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计算机网络基础知识

一句话儿 的个人博客 / 5 / 1 / 创建于 7个月前

网络：节点+链路（有线、无线）

因特网服务提供商ISP(中国电信 移动 联通）

三种交换方式：电路交换、分组交换、报文交换

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计算机网络分层：MAC+IP+TCP+应用数据

  • 应用层：应用协议、应用进程

  • 传输层：进程之间基于网络通信

  • 网络层：路由分组、多个网络

  • 数据链路层：路由分组多个网络

  • 物理层：电信号、何种信号传输

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Http请求数据包封装过程

应用层：HTTP

运输层：HTTP+TCP

网络层：HTTP+TCP+IP

数据链路层：HTTP+TCP+IP+MAC

物理层：比特流

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物理层

传输媒体

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物理层传输的数据单位：比特

传输方式

并行传输、串行传输

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同步传输：数据块以稳定的比特流的形式传输，字节之间没有间隔

异步传输：以字节为独立的传输单位

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通信方式：单工（广播）、半双工（对讲机）、全双工（电话）

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编码与调制

码元：基本波形

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基带信号：数字基带信号、模拟基带信号

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常用编码：不归零编码（存在同步问题）、归零编码（效率低）、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码

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混合调制（多元制）调幅、调频、调相（基本调制、二元制）

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信道的极限容量

信号失真

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奈氏准则、香农公式

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物理层协议的主要任务：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性

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数据传输速率=码元传输速率 x 每个码元可携带的比特数量

数据链路层

路由器包括层：物理层（电信号）链路层（帧）网络层（ip）

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数据链路层主要提供功能：封装成帧、透明传输、差错检测（检错码、检错算法）

封装成帧

帧头 + 上层数据单元 + 帧尾 帧定界

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透明传输：表示无论发送什么样的数据,这些数据都能够按照原样没有差错地通过数据链路层。

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转义字符（帧定界）：零比特填充法

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差错检测

误码率：错误接收的比特数与发送的总比特数之比

检测方式有奇偶校验、循环冗余校验；确保数据是正确的

奇偶校验：奇偶校验只可以简单判断数据的正确性，从原理上可看出当一位出错，可以准确判断，如同时两个1变成两个0就校验不出来了

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循环冗余校验

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可靠传输

传输差错：比特差错、分组丢失、分组失序、分组重复

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可靠传输实现机制

实现机制：停止-等待协议、回退N帧协议、选择重传协议

停止-等待协议：发送、等待、确认（超时重传）；实现简单，但信道利用率低

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回退N帧协议：发送窗口、滑动窗口协议

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选择重传协议：接收窗口尺寸

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点对点协议PPP：一套网络控制协议NCPS、封装成帧、链路控制协议LCP

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透明传输：字节填充法（填充转义字符）、比特填充法（填充比特，连续5个1，填充1个0）

字节填充法（填充转义字符）

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比特填充法（填充比特，连续5个1，填充1个0）

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实现差错检验：循环冗余检验

媒体接入控制（信号碰撞）：静态划分信道、动态接入控制

信道复用：频分、时分、波分、码分

MAC地址

主机唯一标识MAC：mac media access controll

出厂时设置硬件地址：48位 6个字节

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IP地址

分类IP地址、无分类IP地址

网络号、主机号

网络号、子网号、主机号

ARP协议

ARP协议：地址解析协议

ARP高速缓存表：维持IP与MAC的关系映射

集线器与交换机：集线器属于第一层物理层设备，而交换机属于第二层数据链路层设备。这意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等，从而保证数据传输的完整性和正确性。

交换机（帧交换表学习）：以太网交换机自学习和转发帧、自行维护、帧交换表（有效期）

以太网交换机生成树协议STP：解决冗余链路、网络环路、广播风暴问题

虚拟局域网（VLAN） 实现机制

  • 交换机实现（打标签）设置端口VLAN

  • Acess 连接计算机 单VLAN

  • Trunk 交换机、路由器、多VLAN

网络层

网络互连、数据包传输、TCP协议提供可靠传输、UDP协议提供不可靠传输、网络层寻址问题、路由选择问题

两种服务

面向连接的虚电路服务：虚电路VC

无连接的数据包服务：可靠通信由主机保证

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IPV4

32比特标识符、转换为十进制表示

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划分子网ipv4

子网掩码、用于标记子网号

网络号+子网号+主机号

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默认子网掩码、未借用主机号、未划分子网

  • A类地址：255.0.0.0

  • B类地址：255.255.0.0

  • C类地址：255.255.255.0

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ip地址的应用规划：定长的子网掩码FLSM、变长的子网掩码VLSM

IP数据报发送和转发

主机发送IP数据报、路由器转发IP数据包

同一网络：直接交付，不同网络：间接交付

同一网络：IP AND 子网掩码，计算值一致则为同一网络

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默认网关（路由器）

静态路由配置：路由环路问题

路由选择协议

静态路由需要网络管理员手动进行配置，每条路由都需要手动指定。动态路由则是由路由器通过网络协议自动学习和维护路由信息。

静态路由、适合小规模、动态路由、使用大规模

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运输层

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TCP与UDP协议

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运输层端口号划分：端口号为2的16次方65535个、01023熟知端口号、102449151登记端口号、49152~65535为短暂端口号

