network

发表于 |
| 字数统计 3.3k 字 | 阅读时长 11 分

计算机网络层次结构

OSI层次结构及TCP/IP层次结构区别：

TCP/IP层次结构中重要协议

网络层

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。数据交换技术是报文交换（基本上被分组所替代）：采用储存转发方式，数据交换单位是报文。主要设备：路由器

网络层主要协议

  • IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;
  • ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;
  • ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;
  • RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。

IP协议

IP地址

IP地址都是由网络前缀和主机号两部分组成，MAC地址称为硬件地址或者物理地址。

两者区别：

    MAC地址是数据链路层使用的地址

    IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一个逻辑地址

IP地址分类


A类（8网络号+24主机号）、B类（16网络号+16主机号）、C类（24网络号+8主机号）可以用于标识网络中的主机或路由器，D类地址作为组广播地址，E类是保留地址

网络地址转换NAT技术

用于多个主机通过一个公有IP访问访问互联网的私有网络中，减缓了IP地址的消耗，但是增加了网络通信的复杂度。

NAT 工作原理：

    从内网出去的IP数据报，将其IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址，并将替换关系记录到NAT转换表中；

    从公共互联网返回的IP数据报，依据其目的的IP地址检索NAT转换表，并利用检索到的内部私有IP地址替换目的IP地址，然后将IP数据报转发到内部网络。

ARP协议与RARP协议

地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol）：为网卡（网络适配器）的IP地址到对应的硬件地址提供动态映射。可以把网络层32位地址转化为数据链路层MAC48位地址。ARP表建立IP地址到MAC地址的映射。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)协议指逆地址解析协议，可以把数据链路层MAC48位地址转化为网络层32位地址。

ICMP协议

网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol），可以报告错误信息或者异常情况，ICMP报文封装在IP数据报当中。

主要应用：

  • Ping应用：网络故障的排查；
  • Traceroute应用：可以探测IP数据报在网络中走过的路径。

其他协议

内部网关协议：

  • RIP(应用层)
  • OSPF(网络层)

外部网关协议：

  • BGP(应用层)

传输层

传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；重要设备：网关。

主要协议：TCP和UDP

端口号

传输层使用端口号标记不同的网络进程(0-65535)

UDP

UDP(User Datagram Protocol: 用户数据报协议)，是一个非常简单的协议。

UDP特点：

  • UDP是无连接协议；
  • UDP不能保证可靠的交付数据；
  • UDP是面向报文传输的；
  • UDP没有拥塞控制；
  • UDP首部开销很小。

TCP

TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议)

TCP功能：

  1. 对应用层报文进行分段和重组；
  2. 面向应用层实现复用与分解；
  3. 实现端到端的流量控制；
  4. 拥塞控制；
  5. 传输层寻址；
  6. 对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分都检错）；
  7. 实现进程间的端到端可靠数据传输控制。

TCP特点：

  • TCP是面向连接的协议；
  • TCP是面向字节流的协议；
  • TCP的一个连接有两端，即点对点通信；
  • TCP提供可靠的传输服务；
  • TCP协议提供全双工通信（每条TCP连接只能一对一）

TCP标记

建立连接时三次握手

为什么需要三次握手？

  1. 第一次握手：客户发送请求，此时服务器知道客户能发；
  2. 第二次握手：服务器发送确认，此时客户知道服务器能发能收；
  3. 第三次握手：客户发送确认，此时服务器知道客户能收。

  • 第一次：客户向服务器发送连接请求段，建立连接请求控制段（SYN=1），表示传输的报文段的第一个数据字节的序列号是x，此序列号代表整个报文段的序号（seq=x）；客户端进入 SYN_SEND （同步发送状态）；

  • 第二次：服务器发回确认报文段，同意建立新连接的确认段（SYN=1），确认序号字段有效（ACK=1），服务器告诉客户端报文段序号是y（seq=y），表示服务器已经收到客户端序号为x的报文段，准备接受客户端序列号为x+1的报文段（ack_seq=x+1）；服务器由LISTEN进入SYN_RCVD （同步收到状态）;

  • 第三次:客户对服务器的同一连接进行确认.确认序号字段有效(ACK=1),客户此次的报文段的序列号是x+1(seq=x+1),客户期望接受服务器序列号为y+1的报文段(ack_seq=y+1);当客户发送ack时，客户端进入ESTABLISHED 状态;当服务收到客户发送的ack后，也进入ESTABLISHED状态;第三次握手可携带数据.

释放连接时四次挥手

  • 第一次：客户向服务器发送释放连接报文段，发送端数据发送完毕，请求释放连接（FIN=1），传输的第一个数据字节的序号是x（seq=x）；客户端状态由ESTABLISHED进入FIN_WAIT_1（终止等待1状态）；

  • 第二次：服务器向客户发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），服务器传输的数据序号是y（seq=y），服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;服务器状态由ESTABLISHED进入CLOSE_WAIT（关闭等待）；客户端收到ACK段后，由FIN_WAIT_1进入FIN_WAIT_2；

  • 第三次:服务器向客户发送释放连接报文段，请求释放连接（FIN=1），确认字号段有效（ACK=1），表示服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;表示自己传输的第一个字节序号是y+1（seq=y+1）；服务器状态由CLOSE_WAIT 进入 LAST_ACK （最后确认状态）；

  • 第四次：客户向服务器发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），表示客户传输的数据序号是x+1（seq=x+1），表示客户期望接收服务器数据序号为y+1+1（ack_seq=y+1+1）；客户端状态由FIN_WAIT_2进入TIME_WAIT，等待2MSL时间，进入CLOSED状态；服务器在收到最后一次ACK后，由LAST_ACK进入CLOSED；


