网络层次划分

  • OSI 7层模型
    物理层-数据链路层-网络层-传输层-会话层-表示层-应用层
  • TCP/IP 5层模型
    物理层-数据链路层-网络层-传输层-应用层
  • TCP/IP 4层模型
    网络接口层-网络层-传输层-应用层

OSI 7层模型

  • 物理层
    • 为上层协议提供了一个传输数据的可靠物理媒体。简单来说，物理层确保原始数据可在物理媒体上传输
    • 重要设备：中继器(放大器)，集线器
  • 数据链路层
    • 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输(物流地址寻址、数据成帧、流量控制、数据检错/重发等)
    • 基本数据单位为'帧'
    • 主要协议：以太网协议
    • 重要设备：网桥，交换机
  • 网络层
    • 负责对子网间的数据包进行路由选择。还可以实现拥塞控制、网际互联等功能
    • 基本数据单位为IP数据报
    • 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）
    • 重要设备：路由器
  • 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程控制
    • 主要协议：
      • TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）
      • UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）
    • 重要设备：网关
  • 会话层
    • 负责建立、管理、终止进程之间的会话，利用数据埋点来实现数据同步
  • 表示层
    • 对上层数据或信息进行转换（加密/压缩/格式转换等）以保证主机应用层信息可被另一个主机应用程序理解。
  • 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）
      • 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）

IP地址

  • 网络地址
    IP地址由网络号(包括子网号)和主机号组成，主机号全为0时代表整个网络
  • 广播地址
    • 通常称为直接广播地址，以区分受限广播地址（255.255.255.255）
    • 主机号全为1，当向某个网络的广播地址发送消息时，此网络中所有主机都能接收到该广播消息
  • 组播地址
    • D类，以1110开头，范围在224.0.0.0 ~ 239.255.255.255的地址，一对多通信
    • A类地址以0开头，B类地址以10开头，C类地址以110开头，D类地址以1110开头，E类地址以1111开头
  • 255.255.255.255
    • 受限的广播地址，只能用于本地网络，路由器不会转发以其为目的地址的分组。而一般广播地址(直接广播地址)即可在本地广播，也可跨网段广播
  • 0.0.0.0
    • 常用于寻找自己的IP
    • 例如在RARP协议中，未知IP主机想要知道自己IP地址，就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围服务器发送IP请求分组
  • 回环地址
    • 127.0.0.0/8被用作回环地址，用来表示本机地址，常用于对本机的测试，用的最多的是127.0.0.1
  • 子网掩码和网络划分
    • 随着互连网应用的不断扩大，能提供的主机地址也越来越稀缺。通过对主机号的高位部分取作为子网号，在网络分段情况下有效地利用IP地址。
    • 子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为0代表主机位。
    • 在计算子网掩码时，我们要注意IP地址中的保留地址，即" 0"地址和广播地址，一般是不能被计算在内的。
    • B类地址子网掩码为255.255.0.0，C类地址子网掩码为255.255.255.0，依此类推。
    • 注意：根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码时，需要加上网络连接时所需的网关地址，以及子网的网络地址和广播地址。【实际主机数+3】

ARP/RARP协议

  • 地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
    流程：
    • 主机A根据路由表，确定访问主机B的IP（192.168.1.2），然后主机A检查本机ARP缓存中是否有主机B的IP对应的MAC地址，有则直接访问，无则下一步
    • 主机A将询问IP（192.168.1.2）对应的MAC地址的ARP请求帧广播到本地网络所有主机，源主机A的IP和MAC地址都包含在ARP请求中。
    • 本地网络的每台主机收到此ARP请求后，检查自己是否与该IP匹配。不匹配则丢弃ARP请求，主机B匹配则将A的IP和MAC地址映射添加到本机ARP缓存，并将包含自己MAC地址的ARP回复消息发送给主机A
    • 主机A收到主机B的ARP回复消息，更新B的IP和MAC映射到本机ARP缓存（本机缓存是有有效期的），MAC地址确认后便可与主机B通信了
  • 逆地址解析协议，即RARP，功能和ARP协议相对，其将局域网中某个主机的物理地址转换为IP地址
    流程：
    • 主机A发送包含自己MAC地址的RARP本地广播请求
    • 本地主机接收后，匹配自己的RARP列表，找到A的MAC地址对应的IP
    • 如果存在，则给主机A回复包含A的IP的RARP响应
    • 如果不存在，则不作响应

