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计算机网络概述

计算机网络：

由若干节点以及连接节点的链路组成，节点可以是集线器，计算机或路由器等。（集线器可以连接多个结点，组成一个计算机网络，目前市面上已不再使用；目前多使用交换机，功能与集线器类似，并且不会发生数据冲突，常用于搭建内网）

互连网（内网）与互联网：

前者为多个网络通过一些路由器相互连接起来，从而覆盖成一个更大的计算机网络，与网络直接相连的计算机叫主机；互联网即由中国电信、移动等各大ISP和国际机构组建的覆盖全球的互连网，其内部必须使用TCP/IP协议通信，但更小的互连网则不要求。

发展阶段：

单个网络（ARPANET）-》三级结构互联网(主干网，地区网，校园网或叫企业网)-》全球范围的多层次ISP结构（移动、电信等）。

互联网组成部分：

边缘部分（主要由电脑、平板，手机等主机组成，用于通信和资源共享）和核心部分（由网络和大量路由器组成，为边缘部分提供服务）。

数据交换方式：

电路交换（网络资源利用率太低），报文交换（传输效率也不太高），分组交换（基于报文，目前主流，类似并行处理，节省通信时间）。

计算机网络类别：

①交换方式（电路、报文、分组）；②介质（有线与无线网络）；③覆盖范围（广域网、城域网、局域网、个人局域网）；④拓扑结构（总线型、环型、线型、网状型）。

计算机网络性能：

①速率：数据的传送效率，即每秒传送多少个比特 ； ②带宽：网络的通信线路所能传输数据的能力（所能通过的最高数据） ； ③吞吐量：在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量；④时延：数据传输从一端到另一端所耗费的时间（分为发送、处理、传播、排队时延），往返时间RTK

计算机网络体系结构：

OSI参考模型：

物理层：定义电路接口参数与定义传输信号的含义、电气特征等；

链路层：确保相邻节点之间的链路逻辑上无差错；

网络层：把数据分组从源结点转发到目的结点，采取措施缓解网络拥塞，实现异构网络互联，流量控制等；（以帧为单位）

传输层：实现端（进程）到端通信;(以报文段为单位)

会话层：管理进程间会话；(断网重新连接后文件会从上次位置继续传输)

表示层：解决不同主机上信息表示不一致问题；（解码编码，压缩解压缩等）

应用层：实现特定的网络应用.（HTTP协议，根据应用需求设计）

TCP/IP模型（实际常用）：

相对于OSI参考模型：网络接口层=物理层+链路层；网络层=网络层；传输层=传输层；应用层=会话层+表示层+应用层；

网络接口层：实现相邻节点数据传输，但具体传输不作规定；

网络层与传输层：只有传输层负责复用与分组来进行差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理，确保全局正确；而网络层则摆烂。

应用层：从应用层就可以实现数据格式转换与会话管理功能；

物理层

教学采用五层模型：

任务：实现相邻节点之间的比特的传输

基本概念：

物理层设备：

①中继器：传输距离太长，数字信号会失真，中继器可以使信号整型再生，只有两个端口，半双工通信；

②集线器：连接不同节点。、

数据链路层

数据链路层为了让接收方正确识别数据，需要把比特流划分成帧。

局域网：IEEE 802委员会负责推进局域网技术的标准化工作，802.3工作组负责以太网技术（有线），802.11工作组负责Wi-Fi技术（无线）。

局域网的硬件架构：

VLAN:虚拟无线局域网，在一台物理交换机上，通过软件划分出多个逻辑上的局域网。交换机是在局域网内，根据MAC地址转发数据的设备；路由器负责连接不同网络，根据IP地址转发数据。VLAN则是在交换机上把一个物理网络划分成多个逻辑网络。

局域网（校企）=>广域网（各大ISP）=》互联网

网络层

网络层的功能

①异构网络互联（路由器实现）②路由与转发 ③拥塞控制（静态：开环控制；动态：闭环控制）

IPV4与IPV6（版本区别）

IP数据报由首部与数据部分组成，首部中包含了源地址与目的地址。

子网划分

把一个大的IP网络切成多个小网络，主要为了合理分配地址、隔离和管理网络.

