計算機網絡知識(IP、TCP、UDP)--持續更新

互聯網的兩個重要的基本特色：連通性和共享。

計算機網絡由若干結點和鏈接這些結點的鏈路組成。

互聯網的組成：邊緣部分、核心部分。

網絡邊緣的端系統之間的通訊可分爲兩大類：客戶-服務器方式（C\S方式）和對等方式（P2P方式）；互聯網的核心部分：許多網絡和把它們互聯的路由器。在網絡核心中起到特殊做用的是路由器，路由器是實現分組交換的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，是網絡核心部分最重要的功能。分組交換採用存儲轉發技術，分組（又稱爲包）是在互聯網中傳送的數據單元。

分組交換的優缺點：

優勢，高效：動態分配傳輸帶寬；靈活：爲每一個分組選擇最合適的轉發路由；迅速：以分組爲傳輸單位；可靠：保證可靠性的協議。

缺點，分組在路由器中存儲轉發時須要排隊，會形成時延；沒法確保端到端所需帶寬；分組必須攜帶控制信息形成了額外的開銷。

計算機網絡分類：

按網絡做用範圍分類：廣域網WAN，城域網MAN，局域網LAN，我的區域網PAN；按網絡使用者分類：公用網，專用網。

計算機網絡性能指標：

速率、帶寬、吞吐量、時延、時延帶寬積、往返時間RTT、利用率。

計算機網絡體系結構：

通常講五層協議，從底層到高層分別是：物理層、數據鏈路層、網絡層（IP層）、運輸層（TCP或UDP）、應用層（DNS、HTTP、FTP、SMTP等）。

物理層上傳輸數據的單位是比特；

數據鏈路層將網絡層交下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀，每一幀包括數據和必要的控制信息；

網絡層負責爲分組交換網上的不一樣主機提供通訊服務，選擇合適路由，找到目的主機。網絡層協議是無鏈接的網際協議IP和多種路由選擇協議；

運輸層負責向兩臺主機中進程間的通訊提供通用的數據傳輸服務。傳輸控制協議TCP提供面向鏈接的、可靠的數據傳輸服務，其數據傳輸單位是報文段；用戶數據報協議UDP提供無窮盡的、盡最大努力交付的數據傳輸服務，不保證數據傳輸的可靠性，其數據傳輸單位是用戶數據報）；

應用層經過應用進程間的交互來完成特定網絡應用，應用層協議定義的是應用進程間通訊和交互的規則，應用層交互的數據單元稱爲報文。

實體、協議、服務、服務訪問點：

實體：任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程；協議（水平的）：控制兩個對等實體進行通訊的規則的集合；服務（垂直的）：本層向上一層提供服務，並使用下一層的服務；服務訪問點：同一系統中相鄰兩層的實體進行交互的地方，即SAP。協議必須把全部不利的條件事先估計到，不能假定一切都是正常和理想的。

