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網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

時間：2018-09-06 15:06:46　瀏覽：1367次　來源：　　作者：

恢復窄屏

OSI分層（7層）

物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、會話層、表示層、應用層

TCP/IP分層（4層）

網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、應用層

五層協(xié)議（5層）

物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、應用層

五層結(jié)構(gòu)的概述

應用層：通過應用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應用
- 數(shù)據(jù)：報文
- 協(xié)議：HTTP, SMTP(郵件), FTP(文件傳送)
運輸層：向兩個主機進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務。
- 數(shù)據(jù)：TCP:報文段，UDP:用戶數(shù)據(jù)報
- 協(xié)議：TCP, UDP
網(wǎng)絡(luò)層：為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務
- 數(shù)據(jù)：包或IP數(shù)據(jù)報
- 協(xié)議：IP
數(shù)據(jù)鏈路層：
- 數(shù)據(jù)：幀
物理層：
- 數(shù)據(jù)：比特

ARP地址解析協(xié)議:用來獲取目標IP地址所對應的MAC地址的

各層協(xié)議

應用層

域名系統(tǒng)DNS

例：某用戶通過主機A瀏覽西安交大的主頁 www.xjtu.edu.cn
1. A向本地域名服務器DNS查詢
2. 如果DNS上有www.xjtu.edu.cn的記錄，就立即返回IP地址給主機A
3. 如果DNS上沒有該域名記錄，則DNS向根域名服務器發(fā)出查詢請求
4. 根域名服務器把負責cn域的頂級域名服務器B的IP地址告訴DNS
5. DNS向B查詢獲得二級域名服務器C的IP地址，最終迭代查詢到www.xjtu.edu.cn的ip直接返回DNS

HTTP

請求報文

常用的 HTTP 請求方法有GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT;
GET：當客戶端要從服務器中讀取某個資源時，使用GET 方法。GET 方法要求服務器將URL 定位的資源放在響應報文的部分，回送給客戶端，即向服務器請求某個資源。使用GET 方法時，請求參數(shù)和對應的值附加在 URL 后面，利用一個問號(“?”)代表URL 的結(jié)尾與請求參數(shù)的開始，傳遞參數(shù)長度受限制。例如，/index.jsp?id=100&op=bind。
POST：當客戶端給服務器提供信息較多時可以使用POST 方法，POST 方法向服務器提交數(shù)據(jù)，比如完成表單數(shù)據(jù)的提交，將數(shù)據(jù)提交給服務器處理。GET 一般用于獲取/查詢資源信息，POST 會附帶用戶數(shù)據(jù)，一般用于更新資源信息。POST 方法將請求參數(shù)封裝在HTTP 請求數(shù)據(jù)中，以名稱/值的形式出現(xiàn)，可以傳輸大量數(shù)據(jù);
請求頭部：請求頭部由關(guān)鍵字/值對組成，每行一對，關(guān)鍵字和值用英文冒號“:”分隔。請求頭部通知服務器有關(guān)于客戶端請求的信息，典型的請求頭有：
1. User-Agent：產(chǎn)生請求的瀏覽器類型;
2. Accept：客戶端可識別的響應內(nèi)容類型列表;星號 “ * ” 用于按范圍將類型分組，用 “ / ” 指示可接受全部類型，用“ type/* ”指示可接受 type 類型的所有子類型;
3. Accept-Language：客戶端可接受的自然語言;
4. Accept-Encoding：客戶端可接受的編碼壓縮格式;
5. Accept-Charset：可接受的應答的字符集;
6. Host：請求的主機名，允許多個域名同處一個IP 地址，即虛擬主機;
7. connection：連接方式(close 或 keepalive);
8. Cookie：存儲于客戶端擴展字段，向同一域名的服務端發(fā)送屬于該域的cookie;

GET /search?hl=zh-CN&source=hp&q=domety&aq=f&oq= HTTP/1.1  
Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, application/vnd.ms-excel, application/vnd.ms-powerpoint, 
application/msword, application/x-silverlight, application/x-shockwave-flash, */*  
Referer: <a href="http://www.google.cn/">http://www.google.cn/</a>  
Accept-Language: zh-cn  
Accept-Encoding: gzip, deflate  
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1; .NET CLR 2.0.50727; TheWorld)  
Host: <a href="http://www.google.cn">www.google.cn</a>  
Connection: Keep-Alive  
Cookie: PREF=ID=80a06da87be9ae3c:U=f7167333e2c3b714:NW=1:TM=1261551909:LM=1261551917:S=ybYcq2wpfefs4V9g; 
NID=31=ojj8d-IygaEtSxLgaJmqSjVhCspkviJrB6omjamNrSm8lZhKy_yMfO2M4QMRKcH1g0iQv9u-2hfBW7bUFwVh7pGaRUb0RnHcJU37y-
FxlRugatx63JLv7CWMD6UB_O_r

