一、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

1. OSI 參考模型

1. OSI 模型中，每個分層都接受由它下一層所提供的特定服務(wù)，并且負責(zé)為自己的上一層提供特定的服務(wù)。上下層之間進行交互時所遵循的約定叫做 接口。同一層之間的交互所遵循的約定叫做 協(xié)議。

• OSI 七層模型

• 應(yīng)用層 ： 應(yīng)用層協(xié)議會在所要傳送數(shù)據(jù)的前端附加一個首部信息，這一附有首部信息的數(shù)據(jù)傳送給主機 B 后有該主機的軟件獲取內(nèi)容。

• 表示層 ： 將數(shù)據(jù)從主機特有的格式轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)傳輸格式。

• 會話層 ： 對何時建立連接、何時發(fā)送數(shù)據(jù)等問題進行管理，負責(zé)決定建立連接和斷開連接的時機。

• 傳輸層 ： 進行建立或斷開連接的處理，在兩個主機之間創(chuàng)建邏輯上的通信連接。為確保所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)到達目標(biāo)地址，會在通信兩端的計算機之間進行確認，如果數(shù)據(jù)沒有到達，它會負責(zé)進行重發(fā)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

• 網(wǎng)絡(luò)層 ： 在網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)互相連接的環(huán)境中，將數(shù)據(jù)從發(fā)送端主機發(fā)送到接收端主機。負責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送至最終目標(biāo)地址（端對端）。

  網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層 ： 在不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)層有時也不能保證數(shù)據(jù)的可達性。TCP/IP 中，網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層相互協(xié)作以確保數(shù)據(jù)包能夠傳送到世界各地，實現(xiàn)可靠傳輸。

• 數(shù)據(jù)鏈路層 ： 通信傳輸實際上是通過物理的傳輸介質(zhì)實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)鏈路層的作用就是在這些通過傳輸介質(zhì)互連的設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)處理。只負責(zé)發(fā)送一個分段內(nèi)的數(shù)據(jù)（區(qū)別于網(wǎng)絡(luò)層）。

• 物理層 ： 將數(shù)據(jù)的 0、1 轉(zhuǎn)換為電壓和脈沖光傳輸給物理的傳輸介質(zhì)，而相互直連的設(shè)備之間使用地址實現(xiàn)傳輸。這種地址被稱為 MAC 地址，也可以成為物理地址或硬件地址。將0、1 比特流轉(zhuǎn)換為電壓的高低、燈光的閃滅之間的轉(zhuǎn)換。傳輸方式上大體可以分為模擬和數(shù)字兩種。

2. 傳輸方式的分類

• 面向有連接性和面向無連接性

• 面向有連接型 ： 在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，需要在收發(fā)主機之間建立一條通信線路。

• 面向無連接型 ： 不要求建立和斷開連接。

• 電路交換和分組交換

• 根據(jù)接收端數(shù)量分類

  • 單播
  • 廣播
  • 多播
  • 任播

3. 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要素

1. 網(wǎng)卡 ： 任何一臺計算機連接網(wǎng)絡(luò)時，必須要使用網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)接口卡）。有時被叫做網(wǎng)絡(luò)適配器、網(wǎng)卡、 LAN 卡。
2. 中繼器 ： 是在 OSI 模型的第 1 層 -- 物理層面上延長網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。對減弱的信號進行放大和發(fā)送。集線器也可以看做多口中繼器，每個端口都可以成為一個中繼器。
3. 網(wǎng)橋/2層交換機 ： 是在 OSI 模型的第 2 層 -- 數(shù)據(jù)鏈路層面上連接兩個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。能夠識別數(shù)據(jù)鏈路層中的數(shù)據(jù)幀，并將這些數(shù)據(jù)幀臨時存儲于內(nèi)存，再重新生成信號作為一個全新的幀發(fā)給相連的一個網(wǎng)段。能夠連接傳輸速率完全不用的數(shù)據(jù)鏈路，并且不限制網(wǎng)段的個數(shù)。還能通過地址自學(xué)機制和過濾功能控制網(wǎng)絡(luò)流量。自學(xué)式網(wǎng)橋能判斷是否將數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的網(wǎng)段。具有網(wǎng)橋功能的 Hub 叫做交換集線器，現(xiàn)在也基本屬于網(wǎng)橋的一種。
4. 路由器/3層交換機 ： 是在 OSI 模型的第 3 層 -- 網(wǎng)絡(luò)層面上連接兩個網(wǎng)絡(luò)、并對分組報文進行轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備。網(wǎng)橋是根據(jù)物理地址進行處理，而路由器/3 層交換機則是根據(jù) IP 地址進行處理的。路由器還有分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)負荷的作用，有些甚至具備一定的網(wǎng)絡(luò)安全功能。
5. 4~7 層交換機 ： 負責(zé)處理 OSI 模型中從傳輸層至應(yīng)用層的數(shù)據(jù)。負載均衡器就是其中一種。
6. 網(wǎng)關(guān) ： 是 OSI 參考模型中負責(zé)將從傳輸層到應(yīng)用層的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備。而且通常會使用一個表示層或應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)負責(zé)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。防火墻就是一款通過網(wǎng)關(guān)通信，針對不同應(yīng)用提高安全性的產(chǎn)品。

