2022計算機網(wǎng)絡(luò)知識點全面總結(jié)

\h計算機網(wǎng)絡(luò)知識點全面總結(jié)一、計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按照網(wǎng)絡(luò)的作用范圍：廣域網(wǎng)（WAN）、城域網(wǎng)（MAN）、局域網(wǎng)（LAN）；按照網(wǎng)絡(luò)使用者：公用網(wǎng)絡(luò)、專用網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP四層模型與OSI體系結(jié)構(gòu)對比：層次結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則各層之間是相互獨立的；每一層需要有足夠的靈活性；各層之間完全解耦。計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)速率：bps=bit/s時延：發(fā)送時延、傳播時延、排隊時延、處理時延往返時間RTT：數(shù)據(jù)報文在端到端通信中的來回一次的時間。二、物理層的數(shù)據(jù)可在各種物理媒體上傳輸。物理層設(shè)備：中繼器【Repeater，也叫放大器】：同一局域網(wǎng)的再生信號；兩端口的網(wǎng)段必須同一協(xié)議；5-4-3規(guī)程：10BASE-5以太網(wǎng)中，最多串聯(lián)4個中繼器，5段中只能有3個連接主機；集線器：同一局域網(wǎng)的再生、放大信號（多端口的中繼器）；半雙工，不能隔離沖突域也不能隔離廣播域。信道的基本概念：信道是往一個方向傳輸信息的媒體，一條通信電路包含一個發(fā)送信道和一個接受信道。單工通信信道：只能一個方向通信，沒有反方向反饋的信道；半雙工通信信道：雙方都可以發(fā)送和接受信息，但不能同時發(fā)送也不能同時接收；全雙工通信信道：雙方都可以同時發(fā)送和接收。三、數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層概述絡(luò)層。數(shù)據(jù)鏈路層在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯、重發(fā)等。有關(guān)數(shù)據(jù)鏈路層的重要知識點：數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸；基本數(shù)據(jù)單位為幀；主要的協(xié)議：以太網(wǎng)協(xié)議；兩個重要設(shè)備名稱：網(wǎng)橋和交換機。封裝成幀：“幀”是數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)的基本單位：透明傳輸：“透明”是指即使控制字符在幀數(shù)據(jù)中，但是要當(dāng)做不存在去處理。即在控制字符前加上轉(zhuǎn)義字符ESC。數(shù)據(jù)鏈路層的差錯監(jiān)測差錯檢測：奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗碼CRC奇偶校驗碼–局限性：當(dāng)出錯兩位時，檢測不到錯誤。循環(huán)冗余檢驗碼：根據(jù)傳輸或保存的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生固定位數(shù)校驗碼。最大傳輸單元MTU最大傳輸單元MTU(MaximumTransmissionUnit)，數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀不是無限大的，數(shù)據(jù)幀長度受MTU限制.路徑MTU：由鏈路中MTU的最小值決定。以太網(wǎng)協(xié)議詳解MAC地址：每一個設(shè)備都擁有唯一的MAC地址，共48位，使用十六進制表示。以太網(wǎng)協(xié)議：是一種使用廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，是一種應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，使用以太網(wǎng)可以完成相鄰設(shè)備的數(shù)據(jù)幀傳輸：局域網(wǎng)分類：Ethernet以太網(wǎng)IEEE802.3：以太網(wǎng)第一個廣泛部署的高速局域網(wǎng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率快以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)：類型：標(biāo)識上層協(xié)議（2字節(jié)）目的地址和源地址：MAC地址（每個6字節(jié)）數(shù)據(jù)：封裝的上層協(xié)議的分組（46~1500字節(jié)）CRC：循環(huán)冗余碼（4字節(jié)）以太網(wǎng)最短幀：以太網(wǎng)幀最短64字節(jié)；以太網(wǎng)幀除了數(shù)據(jù)部分18字節(jié)；數(shù)據(jù)最短46字節(jié)；MAC地址（物理地址、局域網(wǎng)地址）MAC地址長度為6字節(jié)，48位；MAC地址具有唯一性，每個網(wǎng)絡(luò)適配器對應(yīng)一個MAC地址；連接起來；MAC廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。