、網(wǎng)絡(luò)層

• 作用：在數(shù)據(jù)鏈路層提供的兩個相鄰端點之間的數(shù)據(jù)幀傳送功能上帘营，進(jìn)一步管理網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)設(shè)法從源端經(jīng)過若干個中間節(jié)點傳送到目的端逐哈，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)→ 地址管理和路由選擇

• IP協(xié)議（internet protocol 網(wǎng)際協(xié)議）

  • 是一種無連接芬迄、不可靠的IP分組的交付服務(wù)，
  • IP地址

    • 分類：A類 0開頭昂秃；B類 10開頭禀梳；C類110 開頭； D類 1110開頭肠骆，多播地址出皇；E類 11110 開頭，保留為今后使用

      
      
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    • 網(wǎng)絡(luò)號字段 + 主機號字段
    • 子網(wǎng)編址→使得多個物理網(wǎng)絡(luò)可以共用一個網(wǎng)絡(luò)前綴→IP = 【網(wǎng)絡(luò)號哗戈， 子網(wǎng)號郊艘，主機號】→子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號部分全1→廣播地址唯咬，主機號部分全1
    • 無分類編址CIDR纱注，其網(wǎng)絡(luò)前綴等同于子網(wǎng)劃分中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號
  • IP數(shù)據(jù)報格式
    • 首部（20字節(jié)）+數(shù)據(jù)部分
    • 版本0.5+首部長度0.5+服務(wù)類型1+總長度2+標(biāo)識2+標(biāo)志，片偏移2+生存時間1+協(xié)議1+首部校驗和2+源地址4+目的地址4
    • 生存時間TTL胆胰，單位是跳狞贱，標(biāo)識IP數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中剩余的壽命；協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個進(jìn)程蜀涨，ICMP IGMP TCP UDP OSPF瞎嬉；
    • 只校驗首部，而不校驗數(shù)據(jù)部分
      
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  • IP數(shù)據(jù)報分片和重組
    • 原因：不同網(wǎng)絡(luò)MTU不同
    • 路由器負(fù)責(zé)分片厚柳，目的主機負(fù)責(zé)重組
    • 標(biāo)識：源主機賦予數(shù)據(jù)報的唯一標(biāo)識符氧枣；標(biāo)志：標(biāo)志是否允許分片以及是否是最后一個分片；片偏移别垮，以8字節(jié)位單位
    • 分片原則：分片個數(shù)越少越好便监，且是8字節(jié)的整數(shù)倍（最后一個分片不足8字節(jié)的部分補0）。
  • 地址解析協(xié)議ARP
    • 作用：為網(wǎng)絡(luò)層IP地址和數(shù)據(jù)鏈路層MAC地址提供動態(tài)映射
    • 使用廣播方式獲得物理地址
    • 使用ARP高速緩存，具有20分鐘生存周期
    • ARP獲得的是IP數(shù)據(jù)報傳送到目的主機過程中下一跳上路由器的MAC地址
  • 因特網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP
  • 虛擬專用網(wǎng)

• 路由器

  • 一個路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個不同的IP地址
  • 包括路由選擇部分和分組轉(zhuǎn)發(fā)部分
  • 若路由器處理分組的速率趕不上分組進(jìn)入隊列的速率烧董，則未處理的分組存入緩存→輸入或者輸出隊列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因
  • 轉(zhuǎn)發(fā)原則
    • 同一網(wǎng)絡(luò)：直接交付毁靶，不使用路由器；間接交付逊移，使用路由器预吆，根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)。
    • 路由表：（目的網(wǎng)絡(luò)地址胳泉，子網(wǎng)掩碼啡浊，下一跳路由器IP地址（如果是直接交付，則可以用橫杠表示）胶背，接口）
    • 特定主機路由：掩碼255.255.255.255巷嚣；默認(rèn)路由：掩膜0.0.0.0
    • 最長前最匹配
  • 私有地址：只能用于專用互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部通信的IP地址空間：10/8、 172.16/12钳吟、 192.168/16

四廷粒、傳輸層

• 作用：管理兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸

• 端口：

  • 作用
  • 五元組：源IP，目的IP红且，協(xié)議號坝茎，源端口號，目的端口號暇番，
  • 端口號由其使用的傳輸層協(xié)議決定→不同的傳輸協(xié)議可以使用相同的端口號嗤放；如，TCP與UDP使用同一個端口號壁酬，但使用目的各不相同→數(shù)據(jù)到達(dá)IP層后次酌，會先檢查IP首部中的協(xié)議號，再傳給相應(yīng)協(xié)議的模塊做端口號的處理舆乔≡婪→知名端口號與協(xié)議無關(guān)

• TCP：

  • 面向連接的、可靠的流協(xié)議→用于有必要實現(xiàn)可靠傳輸?shù)那闆r

  • 是什么：TCP是傳輸控制協(xié)議希俩，是一種面向連接的吊宋、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議颜武。

  • 應(yīng)用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)牧选⒂?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流，然后TCP把數(shù)據(jù)流分組成適當(dāng)長度的報文段（通常收改計算機連接的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層的MTU的限制）鳞上，之后TCP把結(jié)果包傳給IP層这吻，有它來通過網(wǎng)絡(luò)將包傳送給接收端實體的TCP層。TCP層為了保證不丟包因块，就給每個包一個序號橘原，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。

  • 報文格式：2源端口+2目的端口+4序號+4確認(rèn)號+2 數(shù)據(jù)偏移涡上、保留趾断、偏置+2窗口+2校驗和+2緊急指針

    
    