二、TCP/IP 基礎(chǔ)知識

1. TCP/IP 協(xié)議分層模型

1. 硬件（物理層） ： 最底層，負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布?/li>
2. 網(wǎng)絡(luò)接口層（數(shù)據(jù)鏈路層） ： 利用以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層進行通信，因此也屬于接口層。
3. 互聯(lián)網(wǎng)層（網(wǎng)絡(luò)層） ： 使用 IP 協(xié)議，相當(dāng)于 OSI 模型中的第 3 層網(wǎng)絡(luò)層。IP 協(xié)議基于 IP 地址轉(zhuǎn)發(fā)分包數(shù)據(jù)。

• IP
• ICMP
• ARP

4. 傳輸層 ： 能夠讓應(yīng)用程序之間實現(xiàn)通信。必須分清是哪些程序與哪些程序在進行通信。識別這些應(yīng)用程序的是端口號。

• TCP
• UDP

5. 應(yīng)用層（會話層以上的分層） ： 將 OSI 參考模型中的會話層、表示層、應(yīng)用層的功能都集中到了應(yīng)用程序中實現(xiàn)。

• WWW （HTTP）
• 電子郵件（SMTP）
• 文件傳輸（FTP）
• 遠程登錄（TELNET / SSH）
• 網(wǎng)絡(luò)管理（SNMP）

三、IP協(xié)議

1. IP 即網(wǎng)際協(xié)議

• 網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是“實現(xiàn)終端節(jié)點之間的通信”。數(shù)據(jù)鏈路層的主要的作用是在互連同一種數(shù)據(jù)鏈路的節(jié)點之間進行包傳遞。網(wǎng)絡(luò)層可以跨越不同的數(shù)據(jù)鏈路，即使是在不同的數(shù)據(jù)鏈路上也能實現(xiàn)兩端節(jié)點之間的數(shù)據(jù)包傳輸。
• 網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)系 ：
  • 數(shù)據(jù)鏈路層提供直連兩個設(shè)備之間的通信功能
  • 網(wǎng)絡(luò)層的 IP 則負責(zé)在沒有直連的兩個網(wǎng)絡(luò)之間進行通信傳輸

2. IP 基礎(chǔ)知識

• 一跳 是指利用數(shù)據(jù)鏈路層以下分層的功能傳輸數(shù)據(jù)幀的一個區(qū)間。是指從源 MAC 地址到目標(biāo) MAC 地址的一個區(qū)間。在一跳的區(qū)間內(nèi)，電纜可以通過網(wǎng)橋或集線器相連，不會通過路由器或網(wǎng)關(guān)相連。
• IP 地址基礎(chǔ)知識 ：

  • IP 地址 ： 由 網(wǎng)絡(luò)地址 和 主機地址 兩部分組成。不同網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)地址不同，同一網(wǎng)段內(nèi)主機地址各不相同。

  • IP 地址的分類

    • A 類地址 ： 首位以“0”開頭，從第 1 位到第 8 位是它的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識。0.0.0.0 ~ 127.0.0.0
    • B 類地址 ： 前兩位以“10”開頭，從第 1 位到第 16 位是它的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識。128.0.0.0 ~ 191.255.0.0
    • C 類地址 ： 首位以“110”開頭，從第 1 位到第 24 位是它的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識。192.0.0.0 ~ 223.255.255.0
    • D 類地址 ： 首位以“1110”開頭，從第 1 位到第 32 位是它的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識。224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

  • 廣播地址 ： 將 IP 地址中的主機地址部分全部設(shè)置為 1

  • IP 組播

  • 子網(wǎng)掩碼 ： 將原來的 A、B、C 類等分類中的主機地址部分用作子網(wǎng)地址，可以講原網(wǎng)絡(luò)分為多個物理地址的一種機制

  • CIDR 與 CLSM ： 無類型域間選路、可變長子網(wǎng)掩碼

  • 全局地址與私有地址 ： 私有 IP 地址結(jié)合 NAT 技術(shù)已成為現(xiàn)在解決 IP 地址分配問題的主流方案

3. 路由控制

• 靜態(tài)路由控制 動態(tài)路由控制
• 路由控制表中記錄著網(wǎng)絡(luò)地址與下一步應(yīng)該發(fā)送至路由器的地址
• 路由控制表的聚合

4. IPv6

• 地址長度 ： 128 bits，一般寫成 8 個 16 位字節(jié)
• 全局單播地址 ： 是指世界上唯一的一個地址。前 64 比特為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，后 64 比特為主機標(biāo)識
• 鏈路本地單播地址 ： 指在同一個數(shù)據(jù)鏈路內(nèi)唯一的地址
• 唯一本地地址 ： 是不進行互聯(lián)網(wǎng)通信時所用的地址