響應報文

相應報文

狀態(tài)碼由三位數(shù)字組成，第一位數(shù)字表示響應的類型，常用的狀態(tài)碼有五大類如下所示：

1xx：表示服務器已接收了客戶端請求，客戶端可繼續(xù)發(fā)送請求;
2xx：表示服務器已成功接收到請求并進行處理;
3xx：表示服務器要求客戶端重定向;
4xx：表示客戶端的請求有非法內(nèi)容;
5xx：表示服務器未能正常處理客戶端的請求而出現(xiàn)意外錯誤;

200 OK：表示客戶端請求成功;

400 Bad Request：表示客戶端請求有語法錯誤，不能被服務器所理解;

401 Unauthonzed：表示請求未經(jīng)授權(quán)，該狀態(tài)代碼必須與 WWW-Authenticate 報頭域一起使用;

403 Forbidden：表示服務器收到請求，但是拒絕提供服務，通常會在響應正文中給出不提供服務的原因;

404 Not Found：請求的資源不存在，例如，輸入了錯誤的URL;

500 Internal Server
Error：表示服務器發(fā)生不可預期的錯誤，導致無法完成客戶端的請求;

503 Service Unavailable：表示服務器當前不能夠處理客戶端的請求，在一段時間之后，服務器可能會恢復正常;

響應頭部：響應頭可能包括：
- Location：Location響應報頭域用于重定向接受者到一個新的位置。例如：客戶端所請求的頁面已不存在原先的位置，為了讓客戶端重定向到這個頁面新的位置，服務器端可以發(fā)回Location響應報頭后使用重定向語句，讓客戶端去訪問新的域名所對應的服務器上的資源;
- Server：Server 響應報頭域包含了服務器用來處理請求的軟件信息及其版本。它和 User-Agent 請求報頭域是相對應的，前者發(fā)送服務器端軟件的信息，后者發(fā)送客戶端軟件(瀏覽器)和操作系統(tǒng)的信息。
- Vary：指示不可緩存的請求頭列表;
- Connection：連接方式;

對于請求來說：close(告訴WEB 服務器或者代理服務器，在完成本次請求的響應后，斷開連接，不等待本次連接的后續(xù)請求了)。keepalive(告訴WEB服務器或者代理服務器，在完成本次請求的響應后，保持連接，等待本次連接的后續(xù)請求);
對于響應來說：close(連接已經(jīng)關(guān)閉); keepalive(連接保持著，在等待本次連接的后續(xù)請求); Keep-Alive：如果瀏覽器請求保持連接，則該頭部表明希望WEB 服務器保持連接多長時間(秒);例如：Keep-Alive：300;
- WWW-Authenticate：WWW-Authenticate響應報頭域必須被包含在401 (未授權(quán)的)響應消息中，這個報頭域和前面講到的Authorization 請求報頭域是相關(guān)的，當客戶端收到 401 響應消息，就要決定是否請求服務器對其進行驗證。如果要求服務器對其進行驗證，就可以發(fā)送一個包含了Authorization 報頭域的請求;

問題：
1. Http1.1與Http1.0的區(qū)別
http1.0使用非持久連接（短連接），而http1.1默認是持久連接（長連接），當然也可以配置成非持久連接。

Cookie和Session的作用和工作原理

FTP文件傳送協(xié)議

運輸層

使用UDP和TCP協(xié)議的各種應用和應用層協(xié)議

應用	應用層協(xié)議	運輸層協(xié)議
名字轉(zhuǎn)換	DNS(域名系統(tǒng))	UDP
文件傳送	TFTP(簡單文件傳送協(xié)議)	UDP
路由器選擇協(xié)議	RIP(路由信息協(xié)議)	UDP
IP地址配置	DHCP(動態(tài)主機配置協(xié)議)	UDP
網(wǎng)絡(luò)管理	SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)	UDP
遠程服務器	NFS(網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))	UDP
多播	IGMP(網(wǎng)際組管理協(xié)議)	UDP
電子郵件	SMTP(簡單郵件傳送協(xié)議)	TCP
遠程終端	TELNET(遠程終端協(xié)議)	TCP
萬維網(wǎng)	HTTP(超文本傳送協(xié)議)	TCP
文件傳送	FTP(文件傳送協(xié)議)	TCP

