計算機網絡核心基礎知識總覽

時間  2019-11-10
標籤 計算機網絡 核心 基礎 知識 總覽 简体版
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第一章——概述
計算機網絡性能指標
一、速率，傳輸數據速率，也叫數據率、比特率，單位有：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s
二、帶寬，最高傳輸速率，即爲速率最高值，單位與速率相同
三、吞吐量，單位時間經過某個網絡信道或接口的數據量，單位b、kb、Mb、Gb、Tb
四、時延，發送時延（主機或路由器發送數據所需時間）、傳播時延（電磁波在信道中傳輸所需時間）、處理時延、排隊時延
五、時延帶寬積=傳播時延*帶寬
六、往返時間RTT
七、利用率有信道利用率與網絡利用率
計算機網絡體系結構
OSI：開放系統互聯基本參考模型，Open Systems Interconnection Reference Model
協議：爲了進行網絡中的數據交換而創建的規則、標準或約定稱爲網絡協議。
分層帶來的好處：
一、各層獨立，將大問題分解成多個獨立的小問題
二、靈活性好，只要保證接口不變，內部實現能夠修改並不影響上下層
三、結構上易於分開
四、易於實現與維護
五、促進標準化工做
五層結構（七層結構是在應用層下增長表示層與會話層，更可能是一種理論的結構，實際多以五層結構表示）
一、應用層
二、傳輸層
三、網絡層
四、數據鏈路層
五、物理層
 
第二章——物理層
物理層的主要任務就是肯定與傳輸媒體接口有關的一些特性，包括：
一、機械特性
二、電氣特性
三、功能特性
四、過程特性
信息交互方式
一、單工通訊
二、半雙工通訊
三、全雙工通訊
信道複用技術
一、頻分服用——用戶在一樣時間佔用不一樣資源
二、時分複用——所用用戶在不一樣時間佔用相同資源
三、波分複用——光的頻分複用
四、碼分複用——用一組包含互相正交的碼字的碼組攜帶多路信號
 
第三章——數據鏈路層
數據鏈路層信道兩種類型:
一、點對點信道
二、廣播信道
數據鏈路：除了表明物理層的一條物理線路外，還包括一些控制數據傳輸的通訊協議，兩者結合起來就是數據鏈路
網絡適配器：數據鏈路層協議通常是由網絡適配器實現的，它實現了數據鏈路層與物理層兩層的功能。它的主要做用是實現計算機與外界局域網通訊。
數據鏈路層的協議數據單元：幀
點對點的數據鏈路通訊步驟（點對點的數據鏈路、使用廣播信道的數據鏈路是兩種主要的數據鏈路）：
一、節點A把該節點網絡層交下來的IP數據報添加首部與尾部封裝成幀
二、節點A把封裝好的幀經過物理層鏈路發送給節點B
三、節點B在檢查接收到的幀無差錯時，上交給B節點的網絡層，不然，丟棄此幀
數據鏈路層協議要解決的三個基本問題：
一、封裝成幀——幀開始符SOH，結束符EOT
二、透明傳輸——防止傳輸文本出現SOH或EOT，形成錯誤開始或錯誤結束
三、差錯檢測——普遍使用CRC循環冗餘檢測
PPP點對點協議是數據鏈路層使用最多的協議，他提供不可靠的數據報服務；由於數據鏈路層沒必要要提供比網絡層IP協議更多的功能，因此PPP協議不須要糾錯，不須要序號，不須要流量控制，簡單就是PPP協議首要的要求與最大特色
以太網：當今使用最普遍的局域網規範，使用CSMA/CD技術，並以10M/S的速率運行在各類電纜上
CSMA/CD協議：載波監聽多點接入/碰撞檢測
CSMA/CD核心要點：
一、「多點接入」，許多計算機以多點接入方式互聯到一條總線上，同一時刻只有一臺計算機能夠佔用總線傳輸數據
二、「載波監聽」，每一個站（計算機）都必須不停檢測信道是否在傳輸數據，沒有被佔用才能得到發送權
三、「碰撞檢測」，邊發送邊監聽，若是檢測到有總線有兩個站同時傳輸數據，當即中止傳輸
MAC地址：以太網的物理地址
網橋：可轉發、過濾幀，可鏈接不一樣物理層、MAC子層與不一樣以太網，可在數據鏈路層擴展以太網，缺點是增長時延。
集線器：可轉發比特流，工做在物理層，在物理層擴展以太網
 