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    • 序列號：表示發(fā)端到收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流，表示在這個報文段中的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)在數(shù)據(jù)流中的序號
    • 確認(rèn)號：發(fā)送確認(rèn)的一段所期望收到的下一個序號吩愧，因此確認(rèn)序號應(yīng)當(dāng)是上次已成功收到的數(shù)據(jù)字節(jié)序號加1芋酌，不過只有當(dāng)標(biāo)志位ACK置1時，確認(rèn)號字段才有效
    • 偏移：首部中32bit字的數(shù)目→占4bit→首部最長4*15=60字節(jié)
    • 標(biāo)志位：URG雁佳，表明報文中包含緊急數(shù)據(jù)脐帝；ACK，確認(rèn)號有效糖权；PSH堵腹，數(shù)據(jù)報到達(dá)收端立即交給應(yīng)用程序，而不是在緩沖區(qū)排隊星澳；SYN疚顷，同步號，建立連接用禁偎；FIN腿堤，發(fā)端已經(jīng)達(dá)到數(shù)據(jù)末尾，數(shù)據(jù)傳輸完成如暖。
    • 窗口：滑動窗口笆檀，用于流量控制？盒至？

  • 連接管理

    • 三次握手：
      • 發(fā)端發(fā)送連接請求報文段酗洒，SYN=1，ACK=0枷遂，seq=x寝蹈；
      • 收端收到SYN報文段，發(fā)送SYN+ACK報文段登淘，SYN=1箫老，ACK=1，seq=y黔州，ack=x+1耍鬓；
      • 發(fā)端發(fā)送ACK報文段，SYN=0流妻，ACK=1牲蜀，ack=y+1
    • 數(shù)據(jù)傳輸階段：
      • 發(fā)端：SYN=0，ACK=1绅这，seq=x+1涣达，ack=y+1
      • 收端：SYN=0，ACK=1，ack=x+1
    • 四次揮手：
      • 主機1請求關(guān)閉度苔，主機1向主機2發(fā)送FIN報文段匆篓，設(shè)置seq_1和ack_1，
      • 主機2確認(rèn)請求寇窑，主機2收到FIN報文段鸦概，發(fā)回一個ack報文段
        ack_2=seq_1+1，
      • 主機2請求關(guān)閉甩骏，主機2想主機1發(fā)送FIN報文段窗市，seq_2 = y，

      • 主機1向主機2發(fā)送確認(rèn)報文段饮笛，主機2收到主機1確認(rèn)報文段后關(guān)閉連接咨察；主機1等待2MSL（最大報文段生成時間）后沒收到回復(fù)，則證明主機2已經(jīng)正常關(guān)閉福青，主機1關(guān)閉連接摄狱。

        
        
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  • 為何進(jìn)行三次握手，不是兩次握手素跺？

    • 為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務(wù)端→架設(shè)client發(fā)送的第一個請求連接報文段并沒有丟失二蓝，而是在某個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點長時間滯留，連接釋放后某個時間才到達(dá)server指厌；server在收到此請求后刊愚，誤認(rèn)為是新請求，發(fā)回確認(rèn)報文段踩验，如果不是三次握手鸥诽，此時連接已經(jīng)建立，server會一直等待client發(fā)來數(shù)據(jù)箕憾，造成server資源的浪費牡借。

  • 為何進(jìn)行四次揮手？

    • TCP是全雙工模式袭异，當(dāng)主機1發(fā)出FIN報文段時钠龙，只是表示主機1已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，但是主機1還可以接受來自主機2的數(shù)據(jù)→主機2發(fā)回ACK報文表示已經(jīng)知道主機1沒數(shù)據(jù)發(fā)送御铃；當(dāng)主機2也發(fā)送FIN報文段碴里，表示主機2也沒數(shù)據(jù)發(fā)送，主機1才能關(guān)閉連接上真。
      • 狀態(tài)變化：FIN_WAIT_1→主動關(guān)閉連接咬腋，等待對方回應(yīng)；FIN_WAIT_2睡互，半連接狀態(tài)根竿；TIME_WAIT陵像，收到對方的FIN報文，并發(fā)送出ACK報文寇壳，等待2MSL后即可進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)醒颖；CLOSE_WAIT,收到并確認(rèn)對方關(guān)閉請求后，等待自己數(shù)據(jù)傳送完畢九巡；LAST_ACK图贸，等待對方確認(rèn)報文蹂季，一旦收到確認(rèn)報文即可關(guān)閉

• UDP：

  • 不具有可靠性的數(shù)據(jù)包協(xié)議冕广，細(xì)微的處理會交給上層的應(yīng)用去完成→用于對高速傳輸和實時性有較高要求的通信或廣播通信
  • UDP是什么，UDP是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議偿洁，它不提供復(fù)雜的控制機制撒汉，提供面向無連接的通信服務(wù)。

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五涕滋、路由控制協(xié)議

• 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP
  • 邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP
• 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP
  • 路由信息協(xié)議 RIP
  • 開放式最短路徑優(yōu)先 OSPF
• 路由算法
  • 距離向量算法：根據(jù)距離和方向決定目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或目的主機位置
    • 優(yōu)點：處理簡單
    • 缺點：只有距離和方向信息睬辐，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造復(fù)雜時，獲得穩(wěn)定路由信息前需要消耗一定時間宾肺；容易發(fā)生路由循環(huán)溯饵；每個路由器持有信息不同，無法判斷信息正確與否
  • 鏈路狀態(tài)算法：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
    • 優(yōu)點：所有路由器持有相同信息锨用，便于檢驗丰刊；即使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個路由器也能保持正確信息
    • 缺點：獲取路由信息表需要高速CPU處理能力和大量內(nèi)存增拥。
• RIP
  • 基于距離向量算法決定路徑啄巧，距離的單位為 跳數(shù)