- 端口
TCP和UDP都需要有源端口和目的端口

（端口：用16位來表示,即一個主機共有65536個端口.序號小于256的端口稱為通用端口,如FTP是21端口,WWW是80端口等.端口用來標識一個服務或應用.一臺主機可以同時提供多個服務和建立多個連接.端口(port)就是傳輸層的應用程序接口.應用層的各個進程是通過相應的端口才能與運輸實體進行交互.服務器一般都是通過人們所熟知的端口號來識別的）

服務端

常用的熟知端口

應用程序	FTP	TELNET	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	SNMP	SNMP(trap)
熟知端口	21	23	25	53	69	80	161	162

登記端口 1024~49151

客戶端

端口號由客戶進程動態(tài)選擇。數(shù)值范圍 49152~65535

UDP

特點

無連接的（發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接，因此減少了開銷和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時延）
盡最大努力交付（不保證可靠支付，因此主機不需要維持復雜的連接狀態(tài)表）
面向報文的（UDP對應用層交下來的報文，添加完首部后就直接交付IP層。如果太長就會分片）
UDP沒有擁塞控制
UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信
UDP的首部開銷?。ㄖ挥?個字節(jié)，TCP有20個字節(jié)）

UDP報文

- 源端口：2字節(jié) = 16bit = 0 ~ 65535
- 目的端口：2字節(jié)
- 長度：2字節(jié)
- 檢驗和：2字節(jié)

如果接受方UDP發(fā)現(xiàn)收到的報文中的目的端口號不正確（不存在對應端口號的應用進程），就會丟棄報文，并有網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP（ping某個地址就是用的ICMP）發(fā)送“端口不可達”差錯報文給發(fā)送方。

UDP用戶數(shù)據(jù)報首部檢驗和計算時會在UDP用戶數(shù)據(jù)報前增加12個字節(jié)的偽首部。

UDP偽首部

TCP

特點

面向連接的運輸層協(xié)議。
點對點（一對一）通信。
可靠交付。
全雙工通信（TCP連接的兩端都設(shè)有發(fā)送緩存和接收緩存，用來臨時存放雙向通信的數(shù)據(jù)）。
面向字節(jié)流。

TCP與UDP在發(fā)送報文時所采用的方式完全不同。TCP具體發(fā)送的報文由接收方給出的窗口值和當前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來決定一個報文段包含多少字節(jié)。而UDP發(fā)送的報文長度由應用進程給出。

TCP可靠傳輸工作原理

TCP連接的端點叫做套接字(socket)或插口。套接字socket = (IP地址：端口號)

停止等待協(xié)議

無差錯情況
超時重傳

每發(fā)送完一個分組就設(shè)置一個超時計時器。
- 注意：
1. 必須暫時保存已發(fā)送的分組的副本
2. 分組和確認分組都必須編號
3. 超市計時器設(shè)置的重傳時間比數(shù)據(jù)在分組傳輸?shù)钠骄鶗r間更長一些

確認丟失和確認遲到

確認丟失
確認遲到
如果接收方接收到數(shù)據(jù)發(fā)送確認沒有被發(fā)送方接收到，那么發(fā)送方超時后會重新發(fā)送分組，并且接收方收到重復的分組會丟棄并重傳確認。
如果接收方收到的確認是已經(jīng)接受過的，那么會無視這個確認。

缺點

停止等待協(xié)議（自動重傳ARQ）雖然簡單，但是信道利用率低。

信道利用率

信道利用率U = TD / (TD + RTT + TA)

連續(xù)ARQ協(xié)議和滑動窗口協(xié)議

連續(xù)ARQ協(xié)議

TCP報文格式

TCP報文

源端口和目的端口各占2字節(jié)
序號 4字節(jié)
確認號 4字節(jié)期望收到對方下一個報文的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號
數(shù)據(jù)偏移 4位
保留 6字節(jié)
緊急URG 當URG=1表示緊急指針有效
確認ACK
推送PSH
復位RST 當RST = 1時，釋放連接并重新建立連接
同步SYN 當SYN = 1 ACK = 0時，表明這是一個連接請求報文段。
終止FIN FIN = 1，請求釋放連接。
窗口
檢驗和
緊急指針
選項

TCP的三次握手

客戶端TCP向服務端TCP發(fā)送一個特殊的TCP報文段，不包含應用層數(shù)據(jù)，報文中SYN=1，設(shè)置一個初始號client_isn,記錄在報文段的序列號seq中。
SYN報文段到達服務器后，為該TCP鏈接分配緩存和變量，并向客戶端發(fā)送允許鏈接的報文段。其中，SYN = 1， ACK = client_isn+1，seq = server_isn;
客戶端收到允許連接的報文后，客戶端也給連接分配緩存和變量，客戶端向服務端發(fā)送一個報文段，其中ACK = server_isn+1，SYN = 0，并且由于連接已經(jīng)建立所以現(xiàn)在可以攜帶應用層數(shù)據(jù)。