四、網(wǎng)絡(luò)層交換（基本上被分組所替代）：采用儲存轉(zhuǎn)發(fā)方式，數(shù)據(jù)交換單位是報文。網(wǎng)絡(luò)層中涉及眾多的協(xié)議，其中包括最重要的協(xié)議，也是TCP/IP的核心協(xié)議——IP協(xié)議。IP送服務(wù)。IP協(xié)議的主要功能有：無連接數(shù)據(jù)報傳輸、數(shù)據(jù)報路由選擇和差錯控制。與IP協(xié)議配套使用實現(xiàn)其功能的還有地址解析協(xié)議ARP、逆地址解析協(xié)議RARP、因特網(wǎng)報文協(xié)議ICMP、因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP絡(luò)層的重點為：網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)對子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)包進行路由選擇。此外，網(wǎng)絡(luò)層還可以實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)際互連等功能；基本數(shù)據(jù)單位為IP數(shù)據(jù)報；包含的主要協(xié)議：IP協(xié)議（InternetProtocol，因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議）;ICMP協(xié)議（InternetControlMessageProtocol，因特網(wǎng)控制報文協(xié)議）;ARP協(xié)議（AddressResolutionProtocol，地址解析協(xié)議）;RARP協(xié)議（ReverseAddressResolutionProtocol，逆地址解析協(xié)議）。重要的設(shè)備：路由器。IP協(xié)議詳解IP網(wǎng)際協(xié)議是Internet網(wǎng)絡(luò)層最核心的協(xié)議。虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生：實際的計算機網(wǎng)絡(luò)錯綜復(fù)雜；物理設(shè)備通過使用IP協(xié)議，屏蔽了物理網(wǎng)絡(luò)之間的差異；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中主機使用IP協(xié)議連接時，無需關(guān)注網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，于是形成了虛擬網(wǎng)絡(luò)。IP協(xié)議使得復(fù)雜的實際網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€虛擬互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)；并且解決了在虛擬網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)報傳輸路徑的問題。其中，版本指IP協(xié)議的版本，占4位，如IPv4和IPv6；首部位長度表示IP首部長度，占4位，最大數(shù)值位15；總長度表示IP占16位，最大數(shù)值位65535；TTL表示IP數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中的壽命，占8位；協(xié)議表明IP數(shù)據(jù)所攜帶的具體數(shù)據(jù)是什么協(xié)議的，如TCP、UDP。協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)流程地址的子網(wǎng)劃分A類（8網(wǎng)絡(luò)號+24主機號）、B類（16網(wǎng)絡(luò)號+16主機號）、C類（24網(wǎng)絡(luò)號+8主機號）可以用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的主機或路由器，D類地址作為組廣播地址，E類是地址保留。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT技術(shù)用于多個主機通過一個公有IP訪問訪問互聯(lián)網(wǎng)的私有網(wǎng)絡(luò)中，減緩了IP地址的消耗，但是增加了網(wǎng)絡(luò)通信的復(fù)雜度。