路由选择协议

  • RIP协议：底层是贝尔曼福特算法，它选择路由的度量标准（metric)是跳数，最大跳数是15跳，如果大于15跳，它就会丢弃数据包。
  • OSPF协议：Open Shortest Path First开放式最短路径优先，底层是迪杰斯特拉算法，是链路状态路由选择协议，它选择路由的度量标准是带宽，延迟。

TCP/IP协议

  • 概念：
    • TCP/IP协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。
    • TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。
  • TCP报文首部格式
    图片说明
  • TCP协议的3次握手
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  • TCP协议的4次挥手
    图片说明

UDP协议

  • 概念：
    • UDP用户数据报协议，是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。
  • 报头由四个16位长（2字节）字段组成，分别说明该报文的源端口、目的端口、报文长度、校验值
  • 常见协议：TFTP（简单文件传输协议）、SNMP（简单网络管理协议）、DNS（域名解析协议）、NFS、BOOTP

TCP和UDP的区别

1.tcp是面向连接的传输控制协议，udp是不需要连接的
2.tcp是一对一的通讯，udp是广播形式
3.tcp安全、可靠、数据正确且完整，udp不稳定会丢包
4.tcp占用系统资源较多，udp更高效、占用资源少

DNS

DNS是域名系统(DomainNameSystem)的缩写，该系统用于命名组织到域层次结构中的计算机和网络服务，可以简单地理解为将URL转换为IP地址。

NAT协议

  • 概念：NAT网络地址转换(Network Address Translation)属接入广域网(WAN)技术，是一种将私有（保留）地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。
  • 优点：解决了lP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。

DHCP协议

DHCP动态主机设置协议（Dynamic Host Configuration Protocol）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址，给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。

Socket

  • 概念
    Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，Socket会组织用户数据，以符合指定的协议。
  • 工作原理
    图片说明

HTTP协议

超文本传输协议（HTTP，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。所有的WWW文件都必须遵守这个标准

  • 请求方式

    • get - 用于从指定资源请求数据
    • post - 用于将数据发送到服务器来创建/更新资源
    • delete - 删除指定的资源
    • head - HEAD 与 GET 几乎相同，但没有响应主体。【HEAD 请求对于在实际发出 GET 请求之前（例如在下载大文件或响应正文之前）检查 GET 请求将返回的内容很有用。】
    • put - 用于将数据发送到服务器来创建/更新资源。与POST的区别-PUT请求是幂等的
    • options - 描述目标资源的通信选项

  • POST和GET的区别

  1. get常用于获取服务器指定资源，post常用于新增或修改服务器指定资源
  2. get是把数据拼接在接口url后面，post多是将数据通过请求体传输
  3. get传输的数据有限（url最大长度2048），post传输的数据量理论上是没有限制的
  4. get数据暴露在url中-不安全，post数据隐藏在请求体-较安全
  5. get编码类型一般为form-urlencoded，post可用form-urlencoded,form-data,json,xml等
  • cookie、session、token
    背景：http协议是无状态的，每次访问都是独立的、全新的交互，故引入会话标识来记录和区分不同用户，减轻服务和会话开销。
    sessionID: 是服务端为了区分不同访问用户，而生成的唯一标识。存储在服务服务端，也会返回给客户端用于后续访问。且随着对话结束会回收和销毁。
    cockie: 是由服务端返回，客户端存储的包含sessionID和其他用户信息的数据，用于与服务短通讯时做身份验证。一般为k-v形式，包含name,value,domain(可访问域),path(cockie有效路径),maxAge(过期时间)
    token: 访问令牌。一般用于用户频繁访问服务端场景，解决服务器反复校验用户名/密码问题。由客户端上传用户信息，服务端验证通过后返回token，客户端存储token并在后续交互过程直接使用token访问服务端。