计算机网络基础

Greedy_2002

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分类专栏：计算机网络文章标签：网络网络协议 http

于 2022-02-06 14:50:37 首次发布

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本文深入探讨网络协议，包括OSI七层模型和五层模型的区别，详细解析TCP/IP协议群，如TCP的三次握手、四次挥手，以及IP寻址。此外，介绍了UDP协议的特性，Wireshark网络协议分析器的用途，以及HTTP协议的工作原理。同时，讨论了Socket编程在实际应用中的地位和作用。

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一、面试

HTTP常见状态码一些状态码分享给大家，文章底附上了腾讯云的文档中心整理的状态码 (⁄ ⁄•⁄ω⁄•⁄ ⁄)https://blog.youkuaiyun.com/weixin_48554146/article/details/122793898

计算机网络面试题整理了自己学过的面试题，以及网络上别人整理过的 (￣^￣)ゞ感觉很全的 (∩•̀ω•́)⊃--*⋆https://blog.youkuaiyun.com/weixin_48554146/article/details/122799637

二、OSI模型

2.1、OSI七层模型

应用层

只关心业务逻辑，不关心数据的传输

应用层（Application Layer）是OSI参考模型的最高层，其功能是直接向用户提供服务。
它在其他6层工作的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系

表示层

负责协商用于传输的数据格式，并装换数据格式

压缩和解压缩：为了减少数据的传输量，这一层还负责数据的压缩与恢复
数据的加密和解密：可以提高网络的安全性

会话层

负责管理两个联网实体的连接

两个联网实体：可以是用户端跟服务器，也可以是服务器跟服务器
建立连接 ---> 维持通信 ---> 释放连接

传输层

负责将数据从一个实体传输到另一个实体，但不负责数据传输的方式

数据分割重组：数据量大将数据拆分，并封包，后按顺序重组
纠错：在数据传输过程中出现问题后采取方式进行纠正
管理连接：处理数据的频繁交换
流量控制：控制传输数据的速率
端口寻址：我们通常说的，TCP UDP就是在这一层，端口号既是这里的“端”

网络层

负责把一个封包从一个IP地址传输到另一个IP地址

路由算法：目的在于防止阻塞，并进行差错检测
这一层就是我们经常说的IP协议层，IP协议是Internet的基础

数据链路层

确保两个临近设备间数据的传输，并隐藏底层实现

将比特组合成字节，再将字节组合成帧，使用链路层地址 (以太网使用MAC地址)来访问介质,并进行差错检测
数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层（MAC）

物理层

封装和隐藏具体的传输手段，并且提供稳定的传输接口

蓝牙、WIFI、光纤。。。
通过物理介质传输比特流

2.2、五层模型与OSI模型区别

分层设计较为臃肿，并非每一层都为必要

删除了会话层，会话是虚拟概念不是必须的
删除了表现层，数据压缩、数据格式转换不是应用必须的

三、TCP/IP协议群

3.1、需要解决协议群的五个问题

1.报文拆分

数据量大，网络底层设备不支持
复用路径

2.增加协议头

数据分块后在接手端需要重组，所以需要使用头部来添加一些描述字段

3.数据在相邻设备间数据传递

4.路由和寻址

5.数据重组

3.2、TCP

连接

是虚拟、抽象的概念
能让两个通信的程序间确保彼此都在线
加快响应请求速度
连接也被称为会话（Session）
使通信更稳定、安全
消耗更多资源

全双工

单工：任何时刻数据只能单向发送
半双工：允许数据在两个方向上传输，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输
全双工：任何时刻都能双向发送数据，至少需要两条链路

无损传输

使无序的数据恢复原有顺序
多个接收方时，都能收到无损副本

3.2.1、TCP三次挥手、四次握手

连接过程（三次握手）

断开连接过程（四次挥手）

【注意】中断连接端可以是Client端，也可以是Server端

确认应答 和 超时重传是 TCP 可靠性中最核心的机制

3.2.2、传输数据

报文拆分

顺序保证

可自行百度搜索TCP滑动窗口，来查看TCP端特别多的时候，该如何排序

TCP序号：发送序号（Seq）、接受序号（Ack）
一个端的发送序号是另一个端的接受序号

TCP头-9个标志位

NS、CWR、ECN：TCP扩展协议
ECN：显示拥塞控制协议，有助于帮助解决延迟和丢包问题
URG：紧急标志位，像远程控制服务器，按CTRL+C
SYN（Synchronization sequence number）：同步序号
FIN（finish）：终止连接
ACK（Achnowledgment）：响应
PSH（push）：传送数据
RST（Rest Connection）：重置连接

3.2.3、TCP协议周边配置

纠错能力：保证数据可靠性
拥塞控制能力：网络拥堵的时候，传输慢一点
Checksum：是一个函数，把原文映射到一个不可逆的16bit的编码中，这样就可以知到原文传输过程中有没有发生变化，发生变化就不接受，另一端自动会发送一份新的
流控能力：让两端协商一个合理的收发速率，利用滑动窗口

3.3、IP协议

3.3.1、IPv4协议

寻址

IPv4地址（32位：4*8）：逐级寻址

寻址过程

寻址步骤

1 & 1 = 1 , 1 & 0 = 0 , 0 & 1 = 0 , 0 & 0 = 0

1-找到顶层网络：

最顶层的网络号和子网掩码做位运算得到：顶层网络

103.16.3.1 & 255.0.0.0 = 103.0.0.0（顶层网络）PS：255=111

2-找到下一层网络

用IP地址和下一级的子网掩码做位与得到：下一级网络

103.16.3.1 & 255.255.0.0 = 103.16.0.0（下一级网络）

3-找到再下一层网络

使用255.255.255.0子网掩码找到下一级网络：

103.16.3.1 & 255.255.255.0 = 103.16.3.0（再下一级网络）

4-定位设备

设备就在子网 103.16.3.0 中，最终找到设备号是 1

子网掩码不一定都是255，默认是255而已

路由

若寻找的IP地址不在局域网中，需要路由找到去往对应网络的路径
IP地址和子网掩码位与的过程是由路由算法实现的

3.3.2、IPv6协议

IPv4只能支持43亿设备，不够用

IPv4协议与IPv6协议区别

区别一：地址

地址数量：IPv4有4个8位，共32位，IPv6有8个16位，共128位
分割符号：
- IPv4地址用 .分割，如 103.28.7.35 每一个是8位，用0-255的数字表示
- IPv6地址用：，如 0123:4567:89ab:cdef:0123:4567:89ab:cdef，每个是一个16位的16进制数字，就是4个符
书写方式：IPv6地址可简写

区别二：寻址

全局单播
- 站点前缀（Site Prefix）：48bit，一般是由ISP，或者RIR（地区性互联网注册机构），将IP地址分配给运营商
- 子网号（Subnet ID）：16bit，用于站点内部区分子网
- 接口号（Interface ID）：64bit，用于站点内部区分设备

本地单播

定义：给定地址，本地网定位设备

例子：fe80：：123e：456d。Link-local必须以fe80开头

扩展：fe80开头就像169.254.x.x，是这个网段里没人给你分ip，自动协商的地址，其地址不能在网络上路由，也就是说，通常无法用于上网。现在各大运营商用的ipv6

电信是240e开头的（240e::/20）

移动是2409开头的（2409:8000::/20）

联通是2408开头的（2408:8000::/20）

其他一些标记有teredo也不是原生ipv6