计算机网络期末复习常见知识点文章（17）-优快云博客

特性	说明
ARP缓存表	缓存IP-MAC映射（有效期2-20分钟）
安全隐患	ARP欺骗攻击（伪造MAC地址）
跨网段通信	需网关路由器转发（非ARP直接解析）

二、DHCP（动态主机配置协议）

作用：自动分配IP地址、子网掩码、网关、DNS等网络参数（使用UDP 67/68端口）。
工作流程：

步骤	报文	方向	功能
1	DHCP DISCOVER	客户端→广播	寻找可用服务器
2	DHCP OFFER	服务器→单播/广播	提供IP配置参数
3	DHCP REQUEST	客户端→广播	确认接受参数
4	DHCP ACK	服务器→单播/广播	租约生效

租期管理：

T1（50%租期）：客户端尝试续约（联系原服务器）。
T2（87.5%租期）：广播请求任意服务器续约。

应用场景：家庭路由器、企业无线网络动态分配IP。

三、ICMP（互联网控制报文协议）

核心功能：报告网络层错误状态，支持网络诊断。
常见报文类型：

类型	代码	说明	典型命令
0	0	Echo Reply	`ping` 响应
3	1/3/13	目标不可达	网络故障诊断
8	0	Echo Request	`ping` 请求
11	0	TTL超时	`traceroute`

注：ping 利用 ICMP Echo Request/Reply 测试网络连通性。

四、路由技术：静态路由 vs 动态路由

静态路由：

优点：无带宽占用、配置简单、安全性高。
缺点：无法适应网络拓扑变化（需手动维护）。

动态路由协议：

协议	类型	算法	特点
RIP	距离向量	Bellman-Ford	最大跳数=15，更新慢（30秒）
OSPF	链路状态	Dijkstra	分层设计（Area 0为骨干区域）

OSPF优势：支持负载均衡、无跳数限制、收敛速度快（秒级）。

五、路由器工作原理

核心组件：路由表（Routing Table）

目的网络	下一跳	出口接口	协议	Metric
10.0.0.0/8	192.168.1.1	Eth0	静态	1
0.0.0.0/0	203.0.113.1	Eth1	OSPF	10

核心功能：

路由选择：根据路由表选择最佳路径。
分组转发：
- 重写目标MAC地址（调用ARP）。
- 更新TTL并重新计算校验和。

第七十二章：传输层协议与寻址机制

一、TCP vs UDP 对比

特性	TCP	UDP
连接性	面向连接（需三次握手）	无连接
可靠性	确认重传、滑动窗口、拥塞控制	无可靠保障
开销	高（20~60字节头部）	低（8字节头部）
数据顺序	保证按序到达	可能乱序
应用场景	Web、邮件、文件传输	视频流、DNS、实时游戏

关键差异：TCP牺牲速度换可靠性，UDP牺牲可靠性换速度。

二、TCP 连接管理机制

三次握手（建立连接）：

SYN：Client → Server（SYN=1, Seq=x）
SYN+ACK：Server → Client（SYN=1, ACK=1, Seq=y, Ack=x+1）
ACK：Client → Server（ACK=1, Seq=x+1, Ack=y+1）

安全问题：SYN Flood攻击（伪造大量SYN请求耗尽资源）。

四次挥手（断开连接）：

FIN：A → B（FIN=1, Seq=u）
ACK：B → A（ACK=1, Seq=v, Ack=u+1）
FIN+ACK：B → A（FIN=1, ACK=1, Seq=w, Ack=u+1）
ACK：A → B（ACK=1, Seq=u+1, Ack=w+1）

TIME_WAIT状态：主动关闭方等待 2MSL（防止延迟报文干扰新连接）。

三、传输层寻址：端口号与套接字

套接字（Socket）：

定义：IP地址 + 端口号（如 203.0.113.5:443 标识HTTPS服务）。

端口号分类：

类型	范围	说明	示例
熟知端口	0~1023	系统核心服务	HTTP=80, SSH=22
注册端口	1024~49151	用户应用程序	MySQL=3306
动态端口	49152~65535	客户端临时使用	浏览器随机端口

常见端口速查表：

端口	协议	服务
53	UDP/TCP	DNS
67/68	UDP	DHCP
161	UDP	SNMP
443	TCP	HTTPS

技术演进与总结

网络层 vs 传输层核心协议对比

层级	协议	核心功能	关键设备
网络层	IP/ARP/ICMP	逻辑寻址、路径选择	路由器
传输层	TCP/UDP	端到端可靠/高效传输	终端主机

2025年发展趋势：

QUIC协议（基于UDP）成为HTTP/3标准，解决TCP队头阻塞问题。
IPv6普及：逐步替代IPv4，消除NAT需求（但企业内网仍广泛使用NAT）

第七十三章：应用层协议端口与互联网服务深度解析

一、核心网络协议端口详解

端口号本质：16位数字标识（0-65535），为应用层协议提供逻辑通信端点。

协议	端口号	传输层协议	功能说明	特殊机制
DNS	53	UDP（主）/TCP	域名解析服务	UDP用于常规查询，TCP用于区域传输（报文>512B）
SMTP	25	TCP	邮件发送	明文协议，扩展端口587支持加密（STARTTLS）
POP3	110	TCP	邮件接收	扩展端口995支持SSL加密
HTTP	80	TCP	网页传输	无状态协议，支持持久连接
HTTPS	443	TCP	加密网页传输	TLS/SSL加密层（握手消耗1-2RTT）
FTP	21（控制） 20（数据）	TCP	文件传输	主动模式（服务器连客户端）被动模式（客户端连服务器）

