计算机网络基础知识

前言

悉心整理校正了计算机网络的面试常用知识点，文章图文并茂，通俗易懂，希望对大家有所帮助。

文章链接 http://blog.csdn.net/never_cxb/article/details/50420521 ，分享请保留出处。

TCP提供面向连接的、可靠的数据流传输，而UDP提供的是非面向连接的、不可靠的数据流传输。

TCP传输单位称为TCP报文段，UDP传输单位称为用户数据报。TCP注重数据安全性，UDP数据传输快，因为不需要连接等待，少了许多操作，但是其安全性却一般。

TCP对应的协议和UDP对应的协议TCP对应的协议：（1） FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。（2） Telnet：一种用于远程登陆的端口，使用23端口，用户可以以自己的身份远程连接到计算机上，可提供基于DOS模式下的通信服务。（3） SMTP：邮件传送协议，用于发送邮件。服务器开放的是25号端口。（4） POP3：它是和SMTP对应，POP3用于接收邮件。POP3协议所用的是110端口。（5）HTTP：是从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。UDP对应的协议：（1） DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址。DNS用的是53号端口。（2）
SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口，是用来管理网络设备的。由于网络设备很多，无连接的服务就体现出其优势。（3） TFTP(Trival File Tran敏感词er Protocal)，简单文件传输协议，该协议在熟知端口69上使用UDP服务。

TCP/IP 参考模型

分层

每一层都是独立存在的，因此分配到各层的任务能够独立地执行，变更其中某层提供的方案时不影响其他层。

这也可以理解为一个松耦合的设计。

详解

网络层 主要是 ip 协议，可以通过 ip 找到某个机器，但是机器上有很多应用程序，每个程序都占用相应的端口，传输层 不同协议有不同的端口，通过 ip + 端口 就可以确定某个机器上的具体应用程序了。

Server A 和 Server B 直接传输数据，有封装和解封装的过程。

数据从A 的应用层往下走到物理层，会在每一层都会加上头部信息，进行封装，然后再发送到B。

然后 Server B 从 最下面的物理层往上 每一层进行解封装，最后到达应用层，得到数据。

物理层：将电脑连起来，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式

链路层：数据包会带上发送地址和接收地址，也就是MAC地址

网络层：网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。 

因此，从逻辑上可以推断，必定是先处理网络地址，然后再处理MAC地址。

传输层：同一台主机上有许多程序都需要用到网络，端口可以确定表示这个数据包到底供哪个程序使用。 

传输层建立”端口到端口”的通信，”网络层”的功能是建立”主机到主机”的通信。 

（ftp 21，ssh 22，dns 53，http 80）

应用层 我们在传输数据时，可以只使用(传输层)TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容。 

如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议。

TCP 区别 UDP

TCP连接是由4个值来识别的： <源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号>

TCP是面向连接的、可靠的 

其实网络的不安全不稳定特性，无论多少次握手都不能保证连接的可靠性 

但TCP的三次握手在最低限度上(实际上也很大程度上保证了)保证了连接的可靠性

UDP 无连接的、不可靠 

UDP传送数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，当然也不用重发，

　UDP 交给上层进行差错控制，可以代码对UDP的数据收发进行验证，比如发送方对每个数据包进行编号然后由接收方进行验证啊什么的

　即使是这样，UDP因为在底层协议的封装上没有采用类似TCP的“三次握手”而实现了TCP所无法达到的传输效率

IP 协议

A 类 B 类 C 类

IP的地址字段范围是0~127，但是由于全0和全1的地址用作特殊用途，实际可指派的第一个字段范围是1~126。

A类地址范围：0.0.0.1 —— 126.255.255.254， 默认网络掩码为 255.0.0.0

B类地址范围：128.0.0.1 —— 191.255.255.254，默认子网掩码为255.255.0.0

C类地址范围：192.0.0.1 —— 223.255.255.254，默认子网掩码为255.255.255.0

0 到 128 相差128，128 到192相差64，后面192到224相差32。

A 类地址， 0 开头， 128 个 

B 类地址，10 开头，16,384 个 

C 类地址，110 开头，2,097,152 个

特殊的地址

ip 地址= 网络号 + 主机号

网络号	主机号	用途
全为0	全为0	表示本主机，用作源地址，启动时用，获取了 IP 地址后不再使用
全为0	host-id	本地网络上主机号为 host-id 的主机，只作为源地址
全为1	全为1	有限广播（本地网络），只作目的地址，各路由器都不转发
net-id	全为1	定向广播（net-id标识的网络），只作目的地址
net-id	全为0	标识一个网络
127	任意	本地软件回送地址

B类中169.254.0.0到169.254.255.255是保留地址。如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器，这时你将会从169.254.0.0到169.254.255.255中临得获得一个IP地址。

私有地址

私有地址包括3组 

A类：10.0.0.0~10.255.255.255 

B类：172.16.0.0~172.31.255.255 

C类：192.168.0.0~192.168.255.255

学校里的局域网，因为大概有几十万人，所以是10开头的局域网。

而我们买的无线路由器，也要设置局域网，一般为192开头的，比如192.168.0.1或者192.168.199.1（比如极路由就是这个地址）

我们建企业网（单位网络）时，一般是使用私有地址来分配内部主机，小企业使用C类的192.168.0.0网络，中型企业使用172.16.0.0网络，如果还不够用，还有10.0.0.0 网络。

子网划分

以C类网络为例，原有8位主机位，2的8次方即256个主机地址，默认子网掩码255.255.255.0。

借用1位主机位，产生2个子网，每个子网有126个主机地址；借用2位主机位，产生4个子网，每个子网有62个主机地址……

练习题

把子网掩码为255.255.0.0的网络40.15.0.0分为两个子网，假设第一个子网为40.15.0.0/17，则第二个子网为?