5. IPv4 首部

• 版本
• 首部長度（IHL：Internet Header Length）：在沒有可選項時，IP 首部的長度為 20 字節(jié)
• 區(qū)分服務(wù)（TOS：Type Of Service）：有人提出將 TOS 字段本身再劃分為 DSCP 和 ECN 兩個字段
• 總長度 ： IP 包的最大長度為 65535 字節(jié)
• 標(biāo)識 ： 用于分片重組
• 標(biāo)志 ：標(biāo)識被分片的相關(guān)信息
• 片偏移
• 生存時間（TTL）：每經(jīng)過一個路由器，TTL 會減少 1，直到變成 0 則丟棄該包
• 協(xié)議 ： 表示 IP 首部的下一個首部隸屬于哪個協(xié)議
• 首部校驗和 ： 只校驗數(shù)據(jù)包的首部，不校驗數(shù)據(jù)部分
• 源地址
• 目標(biāo)地址
• 可選項
• 填充
• 數(shù)據(jù)

6. IPv6 首部格式

• 版本
• 通信量類
• 流標(biāo)號 ： 準(zhǔn)備用于質(zhì)量服務(wù)
• 有效載荷長度 ： 包的數(shù)據(jù)部分
• 下一個首部 ： 相當(dāng)于 IPv4 的協(xié)議字段。通常標(biāo)識 IP 的上一層協(xié)議是 TCP 或 UDP。不過在有 IPv6 擴展首部的情況下，該字段表示后面第一個擴展首部的的協(xié)議類型
• 跳數(shù)限制
• 源地址
• 目的地址
• IPv6 擴展首部 ： 首部長度固定，無法將可選項加入其中。通過擴展首部對功能進行了有效擴展，可以是任意長度，當(dāng)中還可以包括擴展首部協(xié)議以及下一個擴展首部字段。在需要對 IP 數(shù)據(jù)進行分片時，可以使用擴展首部。

IP 首部.png

四、IP協(xié)議相關(guān)技術(shù)

1. DNS ： 解析器為了調(diào)查 IP 地址，向域名服務(wù)器進行查詢處理。接受這個查詢請求的域名服務(wù)器首先會在自己的數(shù)據(jù)庫進行查找，如果有該域名所對應(yīng)的 IP 地址就返回，如果沒有則域名服務(wù)器再向上一層域名服務(wù)器進行查詢處理。直到找到指定的域名服務(wù)器，并由這個域名服務(wù)器返回想要的數(shù)據(jù)。
2. ARP

• 概要 ： 以目標(biāo) IP 地址為線索，用來定位下一個應(yīng)該接受該數(shù)據(jù)分包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對應(yīng)的 MAC 地址。如果目標(biāo)主機不在同一個鏈路上，則可用過 ARP 查找下一跳路由器的 MAC 地址。只適用于 IPv4 。
• 工作機制 ： ARP 借助 ARP 請求包 與 ARP 響應(yīng)包 確定 MAC 地址
• RARP

3. ICMP

• 主要功能 ： 確認 IP 包是否成功送達目標(biāo)地址，通知在發(fā)送過程當(dāng)中 IP 包被廢棄的具體原因，改善網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等。可以獲得網(wǎng)絡(luò)是否正常，設(shè)置是否有誤以及設(shè)備有何異常等信息，從而便于進行網(wǎng)絡(luò)上的問題診斷。
• 主要的 ICMP 消息 ：
  • ICMP 目標(biāo)不可達消息
  • ICMP 重定向消息
  • ICMP 超時消息
  • ICMP 回送消息
• 其他 ICMP 消息 ：
  • ICMP 原點抑制消息
  • ICMP 路由器探索消息
  • ICMP 地址掩碼消息
• ICMPv6 ： IPv6 所必須的
  • 大致分為： 錯誤消息、信息消息
  • 鄰居探索消息 ： 融合了 IPv4 的 ARP、ICMP重定向以及 ICMP 路由選擇消息等功能于一體

4. DHCP

• 功能 ： 實現(xiàn)自動設(shè)置 IP 地址、統(tǒng)一管理 IP 地址分配
• 工作機制 ：
  • 首先要架設(shè)一臺 DHCP 服務(wù)器
  • 然后將 DHCP 所要分配的 IP 地址設(shè)置到服務(wù)器上
  • 需要將相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼、路由控制信息以及 DNS 服務(wù)器的地址等設(shè)置到服務(wù)器上
  • 家庭網(wǎng)大多數(shù)情況下都由寬帶路由器充當(dāng) DHCP 的角色，而在較大規(guī)模組織機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，往往需要將 DHCP 統(tǒng)一管理，可以設(shè)置一個 DHCP 中繼代理