NAT工作原理：從內(nèi)網(wǎng)出去的IP數(shù)據(jù)報，將其IP地址替換為NAT服務(wù)器擁有的合法的公共IP地址，并將替換關(guān)系記錄到NAT轉(zhuǎn)換表中；從公共互聯(lián)網(wǎng)返回的IP數(shù)據(jù)報，依據(jù)其目的的IP地址檢索NAT轉(zhuǎn)換表，并利用檢索到的內(nèi)部私有IP地址替換目的IP地址，然后將IP據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。ARP協(xié)議與RARP協(xié)議地址解析協(xié)議ARP（AddressResolutionProtocol）：為網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)適配器）的IP地址到對應(yīng)的硬件地址提供動態(tài)映射?？梢园丫W(wǎng)絡(luò)層32位地址轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)鏈路層MAC48位地址。ARP是即插即用的，一個ARP表是自動建立的，不需要系統(tǒng)管理員來配置。RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)協(xié)議指逆地址解析協(xié)議，可以把數(shù)據(jù)鏈路層MAC48位地址轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)層32位地址。ICMP協(xié)議詳解網(wǎng)際控制報文協(xié)議（InternetControlMessageProtocol），可以報告錯誤信息或者異常情況，ICMP報文封裝在IP數(shù)據(jù)報當(dāng)中。ICMP協(xié)議的應(yīng)用：Ping應(yīng)用：網(wǎng)絡(luò)故障的排查；Traceroute應(yīng)用：可以探測IP數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中走過的路徑。網(wǎng)絡(luò)層的路由概述關(guān)于路由算法的要求：正確的完整的、在計算上應(yīng)該盡可能是簡單的、可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的變化、穩(wěn)定的公平的。自治系統(tǒng)AS：指處于一個管理機構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備群，AS內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)自治管理，對外提供一個或多個出入口，其中自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)議為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，如RIP、OSPF等；自治系統(tǒng)外部的路由協(xié)議為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，如BGP。靜態(tài)路由：人工配置，難度和復(fù)雜度高；動態(tài)路由：鏈路狀態(tài)路由選擇算法LS圖；利用Dijkstra算法求源端到目的端網(wǎng)絡(luò)的最短路徑；\hDijkstra(\h迪杰斯特拉\h)\h算法距離-向量路由選擇算法DV：向所有隔壁路由發(fā)送信息收斂慢、會存在回路；基礎(chǔ)是Bellman-Ford方程（簡稱B-F方程）；內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議之RIP協(xié)議路由信息協(xié)議RIP(RoutingInformationProtocol)【應(yīng)用層】，基于距離-向量的路由選擇算法，較小的AS（自治系統(tǒng)），適合小型網(wǎng)絡(luò)；RIP報文，封裝進UDP數(shù)據(jù)報。RIP協(xié)議特性：RIP在度量路徑時采用的是跳數(shù)（每個路由器維護自身到其他每個路由器的距離記錄）；RIP的費用定義在源路由器和目的子網(wǎng)之間；RIP被限制的網(wǎng)絡(luò)直徑不超過15跳；和隔壁交換所有的信息，30主動一次（廣播）。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議之OSPF協(xié)議開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF(OpenShortestPathFirst)【網(wǎng)絡(luò)層】，基于鏈路狀態(tài)的路由選擇算法（即Dijkstra算法），較大規(guī)模的AS，適合大型網(wǎng)絡(luò)，直接封裝在IP數(shù)據(jù)報傳輸。