第四章——網絡層
地址解析協議ARP：將主機和路由器的IP地址解析到硬件地址。
ARP機制：每一個主機都有一個ARP高速緩存，裏面有本局域網中各主機、路由器的IP地址到硬件地址的映射表，並且這個映射表還常常動態更新。
網際控制報文協議ICMP：提供主機或路由器詢問狀況、報告差錯或異常狀況。
ICMP報文類型：一、差錯報告報文二、詢問報文
ICMP應用：使用ping命令，在應用層越過傳輸層直接使用ICMP協議回送請求與回送回答報文，測試主機之間連通性。
路由器分組轉發算法（網絡層操做）：
從數據報首部提取出目的主機的IP地址，根據IP地址類別（A、B、C、D類），提取出網絡地址
     一、若網絡地址N就是與路由器相連的網絡地址，則直接將數據報交付給該網絡的目的主機。（這裏包括了網絡接口軟件經過ARP協議將IP地址轉化爲MAC地址，將數據報封裝成鏈路層MAC幀，經過物理層線路發送此幀到目的主機的過程）
     二、若網絡地址不是與路由器相連的網絡地址，則查詢路由表
             2.一、若路由表中有目的地址爲數據報IP地址的特定主機路由，則將數據報發送給路由表指定的下一跳路由
             2.二、若路由表中有到達目標網絡地址爲N的路由，則將數據報發送給路由表指定的下一跳路由
             2.三、若路由表中有一個默認路由，則將數據報發送給路由表中的默認路由
             2.四、報告分組轉發錯誤
 
第五章——運輸層
概述：雖然IP層將分組數據送到目的主機，但嚴格講，計算機網絡中的兩個主機通訊實際上是兩個主機上的應用進程通訊，通訊的端點不是主機而是主機上的應用進程。網絡層提供主機間的邏輯通訊，運輸層提供端口間的邏輯通訊。
UDP的主要特色：
一、UDP是面向無鏈接的運輸層協議，發送數據前不用創建鏈接，可靠性下降但提升效率
二、UDP是提供最大努力的交付服務
三、UDP是面向報文的，即一次發送一個報文，不合並、不拆分，但若是數據過長會在網絡層IP分片傳輸，影響網絡層效率
四、UDP沒法避免網路擁塞時的數據丟失，但保證了發送數據的穩定速率
五、UDP支持一對1、一對多、多對多的通訊
六、UDP首部較短只有8字節，較TCP的20字節（只包括固定字段長度）減少了開銷。
UDP首部字段：
一、源端口
二、目的端口
三、長度，數據報的長度
四、校驗和，驗證傳輸信息是否有錯，有錯就丟棄
TCP的主要特色：
一、TCP是面向鏈接的運輸層協議。使用TCP以前必須創建TCP鏈接，就跟打電話同樣，接通後才能通話
二、TCP鏈接是點對點的，只能有兩個端口
三、TCP提供可靠的服務，無差錯、不丟失、不重複、按序到達，而運輸層如下都是不可靠的盡力提供最大努力的服務。
四、TCP提供全雙工通訊，通訊兩端都設有發送緩存與接收緩存，可在空閒時發送或接受
五、TCP面向字節流
套接字（Socket）= IP地址:端口號
TCP報文首部字段：
主要首部字段解釋：
一、序號：該報文段的數據段第一個字節佔整條報文數據段的位置
二、確認號：指望收到的下一個報文段的序號（如：上一個報文段序號位600，數據段長度爲100，在正確接收後，此次指望接受的數據序號爲700）
三、窗口大小：指出容許對方發送的數據量，可動態變化
四、校驗和：驗證數據完整性與正確性
五、緊急指針：指出本報文字段中緊急數據的尾部位置，注意：當窗口爲0時也能夠發送緊急數據
6個控制位解釋：
一、ACK起應答做用，佔1位；僅當ACK=1時，確認號字段纔有效，ACK=0時，確認號無效
二、SYN起同步做用；當SYN=1，ACK=0時表示：這是一個鏈接請求報文段。若贊成鏈接，則在響應報文段中使得SYN=1，ACK=1。所以，SYN=1表示這是一個鏈接請求，或鏈接接受報文
三、FIN用來釋放一個鏈接；FIN=1表示：此報文段的發送方的數據已經發送完畢，並要求釋放TCP鏈接
四、PSH表示接收方應將報文交給應用層
五、RST表示鏈接重置
六、URG表示緊急指針，URG=1表示有緊急數據 
三次握手：
A:「喂，你聽獲得嗎？」A->SYN_SEND