5. NAT

• 定義 ： 用于在本地網(wǎng)絡(luò)中使用私有地址，在連接互聯(lián)網(wǎng)時轉(zhuǎn)而使用全局 IP 地址的技術(shù)
• 可以轉(zhuǎn)換 TCP、UDP 端口號的 Network Address Port Translation (NAPT) ，實現(xiàn)用一個全局 IP 地址與多個主機的通信

6. IP 隧道

• 在網(wǎng)絡(luò)層的首部后面繼續(xù)追加網(wǎng)絡(luò)層首部的通信方法

7. 其他 IP 相關(guān)技術(shù)

• IP 多播相關(guān)技術(shù) ： 確認接收端是否存在非常重要，需要通過 MLD（IGMP）實現(xiàn)，有兩大作用：

• 向路由器表明想要接收多播消息（并通知想接受多播的地址）

• 向交換集線器通知想要接收多播的地址

• IP 任播 ： 為那些提供同一種服務(wù)的服務(wù)器配置同一個 IP 地址，并與最近的服務(wù)器進行通信

• 通信質(zhì)量控制 ： 包括帶寬、延遲、時延波動等內(nèi)容 RSVP

• IntServ 點對點的詳細優(yōu)先控制 ： 針對特定應(yīng)用（源 IP 地址、目標(biāo) IP 地址、源端口、目標(biāo)端口以及協(xié)議號五項完全內(nèi)容一致）之間的通信進行質(zhì)量控制的一種機制

• DiffServ 相對較粗粒度的優(yōu)先控制 ： 針對特定的網(wǎng)絡(luò)進行較粗粒度的通信質(zhì)量控制，內(nèi)部的路由根據(jù) IP 首部的 DSCP 字段的值有選擇性地進行優(yōu)先處理，在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時還可以丟棄優(yōu)先級低的包

• 顯式擁塞通知 ： 在 IP 層新增了一種使用顯式擁塞通知的機制 ECN，將 IP 首部的 TOS 字段置換為 ENC 字段，并在 TCP 首部的保留位中追加 CWR 標(biāo)志和 ECE 標(biāo)志，兩層的互相協(xié)助實現(xiàn)了擁塞通知的功能

• Mobile IP ： 在主機所連接的子網(wǎng) IP 發(fā)生變化時，主機 IP 地址仍保持不變

五、TCP 與 UDP

1. 傳輸層的作用

• 使用端口號這樣一種識別碼識別在傳輸層上一層的應(yīng)用層所要進行處理的具體程序
• 通信處理 ： 超級守護進程收到客戶端請求以后會創(chuàng)建新的進程并轉(zhuǎn)換為各個守護進程
• 兩種傳輸層協(xié)議 TCP 與 UDP
• TCP ： 是面向連接的、可靠的協(xié)議，具備順序控制、重發(fā)控制等機制
• UDP ： 是不具有可靠性的數(shù)據(jù)報協(xié)議
• 區(qū)別 ：TCP 用于在傳輸層有必要實現(xiàn)可靠傳輸?shù)那闆r，UDP 主要用于那些對高速傳輸和實時性有較高要求的通信或廣播通信

2. 端口號 ： 傳輸層中類似地址的概念，用來識別同一臺計算機中進行通信的不同應(yīng)用程序，也被稱為程序地址

• 根據(jù)端口號識別應(yīng)用
• FTP 服務(wù)器 ： TCP 21
• SSH 服務(wù)器 ： TCP 22
• TELNET 服務(wù)器 ： TCP 23
• SMTP 服務(wù)器 ： TCP 25
• HTTP 服務(wù)器 ： TCP 80
• FTP 客戶端 ： TCP 2000
• HTTP 客戶端 ： TCP 2001
• TCP/IP 或 UDP/IP 通信中通常采用 5 個信息來標(biāo)識一個通信 ：
• 源 IP 地址
• 目標(biāo) IP 地址
• 協(xié)議號
• 源端口號
• 目標(biāo)端口號
• 端口號的確定
• 標(biāo)準(zhǔn)既定的端口號
• 時序分配法
• 端口號與協(xié)議 ： 端口號由其使用的傳輸層協(xié)議決定，不同的傳輸協(xié)議可以使用相同的端口號，那些知名端口號與傳輸層協(xié)議并無關(guān)系

3. UDP (User Datagram Protocol) ： 不提供復(fù)雜的控制機制，利用 IP 提供面向無連接的通信服務(wù)，將部分控制轉(zhuǎn)移給應(yīng)用程序去處理，自己只提供作為傳輸層協(xié)議的最基本功能
4. TCP ： 充分地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸時各種控制功能