当有了子网划分后，需要有子网掩码来判断两个子网的IP是否属于同一网络。同网段，可以直接通信；不同网段，通常需要经过路由器。

无分类编址CIDR

网络前缀可以变长，可以灵活分配主机号地址

路由、路由表及路由聚合和路由算法

①路由=决定数据包应该往哪里走，路由表就是路由器的“导航地图”，里面记录了目标网络以及下一步路线等。

②路由聚合：下图四个刚好是连续的4个/24网络，可以把这些小路由合起来成为一个大路由，这样路由器处理起来更方便。

网络地址转换NAT

端口号：用于进程与进程之间通信，每台主机（手机、电脑等）上的端口号是相互独立的。IP地址+端口号=一个特定的进程（例如微信进程）。

NAT技术是用来缓解IPV4地址不够用的情况。

地址解析ARP协议

插网线的网卡、WiFi网卡以及蓝牙等其他网络接口都有可能有自己的MAC类地址，通过IP地址去查询MAC地址。

动态主机配置协议DHCP

作用：给刚接入网络的主机动态分配IP地址、配置默认网关、子网掩码。

IPV6

从根源上解决IP地址不够用的问题，原IPV4地址=32位，现IPV6地址=128位，IPV6能彻底解决IP地址不够用的问题。

注：压缩记法不允许出现两次双冒号

IPV6地址资源的分配：前缀有ICANN分配，不能改变。即插即用：知道网络地址前缀，用MAC地址作为接口标识符

网络层设备（路由器）

路由器负责连接不同的 IP 网络，并决定数据包下一步往哪里走。

传输层

概述与关系

注：可靠传输：给出数据是否收到的反馈；TCP协议通常用于传文件，UDP协议通常用于直播等。

UDP数据报与TCP报文段

UDP数据报格式

TCP段

注：单向传送TCP段进程A已经不能给进程B发消息，进程B还可以给A发。建立一次TCP连接可以传输多个报文，单个报文段只要不超过MMS(最大报文段即可)。

TCP连接管理（结合TCP段中的图来理解）

（1）握手①与握手②属于没有数据的报文，只有首部，但仍要消耗一个序号；

（2）只有握手①与握手②的SYN为1，表示请求连接与接受连接；

（3）只有握手①的ACK为0，因为此时无需表示确认；

（4）只有握手①的ack无效，其余数值等于上一握手seq+1;

三次握手过程中客户端与服务器进程TCP状态是如何变化的：

TCP释放连接：

TCP可靠传输与流量控制

注：可靠传输与流量控制都需要收发双方，TCP 流量控制主要是通过“接收方通告的接收窗口（rwnd）”来实现的。

TCP拥塞控制

快重传：服务器端连续多次触发重复确认号（某个数据包），则客户端等不及超时除法快重传机制。

注·：重点关注如何判断网络拥塞和监测到网络拥塞怎么办？

常用术语：

①高并发：同时来很多请求；

②延迟：一个客户端请求从开始到结束花了多长时间；

③丢包：数据从客户端传到网络再传到服务器发生了数据丢失；（丢包会带来额外延迟，但可以被解决）；

④网络抖动：即网络延迟的稳定性，网络延迟非常不稳定就是说网络抖动比较严重；

⑤QPS：Queris Per Second,即每秒处理多少个请求；

⑥吞吐量：系统单位时间内处理多少数据/工作量；

⑦慢请求：本来应该很快完成但实际花了很长时间；

应用层

网络应用模型

客户/服务器模型（cs模型）

P2P模型（Peer to Peer）

DNS

概述：

域名具有层次化特性

注：主机联网时会通过DHCP自动配置默认域名服务器地址

DNS基本特点：

层次域名的书写

注：目前标号已经可以由中文组成

域名分类：

总结：

层次化域名到IP地址的转换

集中式：（不行）

分布式：（可行）

注：浏览器应用内部自身也会实现类似于本地域名服务器功能的DNS缓存，只要本地缓存位过期，就不必向本地域名服务器发起DNS查询

DNS查询方式

递归查询：由本地域名服务器到跟域名服务器向下逐级查询，直到找到目的服务器

迭代查询：由本地域名服务器迭代找到正确的服务器。

FTP文件传输协议

万维网

非持续连接：

持续连接、非流水线：

持续连接、流水线：

HTTP

报文格式

请求报文

响应报文

Cookie的作用

总结