TCP四次揮手

1. 客戶端發(fā)送連接釋放報文段，報文中FIN = 1, seq = u;
2. 服務端接收到連接釋放報文后發(fā)出確認報文，其中ACK = 1; seq = v; ack = u + 1;
3. 服務端在發(fā)送完數(shù)據(jù)后，發(fā)送連接釋放報文FIN = 1, seq = w, ack = u + 1;并停止向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。
4. 客戶端收到連接釋放報文后，發(fā)送確認報文， ACK = 1; seq = u + 1; ack = w + 1;并且進入等待2MSL，防止服務端沒有接收到確認報文，重傳報文。并且使連接產(chǎn)生的報文都消失。

TCP協(xié)議的連接是全雙工連接，一個TCP連接存在雙向的讀寫通道。
簡單說來是 “先關(guān)讀，后關(guān)寫”，一共需要四個階段。以客戶機發(fā)起關(guān)閉連接為例：
1. 服務器讀通道關(guān)閉
2. 客戶機寫通道關(guān)閉
3. 客戶機讀通道關(guān)閉
4. 服務器寫通道關(guān)閉

TCP擁塞控制

擁塞控制和流量控制的區(qū)別

流量控制針對的是點對點之間的（發(fā)送方和接收方）之間的速度匹配服務，因為接收方的應用程序讀取的速度不一定很迅速，而接收方的緩存是有限的，就需要避免發(fā)送的速度過快而導致的問題。擁塞控制是由于網(wǎng)絡(luò)中的路由和鏈路傳輸速度限制，要避免網(wǎng)絡(luò)的過載和進行的控制。

擁塞控制算法

擁塞控制算法主要包含了三個部分：慢啟動、擁塞避免和快速回復

慢啟動

慢開始算法的思路就是，不要一開始就發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，先探測一下網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，也就是說由小到大逐漸增加擁塞窗口的大小。一般一開始為1個MSS，之后翻倍這樣來增加，呈指數(shù)增長。其中1、慢啟動過程有一個閾值ssthresh，一旦到達閾值就進入擁塞避免模式。這是第一種離開結(jié)束慢啟動的方式2、如果收到了一個丟包提示，就將cwnd設(shè)為1并且重新開始慢啟動過程，這時要把閾值ssthresh設(shè)為當前cwnd值的一半。3、如果收到了三次冗余的ACK，就執(zhí)行一次快速重傳并且進入快速恢復狀態(tài)，這是最后一種結(jié)束慢啟動的過程。

擁塞避免

進入擁塞避免說明cwnd值大約是上一次遇到擁塞是的一半，這時候不能翻倍，而是將cwnd的值每次增加一個MSS。結(jié)束的過程有兩種可能：1、當出現(xiàn)超時時，將cwnd值設(shè)為1個MSS，并且將ssthresh閾值設(shè)為當前cwnd值的一半。2、當收到三個冗余ACK時，將ssthresh閾值設(shè)為當前cwnd值的一半，并且將cwnd值設(shè)為當前cwnd值的一半加3，即ssthresh閾值加3，并且進入快速恢復狀態(tài)。

快速恢復

快速恢復就是指進入快速恢復前的一系列操作，即將ssthresh閾值設(shè)為當前cwnd值的一半，并且將cwnd值設(shè)為當前cwnd值的一半加3，即ssthresh閾值加3，之后進入擁塞避免狀態(tài)，即每次cwnd的值加1個MSS。

網(wǎng)絡(luò)層

協(xié)議

地址解析協(xié)議 ARP
網(wǎng)際控制報文協(xié)議 ICMP
網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP

IP

IP地址分類：
- A類:1.0.0.0~126.255.255.255,默認子網(wǎng)掩碼/8,即255.0.0.0 (其中127.0.0.0~127.255.255.255為環(huán)回地址,用于本地環(huán)回測試等用途)；

B類:128.0.0.0~191.255.255.255,默認子網(wǎng)掩碼/16,即255.255.0.0；
C類:192.0.0.0~223.255.255.255,默認子網(wǎng)掩碼/24,即255.255.255.0；
D類:224.0.0.0~239.255.255.255,一般于用組播
E類:240.0.0.0~255.255.255.255(其中255.255.255.255為全網(wǎng)廣播地址),E類地址一般用于研究用途

網(wǎng)絡(luò)安全的小常識

中國互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合辟謠平臺正式上線

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