• 連接 ： 指各種設(shè)備、線路，或網(wǎng)絡(luò)中進行通信的兩個應(yīng)用程序為了相互傳遞消息而專有的、虛擬的通信線路，也叫作虛擬電路。TCP 負責(zé)連接的建立、斷開、保持等管理工作。
• TCP 的特點 ： 通過檢驗和、序列號、確認應(yīng)答、重發(fā)控制、連接管理以及窗口控制等機制實現(xiàn)可靠性傳輸

1. 通過序列號與確認應(yīng)答提高可靠性

• 當(dāng)發(fā)送端的數(shù)據(jù)到達接收主機時，接收端主機會返回一個已收到消息的通知，這個消息叫做 確認應(yīng)答（ACK）
• TCP 通過肯定的確認應(yīng)答（ACK）實現(xiàn)可靠的傳輸，在一段時間內(nèi)沒有等到確認應(yīng)答，發(fā)送端就可以認為數(shù)據(jù)已經(jīng)丟失，并進行重發(fā)
• 未收到確認應(yīng)答并不意味著數(shù)據(jù)一定丟失，也有可能是數(shù)據(jù)對方已經(jīng)收到，只是返回的確認應(yīng)答在途中丟失，這種情況也會導(dǎo)致發(fā)送端因沒有收到確認應(yīng)答，而認為數(shù)據(jù)沒有達到目的地，從而進行重新發(fā)送，當(dāng)再有相同數(shù)據(jù)送達時它會放棄，所以必須引入一種機制，它能夠識別是否已經(jīng)接收數(shù)據(jù)，又能夠判斷是否需要接收。
• 上述這些確認應(yīng)答處理、重發(fā)控制以及重復(fù)控制等功能都可以通過序列號實現(xiàn)，序列號是按順序發(fā)送給數(shù)據(jù)的每一個字節(jié)都標(biāo)上號碼的編號。
• 接收端查詢接收數(shù)據(jù) TCP 首部中的序列號和數(shù)據(jù)的長度，將自己下一步應(yīng)該接受的序號作為確認應(yīng)答返送回去。通過序列號和確認應(yīng)答號，TCP 可以實現(xiàn)可靠傳輸。

2. 重發(fā)超時如何確定

• 重發(fā)超時 ： 再重發(fā)數(shù)據(jù)之前，等待確認應(yīng)答到來的那個特定時間間隔
• 重發(fā)超時都是 0.5 秒的整數(shù)倍，一般設(shè)置為 6 秒左右，之后若還是收不到確認應(yīng)答，會再次發(fā)送，等待確認應(yīng)答的時間將會以 2 倍、4 倍的指數(shù)函數(shù)延長，達到一定重發(fā)次數(shù)之后，如果仍沒有任何確認應(yīng)答返回，就會判斷為網(wǎng)絡(luò)或?qū)Χ酥鳈C發(fā)生了異常，強制關(guān)閉連接。

3. 連接管理 ：TCP 在數(shù)據(jù)通信之前，通過 TCP 首部發(fā)送一個 SYN 包作為建立連接的請求等待確認應(yīng)答。如果對端發(fā)來確認應(yīng)答，則認為可以進行數(shù)據(jù)通信。如果對端的確認應(yīng)答未能到達，就不會進行數(shù)據(jù)通信。此外，在通信結(jié)束時會進行斷開連接的處理（FIN 包）。可以使用 TCP 首部用語控制的字段來管理 TCP 連接（三次握手）。一個連接的建立與斷開，正常過程至少需要來回發(fā)送 7 個包才能完成。

TCP:IP的建立與斷開.png

4. TCP 以段為單位發(fā)送數(shù)據(jù)

• 最大消息長度 MSS ： 在建立 TCP 連接的同時可以確定發(fā)送數(shù)據(jù)包的單位，是在三次握手的時候，在兩端主機之間被計算得出。兩端主機在發(fā)出建立連接的請求時，會在 TCP 首部中寫入 RSS 選項，告訴對方自己的接口能夠適應(yīng)的 MSS 的大小，會在兩者之間選擇一個較小的值投入使用。
• TCP 在傳送大量數(shù)據(jù)時，是以 MSS 的大小將數(shù)據(jù)進行分割發(fā)送

5. 利用窗口控制提高速度

• 發(fā)送端主機在發(fā)送了一個段以后不必要一直等待確認應(yīng)答，而是繼續(xù)發(fā)送
• 窗口大小 ： 無需等待確認應(yīng)答而可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的最大值
• 使用了大量的緩沖區(qū)，通過對多個段同時進行確認應(yīng)答的功能
• 滑動窗口機制