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复用与分用：发送方复用、接受收分用

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TCP与UDP对比

UDP ：面向应用报文、UDP不可靠传输（电话应用）、支持单播、多播、广播、首部小

TCP ：面向字节流、全双工通信、TCP可靠传输（文件传输）、单播、首部大

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TCP流量控制

滑动窗口机制、确认应答机制：seq序号 ack响应

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应用层

BS方式：浏览器/服务器模式（Browser/Server）

CS方式：客户端/服务器模式（Client/Server）

P2P方式：文件共享、即时通信

动态主机配置DHCP：ip地址、子网掩码、默认网关、dns服务器

DHCP服务器：端口67

文件传送协议FTP：Server：端口21、Client：临时端口号即可

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域名系统DNS：提供域名与ip映射、层次树状结构的域名结构

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http基本概念

http：超文本传输协议

五类http状态码

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http常见字段

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由于http是无状态，所以需要借助cookie（存储在客户端）来维持会话状态

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由于http是明码传输，存在不安全问题，于是就引入了加密传输的https协议

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http 端口80、https 端口 443（需要证书）

http1.1 特性

  1. 长连接 持久连接 仅需一次3次握手

  2. 管道网络传输

  3. 同时发送多个请求

  4. 响应还是顺序的

  5. 队头阻塞

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一个数据包在网络中的心路历程

http请求

  • dns服务：获取域名对应ip

  • 协议栈：tcp/ip

  • 送别者：交换机

  • 出境大门：路由器

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路由器基于ip设计：三层网络设备

交换机基于以太网：二层网络设备

网络包传输过程中，源ip与目的ip始终不变，变化的是mac地址

提供可靠传输TCP（不提供可靠传输协议UDP)

  • tcp报文格式、失败重传（确认送达）、窗口滑动（流量控制）

  • tcp三次握手的目的：确保双方都具有发送和接收的能力

  • 查看tcp连接状态：netstat -napt

网络包封装：http+tpc+ip+mac

远程定位ip：源地址ip、目的地址ip

两点传输 mac：mac包头+ip头部+tcp头部+http报文

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出口网卡：网络、网卡驱动程序、数字信号转换为电信号

ping的工作原理

ip协议助手、icmp协议：互联网控制报文协议

icmp类型：查询报文类型、差错报文类型

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ping 查询报文类型使用：mac头+ip头+icmp请求报文

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tracerate 差错报文类型使用：构造不可达信息，返回网络节点信息

ip基础知识

IP地址表示：32比特标识符

数据链路层（mac层）网络层（ip头）

ip地址的分类：ABCDE，根据 网络号+主机号拆分

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广播地址：主机号全为 1

本地广播：在本网络内广播

直接广播：在不同网络之间的广播

无分类地址CIDR：网络号+主机号

示例：10.100.122.2/24，表示24位作为网络号、8位作为主机号

可用地址数为2的8次方减2：256-2，其中的2个，指的是主机号全为1（表示广播地址），或全为0的地址（表示指向本网）。

子网掩码 255.255.255.0（子网掩码：掩盖掉主机号，用于划分子网）

网络号 10.100.122.0（网络号=子网掩码 AND ip地址）

第一个可用地址：10.100.122.1

最后一个可用地址：10.100.122.254

广播地址：10.100.122.255

未作子网划分ip地址：网络地址+主机地址

按子网划分ip地址：网络地址+（子网网络+子网主机）

默认子网掩码

  • A类地址的默认子网掩码是255.0.0.0。

  • B类地址的默认子网掩码是255.255.0.0。

  • C类地址的默认子网掩码是255.255.255.0。

私有ip地址(固定划分）

  • A 10.0.0.0~10.255.255.255

  • B 172.16.0.0~172.31.255.255

  • C 192.168.0.0~192.168.255.255

公有ip地址：ICANN组织管理

ip地址与路由控制

环回地址不会流入网络：127.0.0.1

ip分片与重组：MTU（最大传出单元） 1500字节

IP协议相关技术

  • DNS域名解析

  • ARP与RARP协议

  • DHCP动态获取ip地址

  • NAT网络地址转换

  • ICMP互联网控制报文协议

网络协议分层

  • 应用层：http ftp

  • 传输层：tcp udp

  • 网络层：ip

  • 数据链路层：mac地址

  • 物理层：数据包转化为电信号

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常用的网络命令

  • ping：用来检测网络通不通

  • ifconfig：用于显示或配置网络设备

  • traceroute：命令利用ICMP 协议定位您的计算机和目标计算机之间的所有路由器

  • netstat：用于显示各种网络相关信息

  • telnet：远程登录服务的标准协议和主要方式

SSH网络协议：SSH是一种网络协议，用于计算机之间的加密登录。如果一个用户从本地计算机，使用SSH协议登录另一台远程计算机

FTP文件传输协议：是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议
原文链接：深入浅出计算机网络

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写的不好，就当是整理下思绪吧。
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