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Computer Networking Basic

Basic​

  1. 计算机网络由若干结点和连接这些节点的链路组成，由多个计算机网络互联形成的计算机网络就是互联网，而Internet特指因特网使用TCP/IP协议族，前身为ARPANET。
  2. A主机的某个进程(process：running program)与B主机另一个进程间的通信称为计算机间通信。
  3. client(请求服务)-- server(同时处理多个远程或本地请求)
    peer to peer指两台进行对等连接软件的主机可以下载对方硬盘中的信息
  4. 路由器实现分组交换，即转发收到的分组
    电路交换：报文从源头到终点在一个管道占用资源，建立连接通话释放
    报文交换： 整个报文先是传送到一个相邻结点，全部存储下来发到下一个节点
    分组交换[报文拆成一个个1024bit(binary digit一个二进制数字，信息量单位)的数据段，加上header(包含目的地址等信息)构成一个package，package在互联网中独立的选择传输路径，由路由器转发直到终点]： 单个分组传送到相邻结点，存储后查找转发到下一个节点
  5. 开放系统互联基本参考模型OSI/RM(Open systems internet conection reference model)由国际标准化组织ISO于1977年提出
OSI Figure 1-2TCP/IP计网教材五层(ARPANET Reference) Figure 1-5
应用层应用层(HTTP/SMTP/DNS)应用层(H+data)
表示层运输层(TCP/UDP)运输层(H+H+data)
会话层网络层(IP)网络层(H+H+H+data)
运输层网络接口层物理链路层(H+H+H+H+data+T)
网络层物理层(比特流 10100...)
数据链路层
物理层

图片参照 Computer Networking: A Top-Down Approach：Layering

物理层​

物理层单位为比特
路由只上升到网络层，对信息处理后包装回到最下面的物理层
主机（发出数字比特流）——调制解调器（发出模拟信号）——公共电话网（调制）——主机2（接收器） 一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道
ADSL(Asummetic dgital subscriberline)：非对称数字用户线的下行远超过上行，基于电话线改造。而FTTH(fiber to the home)指光纤到户

数据链路层​

  1. 数据链路层使用的信道有两种类型
    • 点对点信道（PPP协议）
    • 广播信道（CSMA/CD协议）
  2. 链路（A——B结点中间无结点的物理线路）+必要通信协议（使用网络适配器实现） = 数据链路
  3. 帧：SOH—DATA—EOT 定界，中间有字段转义+冗余码（循环冗余检测 确认重传）
  4. 适配器就是网络接口卡（NIC）在主板上，MAC地址=物理地址=硬件地址=适配器（网卡）标识符
  5. MAC帧（以太网U2）：目的地址+源地址+类型+data（IP数据段）+FCS（检测序列）

网络层（IP）​

  1. 网络层不提供服务质量承诺，灵活，无连接，best-effort
  2. IP协议配套的还有
    • 地址解析协议（ARP）：使用IP地址可以找到硬件地址
    • 网际控制报文协议（ICMP）：允许主机/路由器报告差错
    • 网际组管理协议（IGMP）
  3. 物理层使用的中间设备叫转发器（repeater），数据链路层使用的中间设备叫网桥或桥接器（bridge），网络层使用的中间设备叫路由器（router），应用层与运输层使用网关（gateway）两个不同系统需要协议转换
  4. IP地址： 就是给互联网上每一台主机/路由器的每一个接口分配一个在全世界独一无二的32位标识符
    • A类 0 网络号8 主机号24
    • B类 10 网络号16 主机号16
    • C类 110 网络号24 主机号
    • D类 1110
    • 保留 1111
  5. 三级IP：网络号+子网号（对外仍是一个网络）+主机号
    子网掩码：使路由器可以识别存在子网也是32位，二级255.255.x.0，三级255.255.255.x，A类默认255.0.0.0 （因为子网掩码没有正负符号，八位二进制最大11111111为255，有正负最大01111111则是127）
    PING(packet internet group)：测试两台主机连通性（终点不可达，时间超过，参数问题，重定向）
  6. IGP为内部网关协议，EGP为外部网关协议，最外层为BGP边界网关协议，从内部到外部使用两种算法
    • RIP：基于距离向量的路由选择协议，使用UDP传输
    • OSRF：开放最短路径优先，使用SPF算法和分布式链路协议，每个路由器都有自己的路由表，但不知道全网拓扑结构，使用IP数据报传输
  7. VPN(virtual pricate network): 利用公共互联网为本机各个专用网提供通信载体。远程接入VPN(remote access VPN)是指个人通过拨号接入互联网与场所内的电脑建立APN通道，这个通道也是加密的
  8. IPV6提供了更大的128位的空间，灵活的首部格式。IP多播使用D类地址（标识符 2的28次方多播组），大大提升网络资源分配