6. 窗口控制與重發(fā)機制 ： 接收端在沒有收到自己所期望的數(shù)據(jù)時，會對之前收到的數(shù)據(jù)進行確認應(yīng)答。發(fā)送端則一旦收到某個確認應(yīng)答后，又連續(xù) 3 次收到同樣的確認應(yīng)答，則認為數(shù)據(jù)段已經(jīng)丟失，需要進行重發(fā)。
7. 流控制 ： 讓發(fā)送端根據(jù)接收端的實際接收能力控制發(fā)送的數(shù)據(jù)量。接收端主機向發(fā)送端主機通知自己可以接受數(shù)據(jù)的大小，于是發(fā)送端會發(fā)送不超過這個限度的數(shù)據(jù)。該大小限度就被稱作窗口大小。
8. 擁塞控制 ： 為了在發(fā)送端調(diào)節(jié)所要發(fā)送數(shù)據(jù)的量，定義了一個叫做“擁塞窗口”的概念，慢啟動，每收到一個確認應(yīng)答，窗口的值會增加 1 個字段。TCP 通信開始以后，網(wǎng)絡(luò)吞吐量會逐漸上升，但是隨著網(wǎng)絡(luò)擁堵的發(fā)生吞吐量也會急速下降，于是會再次進入吞吐量慢慢上升的過程。
9. 提高網(wǎng)絡(luò)利用率的規(guī)范

• Nagle 算法
• 延遲確認應(yīng)答 : 每收到兩個數(shù)據(jù)段發(fā)送一次的確認應(yīng)答
• 捎帶應(yīng)答 ： TCP 的確認應(yīng)答和固執(zhí)數(shù)據(jù)可以通過一個包發(fā)送，必須得等到應(yīng)用處理完數(shù)據(jù)并將作為回執(zhí)的數(shù)據(jù)返回為止，才能進行捎帶應(yīng)答

5. 其他傳輸層協(xié)議

• UDP-Lite（輕量級用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）
• SCTP（流控制傳輸協(xié)議）
• DCCP（數(shù)據(jù)報擁塞控制協(xié)議 ）

6. UDP 首部的格式 （8 字節(jié)）

• 源端口號 ： 發(fā)送端端口號，字段長 16 位
• 目標(biāo)端口號
• 包長度 ： 保存了 UDP 長度跟數(shù)據(jù)的長度之和，單位為字節(jié)
• 校驗和 ： 為了提供可靠的 UDP 首部和數(shù)據(jù)而設(shè)計，需要驗證一個通信中必要的 5 項識別碼是否正確，為此，在校驗和的計算中就引入了偽首部的概念。校驗和字段里保存著除本字段以外其他部分的和的補碼值，因此如果計算校驗和字段在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)的 16 位和以后，得出的結(jié)果是“16 位全部為 1”說明所收到的數(shù)據(jù)是正確的。

7. TCP 首部格式 （20 字節(jié)，包括選項字段 24 字節(jié)）

TCP首部.png

六、路由協(xié)議

1. 路由控制的定義

• 路由器根據(jù)路由控制表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包
• 路由控制分為靜態(tài)與動態(tài)，使用動態(tài)路由的情況下，管理員必須設(shè)置好路由協(xié)議

2. 路由控制范圍

• IGP（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）
• EGP（外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）
• 自治系統(tǒng)（AS）：制定自己的路由策略，并以此為準(zhǔn)在一個或多個網(wǎng)絡(luò)群體中采用的小型單位叫做自治系統(tǒng)或路由選擇域。 自治系統(tǒng)內(nèi)部動態(tài)路由采用的協(xié)議是域內(nèi)路由協(xié)議，而自治系統(tǒng)之間的路由控制采用的是域間路由協(xié)議。

3. 路由算法

• 距離向量算法
• 鏈路狀態(tài)算法

4. RIP（路由信息協(xié)議）

• 廣播路由控制信息 ： RIP 定期將路由控制信息定期向全網(wǎng)廣播
• 根據(jù)距離向量算法決定路徑
• 使用子網(wǎng)掩碼時的 RIP 處理
• 如果主網(wǎng)一樣，那么就以接口的網(wǎng)絡(luò)地址長度為準(zhǔn)
• 如果主網(wǎng)不同，那么以 IP 地址的分類所確定的網(wǎng)絡(luò)地址長度為準(zhǔn)
• RIP 中路由變更時的處理
• 將自己所知道的路由信息進行廣播
• 一旦認為網(wǎng)絡(luò)被斷開，數(shù)據(jù)將無法路過此路由器，其他路由器也就可以得知網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷開
• 問題 ：
• 無限計數(shù) ： 解決 （1）最長距離不超過 16 （2）水平分割 ： 規(guī)定路由器不再把所受收到的路由消息原路返還給發(fā)送端
• 帶有環(huán)路的網(wǎng)絡(luò) ： 解決 ：毒性逆轉(zhuǎn)、觸發(fā)更新 * RIP2
• 使用多播（RIP 使用廣播）
• 支持子網(wǎng)掩碼
• 路由選擇域
• 外部路由標(biāo)志
• 身份驗證秘鑰