关键说明：

FTP双端口机制：
- 控制连接（端口21）：长连接传输命令（USER, PASS, RETR）
- 数据连接（端口20）：临时连接传输文件（自动建立断开）
```
# FTP命令示例
ftp> open ftp.example.com  # 连接控制端口21
ftp> get file.zip          # 触发数据端口20传输
```
DNS协议选择：
- 普通查询：UDP（快速高效）
- 区域传输：TCP（保证大数据量可靠传输）

第七十四章：域名系统（DNS）架构解析

一、域名层次结构

树状体系：分布式数据库实现全球域名管理

根域（.）
│
├── 顶级域（TLD）：.com .edu .cn .org
│   │
│   ├── 二级域：example（在.com中）
│   │   │
│   │   ├── 子域：www
│   │   ├── 子域：mail
│   │
│   └── 国家域次级分类：.co.uk .edu.cn

顶级域名分类：

类型	示例	管理机构	注册要求
gTLD（通用）	.com	Verisign	开放注册
	.org	PIR	开放注册
ccTLD（国别）	.cn	CNNIC	需本地身份
	.uk	Nominet	需本地关联
sTLD（赞助）	.edu	Educause	限教育机构
	.gov	GSA	限政府机构
新gTLD	.app	Google	开放注册
	.ai	安圭拉岛	开放注册

技术前沿：.eth等区块链域名兴起（基于ENS协议）

二、DNS解析过程深度剖析

核心流程（以访问www.example.com为例）：

关键技术点：

递归与迭代区别：
- 递归：本地DNS承担全部解析责任
- 迭代：上级服务器只返回下一级指引
缓存优化：
- 分级缓存：客户端→本地DNS→ISP DNS
- TTL控制：记录有效期（通常几分钟到几天）
资源记录类型：
类型功能示例
A IPv4地址 192.0.2.1
AAAA IPv6地址 2001:db8::1
MX 邮件交换 10 mail.example.com
CNAME 别名 www → example.com
TXT 文本验证 "v=spf1 ..."

类型	功能	示例
A	IPv4地址	192.0.2.1
AAAA	IPv6地址	2001:db8::1
MX	邮件交换	10 mail.example.com
CNAME	别名	www → example.com
TXT	文本验证	"v=spf1 ..."

第七十五章：电子邮件系统架构详解

一、邮箱地址结构：`abc@sina.com`

组成部分	技术含义	实现功能
本地部分（abc）	邮箱账户标识	MTA投递依据（大小写不敏感）
@分隔符	路由标识符	分隔本地域和域名
域名（sina.com）	邮件服务器域	DNS查询获取MX记录

邮件传输流程：

发件阶段：
收件阶段：
- POP3：客户端→下载邮件→删除服务器副本
- IMAP：客户端↔同步邮件状态（保持服务器存储）

协议对比：

特性	POP3	IMAP	Exchange (MAPI)
邮件存储	本地为主	服务器为主	服务器为主
多设备同步	不支持	全量同步	增量同步
搜索效率	低（需下载）	高（服务端搜索）	极高
典型端口	110/995	143/993	443（HTTPS封装）

2025趋势：JMAP协议逐步替代IMAP（JSON格式+高效同步）

二、邮件安全机制

SPF（Sender Policy Framework）：
```
example.com. TXT "v=spf1 mx -all"
```
- 验证发件服务器合法性
DKIM（DomainKeys Identified Mail）：
```
default._domainkey.example.com. TXT "k=rsa; p=MIGf..."
```
- 数字签名防篡改
DMARC（Domain-based Authentication）：
```
_dmarc.example.com. TXT "v=DMARC1; p=reject;"
```
- 策略框架（隔离/拒收伪造邮件）

第七十六章：URL结构与浏览器技术解析

一、URL标准化格式分解

示例：https://john:pass@www.tianshi.edu.cn:8080/web/list.xls?sort=asc#chart

组件	示例值	功能说明	技术细节
协议	https	通信协议标识	决定默认端口（https→443）
认证信息	john:pass	身份凭证	现代浏览器已弃用（不安全）
主机名	http://www.tianshi.edu.cn	服务定位	DNS解析 → IP地址
端口	:8080	服务端点	省略时使用协议默认端口
路径	/web/list.xls	资源位置	服务器文件系统路径或虚拟路径
查询参数	?sort=asc	额外参数	格式为`?key1=value1&key2=value2`
片段	#chart	文档锚点	不发送到服务器（客户端处理）