協(xié)議優(yōu)點：安全；支持多條相同費用路徑；支持區(qū)別化費用度量；支持單播路由和多播路由；分層路由。RIP與OSPF的對比（路由算法決定其性質(zhì)）：外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議之BGP協(xié)議BGP（BorderGatewayProtocol）邊際網(wǎng)關(guān)協(xié)議【應(yīng)用層】：是運行在AS之間的一種協(xié)議,尋找一條好路由：首次交換全部信息，以后只交換變化的部分,BGP封裝進TCP報文段.五、傳輸層端的差錯控制和流量控制問題。端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸。在這一層，信息傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為段或報文。有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的重點：傳輸層負(fù)責(zé)將上層數(shù)據(jù)分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸以及端到端的差錯控制和流量控制問題；包含的主要協(xié)議：TCP協(xié)議（TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議）、UDP協(xié)議（UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）；重要設(shè)備：網(wǎng)關(guān)。UDP協(xié)議詳解UDP(UserDatagramProtocol:用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)，是一個非常簡單的協(xié)議，UDP協(xié)議的特點：UDP是無連接協(xié)議；UDP不能保證可靠的交付數(shù)據(jù)；UDP是面向報文傳輸?shù)?；UDP沒有擁塞控制；UDP首部開銷很小。UDP數(shù)據(jù)報結(jié)構(gòu)：首部:8B，四字段/2B【源端口|目的端口|UDP長度|校驗和】數(shù)據(jù)字段：應(yīng)用數(shù)據(jù)TCP協(xié)議詳解TCP(TransmissionControlProtocol:傳輸控制協(xié)議)，是計算機網(wǎng)絡(luò)中非常復(fù)雜的一個協(xié)議。TCP協(xié)議的功能：對應(yīng)用層報文進行分段和重組；面向應(yīng)用層實現(xiàn)復(fù)用與分解；實現(xiàn)端到端的流量控制；擁塞控制；傳輸層尋址；對收到的報文進行差錯檢測（首部和數(shù)據(jù)部分都檢錯）；實現(xiàn)進程間的端到端可靠數(shù)據(jù)傳輸控制。TCP協(xié)議的特點：TCP是面向連接的協(xié)議；TCPTCP提供可靠的傳輸服務(wù)；TCP協(xié)議提供全雙工通信（每條TCP連接只能一對一）；5.2.1TCP報文段結(jié)構(gòu)：最大報文段長度：報文段中封裝的應(yīng)用層數(shù)據(jù)的最大長度。TCP首部：序號字段：TCP的序號是對每個應(yīng)用層數(shù)據(jù)的每個字節(jié)進行編號確認(rèn)序號字段：期望從對方接收數(shù)據(jù)的字節(jié)序號，即該序號對應(yīng)的字節(jié)尚未收到。用ack_seq標(biāo)識；TCP段的首部長度最短是20B，最長為60字節(jié)。但是長度必須為4B的整數(shù)倍TCP標(biāo)記的作用：可靠傳輸?shù)幕驹砘驹恚翰豢煽總鬏斝诺涝跀?shù)據(jù)傳輸中可能發(fā)生的情況：比特差錯、亂序、重傳、丟失基于不可靠信道實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸采取的措施：差錯檢測：利用編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)包傳輸過程中的比特差錯檢測確認(rèn)：接收方向發(fā)送方反饋接收狀態(tài)重傳：發(fā)送方重新發(fā)送接收方?jīng)]有正確接收的數(shù)據(jù)序號：確保數(shù)據(jù)按序提交計時器：解決數(shù)據(jù)丟失問題；停止等待協(xié)議：是最簡單的可靠傳輸協(xié)議，但是該協(xié)議對信道的利用率不高。??連續(xù)ARQ(AutomaticRepeatreQuest：自動重傳請求)協(xié)議：滑動窗口+累計確認(rèn)，大幅提高了信道的利用率。TCP協(xié)議的可靠傳輸基于連續(xù)ARQ協(xié)議，在某些情況下，重傳的效率并不高，會重復(fù)傳輸部分已經(jīng)成功接收的字節(jié)。TCP協(xié)議的流量控制流量控制：讓發(fā)送方發(fā)送速率不要太快，TCP協(xié)議使用滑動窗口實現(xiàn)流量控制。TCP協(xié)議的擁塞控制動算法+擁塞避免算法。