網絡層（IP層）：

網絡層向上只提供簡單靈活的、無鏈接的、盡最大努力交付的數據報服務，不提供服務質量的承諾，若是主機中的進程間的通訊須要是可靠的，就由網絡的主機中的運輸層負責。

網際協議IP：與IP協議配套使用的三個協議分別是：地址解析協議ARP，網際控制報文協議ICMP，網際組管理協議IGMP。

IP地址（IPv4）：是給互聯網上的每臺主機的每一個接口分配一個在世界範圍內惟一的32位標識符。IP地址由網絡號和主機號兩部分構成。

IPv4地址分類：A類，以0開頭，8位網絡號，2^³¹個地址；B類，以10開頭，16位網絡號，2^³⁰個地址；C類，以110開頭，24位網絡號，2^²⁹個地址。

IP地址與物理地址：物理地址是數據鏈路層和物理層使用的地址；IP地址是網絡層及以上各層使用的地址，是一種邏輯地址。

路由器擁有兩個及以上的IP地址以及物理地址。

IP數據報的格式：

TCP/IP標準中，各類數據報格式常以4字節爲單位描述。

一個IP數據報由首部和數據兩部分組成。首部前一部分是固定長度，共20字節；首部的固定長度以後是可選字段，長度可變。

IPv4數據報首部固定部分中的各字段：

版本，佔4位；首部長度，佔4位，其單位是4字節；區分服務，佔8位（通常不使用）；總長度，指首部和數據之和的長度，佔16位，即2字節，所以IP數據報的最大長度爲65535字節；標識，佔16位相同的標識字段使得分片後的各數據報片斷可以從新還原爲原始數據報；標誌，佔3位，最低位記爲MF，MF=1表示後續還有分片，MF=0表示這是最後一個分片，標誌字段中間的一位記爲DF，意爲「不能分片」，只有DF=0才容許分片；片偏移，佔13位，表示長分組在分片後，在原分組中的相對位置，片偏移以8個字節爲偏移單位；生存時間（TTL），佔8位，也叫「跳數限制」，每在路由器間轉發一次就減1，減爲0則捨棄；協議，佔8位，即上層使用的協議；首部檢驗和，佔16位，檢驗數據報首部，不包括數據部分；源地址，佔32位；目的地址，佔32位。

IP數據報首部的可變部分（IPv6沒有）是一個選項字段，用於支持拍錯、測量以及安全等措施，長度1~40個字節。

網際控制報文協議ICMP：

爲有效轉發IP數據報和提升交付成功的機會，在網際層使用了網際控制報文協議ICMP。ICMP容許主機或路由器報告差錯狀況和提供有關異常狀況的報告。ICMP是IP層協議，不是高層協議，是IP數據報中的數據部分。

ICMP報文種類：ICMP差錯報告報文（終點不可達、時間超過、參數問題、改變路由）和ICMP詢問報文（回送請求和回答、時間戳請求和回答）。

路由器的構成：

路由器是具備多輸入、多輸出端口的專用計算機，其任務是轉發分組。

路由器結構：路由選擇部分、分組轉發部分（交換結構、一組輸入端口、一組輸出端口）。輸入端口中的查找和轉發功能在路由器的交換功能中是最重要的，輸入輸出端口均可能產生分組排隊，若隊列存儲空間滿則會形成分組丟失。

關於IPv6：

IPv6仍支持無鏈接的傳送，但將協議數據單元PDU稱爲分組。IPv6的主要變化：

更大的地址空間，共128位；擴展的地址層次結構；靈活的首部格式；改進的選項；容許協議繼續擴充；支持即插即用（不須要使用DHCP）；支持資源的預分配；IPv6首部改成8字節對齊。

IPv6數據報分爲基本首部和後面的有效載荷。

IPv6的地址：單播、多播、任播。IP地址分類：未指明地址（全0），環回地址（::1），多播地址（前綴11111111），本地鏈路單播地址（前綴1111111010），全球單播地址

運輸層（UDP、TCP）：

兩臺主機進行通訊實際是兩臺主機中的應用進程進行通訊，通訊的真正端點不是主機而是主機中的進程。網絡層爲主機之間提供通訊，而運輸層爲應用進程之間提供端到端的邏輯通訊。

用戶數據報協議UDP：

UDP只在IP的數據報服務上增長了不多的功能，就是複用、分用以及差錯檢測。

UDP的主要特色：無鏈接；盡最大努力交付；面向報文，對應用層交下來的報文，不合並也不拆分，保留報文邊界，一次發送一個完整報文；沒有擁塞控制，支持一對1、一對多、多對1、多對多的交互通訊；UDP首部開銷小。

基於UDP協議的應用層協議有：DNS、TFTP、RIP、DHCP、SNMP、NFS等。

UDP首部（佔8字節）：源端口、目的端口、長度、檢驗和，各佔2字節。

傳輸控制協議TCP（未完待續）：

TCP的特色：TCP是面向鏈接的運輸層協議（使用前須要先創建鏈接，使用完畢須要釋放鏈接）；每條TCP是點對點的；TCP提供可靠交付的服務；TCP提供全雙工通訊；面向字節流，TCP將應用程序交下來的數據僅僅當作是一連串的無結構的字節流。