运输层（TCP/UDP）​

  1. 运输层向它上面的应用层提供通信服务，运输层提供主机进程之间的通信。所有的应用进程使用统一的运输层协议，运输层在剥去报文之后把数据交付正确的进程，对收到的报文进行差错检测。

  2. 软件端口号port只有本地意义，常见HTTPS 443，HTTP 80，FTP 21，DNS 53

  3. TCP：面向连接，可靠，单位为报文段
    TCP连接两个端点，全双工通信，面向字节流，根据网络情况合并拆分之后发送。TCP端点叫socket（套接字）即IP+端口号（192.3.45：80）。允许应用程序连接网络的应用层接口API即运输层与网络层的一种接口叫SocketAPI。TCP采取双方确认，超时重传，错误重传，进行累计确认。
    TCP对于不按照顺序到达的数据先进行缓存，补齐后再交付应用层。TCP使用自适应算法计算超时重传的时间，计算报文发送到返回到时间进行加权计算。TCP流量控制会根据对方给出的接受窗口数进行调整，防止过快发送处理不了导致的丢失。拥塞控制先慢开始，逐渐增大发送窗口再进行拥塞避免，缓慢线性增大窗口，失败之后进行快重传快恢复。
    建立连接三次握手：A创建传输控制模块，B同意连接并向A确认，A向B确认无误后开始连接。要进行三次是因为最后一次要保证B收到的不是失效的请求，每次请求syn seq ack递增来进行确认。
    结束连接四次握手：A向B发出结束请求，B确认后TCP半关闭，B向A发送结束请求，A确认并等待timeout关闭。进行四次是为了确保双方的传输都结束了。
    参照 Computer Networking: A Top-Down Approach：TCP

  4. UDP：无连接，best-effort，单位为用户报文
    这是一个面向报文的协议，应用层交付下来不进行合并拆分直接发送，没有拥塞控制，发送间隔即速度稳定，低时延有丢失，适合电话视频。UDP如果发现端口不正确就丢弃，向网际控制协议（ICMP）发送端口不可达。UDP使用与IP数据报相似的差错处理方式，首部与数据都检测，错误就丢弃，不完全准确但处理很快

应用层​

  1. DNS（domain name system）域名系统分三层，从顶级域名到二级再到三级，与IP地址做对应。顶级域名服务器在国内一般是org com edu cn。DNS使用UDP协议，内部有高速缓存，查询过一次就不再进行请求。DNS与LocalDNS详细内容
  2. FTP（file transfer protocol）文件传输协议，进行交互式访问
  3. URL （协议：//主机：端口/路径）由于默认端口为80可以省略，HTTP本身是无状态的，代理服务器也会进行高速缓存，当请求相同的时候不再二次请求。1xx 通知收到或者pending ，2xx成功，3xx重定向，4xx客户差错，5xx服务器差错。
  4. API从程序设计角度定义许多个标准系统调用函数，每个进程都有一个套接字描述表，运行时绑定端口和IP。并发服务器可以处理多个连接，主服务器收到请求之后转发给从服务器来连接套接字。
  5. 网络安全：数字签名中A用私钥SKA对报文进行D运算再传给B，B用A的公钥进行运算E还原明文报文，核实签名。为了加密报文可以用B的公钥进行加密运算，到B之后再还原报文。
  6. 流媒体的RTP实时传输协议也使用UDP，压缩编码音视频之后封装成分组再交付给UDP传输，与RTCP配合可以进行服务质量的监视与反馈以及媒体同步，多播组成员的标志也使用UDP

HTTP2.0​

header压缩，多路复用（多个请求可以相互混杂），新的二进制格式，服务器可以推送，压缩有了gzip格式。
HTTP多路复用参照 UNIX Network Programming: The Sockets Networking API： I/O Multiplexing