5. OSPF（開放最短路徑優(yōu)先）

• OSPF 是鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議
• 路由器之間交換鏈路狀態(tài)生成網(wǎng)絡(luò)拓撲信息，然后根據(jù)這個拓撲信息生成路由控制表
• OSPF 可以給每條鏈路賦予一個權(quán)重，而 RIP 要求途中所經(jīng)過的路由器個數(shù)越少越好。RIP 是選擇路由器個數(shù)最少的路徑，而 OSPF 是選擇總的代價較小的路徑。
• OSPF 基礎(chǔ)知識
• 在一個比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中，確定一個指定路由器，并以它為中心交換路由信息
• 根據(jù)作用的不同分為 5 種類型的包，使得可以大大地減少網(wǎng)絡(luò)流量，還可以達到迅速更新路由信息的目的
• 問候
• 數(shù)據(jù)庫描述
• 鏈路狀態(tài)請求
• 鏈路狀態(tài)更新
• 鏈路狀態(tài)確認應(yīng)答
• 將區(qū)域分層化進行細分管理
• 區(qū)域是指將連接在一起的網(wǎng)絡(luò)和主機劃分為小組，使一個自治系統(tǒng)內(nèi)可以擁有多個區(qū)域。不過具有多個區(qū)域的自治系統(tǒng)必須要有一個主干區(qū)域，并且所有其他區(qū)域都與這個主干區(qū)域相連接
• 每個區(qū)域內(nèi)的路由器都持有本區(qū)域網(wǎng)絡(luò)拓撲的數(shù)據(jù)庫，關(guān)于區(qū)域之外的路徑信息，都只能從區(qū)域邊界路由器那里獲知它們的距離，所以內(nèi)部路由器所持有的網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)庫就會明顯變小。
• 該機制不僅可以有效地減少路由控制信息，還能減輕處理的負擔(dān)。

6. BGP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）

• 是連接不同組織機構(gòu)（自治系統(tǒng)）的一種協(xié)議，因此屬于外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議
• BGP 與 AS 號 ： ISP、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等會將每個網(wǎng)絡(luò)域編配成一個個自治系統(tǒng)進行管理，它們?yōu)槊總€自治系統(tǒng)分配一個 16 比特的 AS 編號，BGP 就是根據(jù)這個編號進行相應(yīng)的路由控制。
• BGP 是路徑向量協(xié)議
• BGP 中數(shù)據(jù)包送達目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)時，會生成一個中途經(jīng)過所有 AS 的編號列表 ——— AS 路徑信息訪問列表。BGP 用 AS 進行度量標(biāo)準(zhǔn)，一般選擇 AS 數(shù)最少的路徑。
• AS 路徑信息訪問列表不僅包含轉(zhuǎn)發(fā)方向和距離，還涵蓋了途徑所有 AS 的編號，因此它不是一個距離向量協(xié)議。這種根據(jù)所要經(jīng)過的路徑信息訪問列表進行路由控制的協(xié)議屬于路徑型相連。
• 路由控制是跨越整個互聯(lián)網(wǎng)的分布式系統(tǒng)

7. MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）

• 只需要關(guān)注它與下面一層 IP 層之間的功能和協(xié)議即可，轉(zhuǎn)發(fā)時根據(jù)標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)
• MPLS 網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn) MPLS 功能的路由器叫做標(biāo)記交換路由器（LSR），與外部網(wǎng)絡(luò)連接的那部分LSR叫做標(biāo)記邊緣路由器（LER），MPLS 正是在 LER 上對數(shù)據(jù)包進行追加標(biāo)記和刪除標(biāo)記的操作
• MPLS 中目標(biāo)地址和數(shù)據(jù)包都要通過由標(biāo)記決定的同一個路徑，這個路徑叫做標(biāo)記交換路徑（LSP）
• MPLS 的優(yōu)點
• 轉(zhuǎn)發(fā)速度快 ： 使用固定長度的標(biāo)記信息，使得處理更簡單，可以通過高速的硬件實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)
• 利用標(biāo)記生成虛擬的路徑，并在它的上面實現(xiàn) IP 等數(shù)據(jù)包的通信，IP 網(wǎng)可以提供基于 MPLS 的通信質(zhì)量控制、帶寬保證和 VPN 等功能

七、應(yīng)用協(xié)議

1. 遠程登錄

• TELNET
• 利用 TCP 的一條連接，通過這一條連接向主機發(fā)送文字命令并在主機上執(zhí)行。本地用戶好像直接與遠端主機內(nèi)部的 Shell 相連著似的。
• 兩類基本服務(wù)
• 仿真終端功能
• 協(xié)商選項機制
• 行模式
• 透明模式
• SSH
• 加密的遠程登錄系統(tǒng)
• 可以使用更強的認證機制
• 可以轉(zhuǎn)發(fā)文件
• 可以使用端口轉(zhuǎn)發(fā)功能