B:「我聽獲得呀，你聽獲得我嗎？」應答與請求同時發出 B->SYN_RCVD | A->ESTABLISHED

A:「我能聽到你，今天balabala……」B->ESTABLISHED

四次揮手：
A:「喂，我不說了。」A->FIN_WAIT1

B:「我知道了。等下，上一句還沒說完。Balabala…..」B->CLOSE_WAIT | A->FIN_WAIT2

B:」好了，說完了，我也不說了。」B->LAST_ACK

A:」我知道了。」A->TIME_WAIT | B->CLOSED

A等待2MSL,保證B收到了消息,不然重說一次」我知道了」,A->CLOSED
TCP可靠傳輸機制
一、流量控制，滑動窗口機制——讓發送方發送速率不太快，接收方來得及接收，經過滑動窗口機制實現，即接受方屢次發出響應報文修改首部字段的窗口值以控制發送方數據發送速率
二、擁塞控制，慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復機制
 
第六章——應用層
DNS：域名系統
DNS域名解析：將域名解析成對應IP地址
DNS域名服務器類型：
一、根域名服務器
二、頂級域名服務器
三、權限域名服務器
四、本地域名服務器
DNS服務器域名解析流程：
一、用戶在瀏覽器輸入要訪問的網站的域名，若是操做系統檢查到本地hosts文件中緩存着這個域名的映射關係，則直接調用，完成域名解析。 
二、若是hosts文件中沒有，則瀏覽器向本地DNS請求解析，若是緩存着映射關係，則返回結果，完成解析； 
三、若是本地DNS沒有，則將請求發往RootDNS（根DNS服務器），根DNS服務器會告知本地服務器去查詢網站受權的DNS服務器，即把網站受權DNS服務器的IP地址發送給本地DNS服務器（網站受權的DNS服務器即爲頂級、權限域名服務器）； 
四、網站受權DNS服務器將解析獲得的IP地址發回本地DNS，本地DNS緩存映射關係並將IP地址發回給用戶; 
五、瀏覽器在獲得IP地址後，向其發出HTTP請求。
FTP：文件傳送協議，基於TCP，要求創建兩個並行的TCP鏈接，「控制鏈接」與「數據鏈接」
萬維網（WWW）：一個大規模的、聯機式的信息儲藏所。瀏覽器就是萬維網的客戶端程序，客戶程序向服務器程序發出請求，服務器程序向客戶程序送回客戶所須要的萬維網文檔，也成爲頁面
萬維網與互聯網、以太網關係及區別：萬維網就是咱們常說的互聯網，而以太網是萬維網的一種組網類型，是局域網採用的通用規範標準。
URL：統一資源標識符，萬維網用URL來惟一標識萬維網文檔
HTML：超文本標記語言
HTTP：萬維網中客戶端與服務端嚴格遵照的超文本傳輸協議，它自己是一種無狀態、無鏈接協議，但它依賴於TCP實現數據傳輸，而TCP是有狀態、有鏈接的，關於HTTP可參看 HTTP必知必會 http://blog.csdn.net/zhangliangzi/article/details/51336564
SMTP：簡單郵件傳送協議，一樣依賴於TCP實現郵件傳輸
POP3：郵局協議
POP3特色：採用客戶-服務器工做方式，接收郵件的用戶必須運行POP客戶程序，與接收方的ISP的郵件服務器必須運行SMTP與POP服務器程序；優勢是很是簡單，缺點是隻要用戶從POP服務器中讀取了郵件以後，POP服務器就將郵件刪除
IMAP：網際報文存取協議
IMAP特色：用戶PC運行IMAP客戶端程序，而後與接收方的郵件服務器上的IMAP服務器創建TCP鏈接，使用戶能夠直接操做郵件服務器的郵箱；IMAP最大好處就是用戶能夠在不一樣地方使用不一樣計算機處理郵件，缺點就是屢次查看就須要屢次創建TCP鏈接
基於萬維網的電子郵件：16三、GMAIL、新浪都使用這種郵件服務；瀏覽器編寫郵件，而後經過HTTP協議把郵件發送到該網站的郵件服務器上，而後經過SMTP將郵件發送到接收方網站的郵件服務器上，再經過HTTP把郵件發送到對應用戶的瀏覽器郵箱中。
MIME：通用互聯網郵件擴充，舊標準規定郵件文本不能包含7爲ASCII表明的字符集之外的字符，MIME定義了許多郵件內容的格式，規定了各類格式的傳送編碼，可對任何內容格式進行轉換。可經過郵件首部字段定義，如Content-Type=text/html;charset=utf-8
DHCP：動態主機配置協議。提供了一種「即插即用連網」，這種機制容許一臺計算機自動加入新的網絡並獲取IP地址。當客戶程序移植到一個新的網絡時，就可使用DHCP自動獲取配置信息。
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