最后需要等待2MSL:

  1. 最后一个报文没有确认；
  2. 确保发送方的ACK可以到达接收方；
  3. 2MSL时间内没有收到，则接收方会重发；
  4. 确保当前连接的所有报文都已经过期。

应用层

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。数据传输基本单位为报文。

主要协议：

  • FTP（文件传送协议）
  • Telnet（远程登录协议）
  • DHCP（Dynamic Configuration Protocol:动态主机设置协议）
  • DNS（域名解析协议）
  • SMTP（邮件传送协议）
  • POP3协议（邮局协议）
  • HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol）。

DNS协议

DNS（Domain Name System:域名系统）【C/S，UDP，端口53】：解决IP地址复杂难以记忆的问题,存储并完成自己所管辖范围内主机的 域名 到 IP地址 的映射。

域名解析的顺序：

  1. 浏览器缓存，
  2. 找本机的hosts文件，
  3. 路由缓存，
  4. 找DNS服务器（本地域名、顶级域名、根域名）->迭代解析、递归查询。


域名由点、字母和数字组成，分为顶级域（com，cn，net，gov，org）、二级域（baidu,taobao,qq,alibaba）、三级域（www）

DHCP协议

DHCP（Dynamic Configuration Protocol:动态主机设置协议）：是一个局域网协议，是应用UDP协议的应用层协议。作用：为临时接入局域网的用户自动分配IP地址。

FTP协议

文件传输协议（FTP）：控制连接（端口21）：传输控制信息（连接、传输请求），以7位ASCII码的格式。整个会话期间一直打开。

HTTP协议

HTTP（HyperText Transfer Protocol:超文本传输协议）【TCP，端口80】：是可靠的数据传输协议，浏览器向服务器发收报文前，先建立TCP连接，HTTP使用TCP连接方式（HTTP自身无连接）。

HTTP请求报文


请求方法主要有：GET和POST

GET和POST区别

  1. 请求位置：GET请求从服务器获取数据，而POST请求向服务器提交数据。

  2. 数据传输方式：GET请求通过URL参数传输数据，在URL中附加参数，以?符号开始，参数之间使用&符号连接。例如：http://example.com/page?param1=value1&param2=value2。POST请求将数据包含在请求的主体中，而不是URL中。

  3. 请求长度限制：GET请求对URL长度有限制，由浏览器或服务器设定，通常在几千个字符左右。POST请求没有严格的长度限制，可以传输较大的数据量。

  4. 数据安全性：GET请求的参数在URL中可见，因此不适合传输敏感信息，如密码等。POST请求的参数在请求主体中，相对于GET请求更安全，但仍然可以通过网络抓包等方式获取数据。

  5. 缓存：GET请求可以被缓存，由于GET请求仅用于获取数据，多次相同的GET请求可以返回缓存的结果。POST请求不会被缓存，每次请求都会向服务器提交数据。

  6. 幂等性：GET请求是幂等的，即多次发送相同的GET请求不会对服务器造成影响，仅用于获取数据。POST请求不是幂等的，多次发送相同的POST请求会对服务器产生不同的结果，可能会修改服务器上的数据。

GET适用于获取数据，POST适用于提交数据。

HTTP响应报文

响应状态码

  • 1xx：信息提示，表示请求已被成功接收，继续处理。
  • 2xx：请求被成功提交。
  • 3xx：客户端被重定向到其他资源。
  • 4xx：客户端错误状态码，格式错误或者不存在资源。
  • 5xx：描述服务器内部错误。

常用状态码

  • 200：客户端请求成功，是最常见的状态。
  • 302：重定向。
  • 404：请求资源不存在，是最常见的状态。
  • 400：客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解。
  • 401：请求未经授权。
  • 403：服务器收到请求，但是拒绝提供服务。
  • 500：服务器内部错误，是最常见的状态。
  • 503：服务器当前不能处理客户端的请求。

HTTPS协议

HTTPS(Secure)是安全的HTTP协议，端口号443。基于HTTP协议，通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护。

HTTP和HTTPS的区别

  1. 安全性：HTTP是明文传输的协议，数据在传输过程中不加密，容易被窃听和篡改。而HTTPS通过使用SSL（Secure Sockets Layer）或TLS（Transport Layer Security）协议对通信进行加密，确保数据的机密性和完整性，提供更高的安全性。

  2. 数据传输方式：HTTP使用默认端口80进行通信，而HTTPS使用默认端口443进行通信。HTTP的数据传输是明文的，而HTTPS使用SSL/TLS协议对数据进行加密和解密。

  3. 证书要求：HTTPS需要使用SSL证书来验证服务器的身份。SSL证书由可信任的第三方机构颁发，用于确认服务器身份的真实性。这样可以防止中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack）和伪装等安全问题。

  4. SEO影响：搜索引擎优化（SEO）方面，HTTPS在搜索引擎中的排名可能更高。搜索引擎（如Google）倾向于将使用HTTPS的网站作为更安全和可信赖的网站对待，因此HTTPS有助于提高网站的可信度和搜索排名。

  5. 性能：由于HTTPS的加密和解密过程需要消耗更多的计算资源和时间，因此相对于HTTP而言，HTTPS的性能稍微降低。但是随着计算能力的提升，这种性能差异逐渐减小。

综上所述，HTTPS相比于HTTP提供了更高的安全性和数据保护，适用于对数据传输安全要求较高的场景，如在线支付、用户登录等。对于一般的网页浏览，HTTP已经足够。选择使用HTTP还是HTTPS取决于具体的使用场景和安全需求。

-------------本文结束感谢阅读-------------