2. 文件傳輸

• FTP 的工作機制

• 使用兩條 TCP 連接：

• 一條用來控制

• 另一條用于數(shù)據(jù)的傳輸

• 通過 ASCII 碼字符串進行的交互處理

3. 電子郵件

• 工作機制 ： 引進了一種一直會連接電源的郵件服務(wù)器，發(fā)送和接收端通過郵件服務(wù)器進行收發(fā)郵件，接收端從郵件服務(wù)器接收郵件時使用 POP3 協(xié)議。由 3 部分組成 ：
• 郵件地址
• 數(shù)據(jù)格式
• 發(fā)送協(xié)議
• MIME ： 廣泛用于互聯(lián)網(wǎng)并極大地擴展了數(shù)據(jù)格式
• SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議） ： 支持的是發(fā)送端主機的行為
• POP（郵局協(xié)議） ： 用于接收電子郵件的協(xié)議，郵件由客戶端進行管理
• IMAP（網(wǎng)絡(luò)信息接入?yún)f(xié)議） ： 與 POP 類似，郵件由服務(wù)器進行管理，可以不必從服務(wù)器上下載所有的郵件也可以閱讀

4. WWW

• URI（統(tǒng)一資源標(biāo)識符）
• URL（統(tǒng)一資源定位符）：常被用來表示互聯(lián)網(wǎng)中資源（文件）的具體位置
• URI ：不局限于表示互聯(lián)網(wǎng)資源，可以作為所有資源的識別碼。URI 的 http 方案的具體格式： http://主機名 : 端口號/路徑？訪問內(nèi)容#部分信息
• HTML（超文本標(biāo)記語言）
• HTTP（超文本傳輸協(xié)議）
• JavaScript、CGI、Cookie
• JavaScript ：嵌入在 HTML 中的編程語言
• CGI ： 是 Web 服務(wù)器調(diào)用外部程序時所使用的一種服務(wù)端應(yīng)用的規(guī)范,利用 CGI 可以針對用戶的操作返回給客戶端有各樣變化的信息
• Cookie ： 在客戶端保存信息，從 Web 服務(wù)器檢查 Cookie 可以確認是否為同一對端的通信

5. 網(wǎng)絡(luò)管理

• SNMP
• 網(wǎng)絡(luò)管理可以使用 SNMP 收集必要的信息，它是一款基于 UDP/IP 的協(xié)議
• 管理端叫做管理器（網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控終端），被管理端叫做代理（路由器、交換機等）
• 消息處理，8 中操作：
• 查詢請求
• 上次要求的下一個信息的查詢請求
• 應(yīng)答
• 設(shè)置請求
• 批量查詢請求
• 向其他管理器發(fā)送消息通知
• 時間通知
• 用管理系統(tǒng)定義的命令
• MIB ：是在樹形結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫中為每個項目附加編號的一種信息結(jié)構(gòu)
• RMON（Remote Monitoring MIB） ：MIB 由監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中某個設(shè)備接口的眾多參數(shù)構(gòu)成

6. 其他應(yīng)用層協(xié)議

• 多媒體通信實現(xiàn)技術(shù)
• H.323
• SIP
• RTP
• 數(shù)字壓縮技術(shù)
• P2P
• LDAP（輕量級目錄訪問協(xié)議）

八、網(wǎng)絡(luò)安全

1. 網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成要素

• 防火墻 ：暴露給危險的主機和路由器的個數(shù)要有限，限制從互聯(lián)網(wǎng)那個訪問的主機個數(shù)
• IDS（入侵檢測系統(tǒng)）：檢查已經(jīng)侵入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進行非法訪問的情況，并及時通知給網(wǎng)絡(luò)管理員的系統(tǒng)
• 反病毒/個人防火墻

2. 加密技術(shù)基礎(chǔ)

• 對稱密碼體制與公鑰密碼體制
• 對稱加密方式包括：AES、DES等加密標(biāo)準(zhǔn)
• 公鑰加密方法包括：RSA、DH、橢圓曲線等加密算法
• 身份認證技術(shù)
• 根據(jù)所知道的信息進行認證
• 根據(jù)所擁有的信息進行認證
• 根據(jù)獨一無二的體態(tài)特征進行認證

3. 安全協(xié)議

• IPSec 與 VPN
• 在構(gòu)建 VPN 時，最常被使用的是 IPSec。它是指在 IP 首部的后面追加“封裝安全有效載荷”和“認證首部”，從而對此后的數(shù)據(jù)進行加密。
• 傳輸模式 ： 加密 TCP 首部和數(shù)據(jù)部分
• 隧道模式 ： 包括 IP 首部在內(nèi)對整個 IP 包進行加密，并追加 IP 首部
• TLS/SSL 與 HTTPS
• TLS（Transport Layer Security）
• SSL（Secure Sockets Layer）
• 使用 TLS/SSL 的 HTTP 通信叫做 HTTPS 通信，HTTPS 中采用加密方式，而在發(fā)送其公共秘鑰時采用的則是公鑰加密方式
• IEEE802.1X ：為了能夠介入 LAN 交換機和無線 LAN 接入點而對用戶進行認證的技術(shù)