慢開始和擁塞避免：【慢開始】擁塞窗口從1指數(shù)增長；到達閾值時進入【擁塞避免】，變成+1增長；【超時】，閾值變?yōu)楫?dāng)前cwnd的一半（不能<2）；再從【慢開始】，擁塞窗口從1指數(shù)增長。快重傳和快恢復(fù)：發(fā)送方連續(xù)收到3個冗余ACK，執(zhí)行【快重傳】，不必等計時器超時；執(zhí)行【快恢復(fù)】，閾值變?yōu)楫?dāng)前cwnd的一半（不能<2），并從此新的ssthresh點進入【擁塞避免】。TCP連接的三次握手（重要）TCP三次握手使用指令：面試?？停簽槭裁葱枰挝帐?？第一次握手：客戶發(fā)送請求，此時服務(wù)器知道客戶能發(fā)；第二次握手：服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)，此時客戶知道服務(wù)器能發(fā)能收；第三次握手：客戶發(fā)送確認(rèn)，此時服務(wù)器知道客戶能收。建立連接（三次握手）：第一次：客戶向服務(wù)器發(fā)送連接請求段，建立連接請求控制段（SYN=1），表示傳輸?shù)膱笪亩蔚牡谝粋€數(shù)據(jù)字節(jié)的序列號是x代表整個報文段的序號（seq=x）；SYN_SEND（同步發(fā)送狀態(tài)）；第二次：服務(wù)器發(fā)回確認(rèn)報文段，同意建立新連接的確認(rèn)段（SYN=1），確認(rèn)序號字段有效（ACK=1），是y（seq=y），表示服務(wù)器已經(jīng)收到客戶端序號為x的報文段，準(zhǔn)備接受客戶端序列號為x+1的報文段（ack_seq=x+1）；服務(wù)器由LISTEN進入SYN_RCVD（同步收到狀態(tài)）;第三次:客戶對服務(wù)器的同一連接進行確認(rèn).確認(rèn)序號字段有效(ACK=1),客戶此次的報文段的序列號是x+1(seq=x+1),列號為y+1的報文段(ack_seq=y+1);當(dāng)客戶發(fā)送ack時，客戶端進入ESTABLISHED狀態(tài);當(dāng)服務(wù)收到客戶發(fā)送的ack后，也進入ESTABLISHED狀態(tài);第三次握手可攜帶數(shù)據(jù);TCP連接的四次揮手（重要）釋放連接（四次揮手）第一次：客戶向服務(wù)器發(fā)送釋放連接報文段，發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，請求釋放連接（FIN=1），是x（seq=x）；客戶端狀態(tài)由ESTABLISHED進入FIN_WAIT_1（終止等待1狀態(tài)）；第二次：服務(wù)器向客戶發(fā)送確認(rèn)段，確認(rèn)字號段有效（ACK=1），服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序號是y（seq=y），為x+1（ack_seq=x+1）;服務(wù)器狀態(tài)由ESTABLISHED進入CLOSE_WAIT（關(guān)閉等待）；ACK段后，由FIN_WAIT_1進入FIN_WAIT_2；第三次:服務(wù)器向客戶發(fā)送釋放連接報文段，請求釋放連接（FIN=1），確認(rèn)字號段有效（ACK=1），表示服務(wù)器期望接收客戶數(shù)據(jù)序號為x+1（ack_seq=x+1）;表示自己傳輸?shù)牡谝粋€字節(jié)序號是y+1（seq=y+1）；服務(wù)器狀態(tài)由CLOSE_WAIT進入LAST_ACK（最后確認(rèn)狀態(tài)）；第四次：客戶向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)段，確認(rèn)字號段有效（ACK=1），表示客戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序號是x+1（seq=x+1），表示客戶期望接收服務(wù)y+1+1（ack_seq=y+1+1）；客戶端狀態(tài)由FIN_WAIT_2進入TIME_WAIT，等待2MSL時間，進入CLOSED狀態(tài)；服務(wù)器在收到最后一次ACK后，由LAST_ACK進入CLOSED；為什么需要等待2MSL?最后一個報文沒有確認(rèn)；確保發(fā)送方的ACK可以到達接收方；2MSL時間內(nèi)沒有收到，則接收方會重發(fā)；確保當(dāng)前連接的所有報文都已經(jīng)過期。六、應(yīng)用層為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口。應(yīng)用層重點：數(shù)據(jù)傳輸基本單位為報文；包含的主要協(xié)議：FTP（文件傳送協(xié)議）、Telnet（遠程登錄協(xié)議）、DNS（域名解析協(xié)議）、SMTP（郵件傳送協(xié)議），POP3議（郵局協(xié)議），HTTP協(xié)議（HyperTextTransferProtocol）。DNS詳解DNS（DomainNameSystem:域名系統(tǒng)