40.15.0.0/17 表示网段是40.15.0.0，子网掩码是17位。

子网掩码为：255.255.128.0，用二进制表示为：11111111 11111111 10000000 00000000 ，斜杠后面的17表示子网掩码前17位为1.

答案：

划分为两个子网的话子网掩码应该为255.255.128.0 

第一个子网是40.15.0.0/17，可用地址范围是40.15.0.1~40.15.127.254 

第二个子网是40.15.128.0/17，可用地址范围是40.15.128.1~40.15.255.254

解析：

掩码的前两个八位是255，第三个八位是128，有2的一次方个子网（因为第三个八位只有一个1，后面七位都是0），所以ip 地址第三个8位是0000,0000或者1000,0000，即0或者128。

因为第3个8位是1000,0000，可以区分开头第一个数是0还是1, 区分了两个子网。所以这两个子网是40.15.0.0和40.15.128.0

NAT穿透技术

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是一种网络地址翻译技术，将内部私有IP地址改变成可以在公网上使用的.

NAT三种实现方式

静态地址转换：一个公网IP对应一个内部IP,一对一转换

动态地址转换：N个公网IP对应M个内部Ip,不固定的一对一IP转换关系．同一时间，有M-N个主机无法联网．

端口多路复用：对外只有一个公网IP,通过端口来区别不同内部IP主机的数据．

网关

网关（gateway）能在不同协议间移动数据

路由器（router）是在不同网络间移动数据 

相当于传统所说的IP网关（IP gateway）

三次握手

一些名词

seq （Sequence Number）序列号，这是为了连接以后传送数据用的
ack（Acknowledgment Number）确认序列号，是对收到的数据包的确认，值是等待接收的数据包的序列号。
SYN synchronous 同步信号
ACK Acknowledgement 应答信号， 当 ACK=1时候表示ack字段有意义
SYN 和 ACK 也表示 TCP 的标志位?

三次握手的步骤

客户端 发起握手，目的端点是 服务端 的端点 post_server 
生成一个随机数作为它的初始化发送序号 x
发出一个同步报文段，SYN=1，发送序号 seq=x
并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认

服务端监听到端口 post_server 上有连接请求，响应 
生成一个随机数作为它的初始发送序号 seq = y
发出同步报文字段并对主机 A 端口1的连接请求进行确认，发送ack=x+1
即发送 SYN+ACK 包，此时服务器进入SYN_RECV状态

主机 A 
发出对 服务端 端口 post_server 的确认，确认序号 ack=y+1，还有seq=x+1
客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手

为什么采用3次握手而不是2次握手?

第一次握手 客户端发，服务端 知道 客户端 可以 发消息
第二次握手 服务端收和发，客户端 知道 服务端 可以 接收消息 和 发消息
第三次握手 客户端收和发，服务端 知道 客户端可以 接收消息 和 发消息

3 次是双向通信的最小值，也就是 SYN, SYN ACK, ACK ，两个发送、两个接收 ，其中第二次把接收和发送合在一起了

如果两次握手的话，客户端有可能因为网络阻塞等原因会发送多个请求报文，这时服务器就会建立连接，浪费掉许多服务器的资源。所以要增加第三次握手。

第3次失败会怎么办?

第三次失败，只有客户端处于成功状态（因为第2次服务器返回了ACK），服务器端没有接收到客户端的 ACK。

这要分几种情况讨论：

In other words, if the ACK is dropped but the next packet is not dropped, then everything is fine. 

也就是说客户端发出的 ACK 丢失了，发出的 下一个数据包 没有丢失，则服务端接收到下一个数据包（这个数据包里也会带上 ACK 信息），能够进入正常的 ESTABLISHED 状态

如果服务端和客户端都没有数据发送，或者服务端想发送数据（但是发不了，因为没有收到客户端的 ACK），服务器都会有定时器发送第二步SYN+ACK数据包，如果客户端再次发送ACK成功，建立连接。

如果一直不成功，服务器肯定会有超时设置，超时之后会给客户端发RTS报文，进入CLOSED状态，防止SYN洪泛攻击。

四次握手关闭连接

主机 A 关闭 A主机的 端口1 到 B主机的 端口2 的传输连接：
应用程序通知 TCP 数据已经发送完毕时，关闭连接
TCP 向主机 B 发送一个带 FIN 附加标记的报文段（FIN 表示 finish），FIN=1，seq=x

主机 B 响应： 

收到这个 FIN 报文段之后，并不立刻用 FIN 报文段回复主机 A，而是先向主机 A 发送一个确认序号 ，ACK=1，ack=x+1
同时通知自己相应的应用程序，主机 A 方传输已经结束，对方要求关闭连接（先发送 ACK 的目的是为了防止这段时间内，主机 A 重传 FIN 报文段） 

此时 A 到 B 方向上的传输连接已经关闭（看第4有TIME_WAIT状态等待2MSL，第2步的 A 到 B 并没有彻底关闭？），但是主机 B 到 A 还可以发送数据，连接处于半关闭的状态。（因为原来 TCP 是全双工的工作方式，只关闭了一端的连接）

主机 B 关闭 端口2到端口1的传输连接：
应用程序告诉 TCP: 我要彻底地关闭连接
TCP 收到对最后数据的确认后，向主机 A 发送一个 FIN 报文段。FIN=1，seq=y，y 是 B 发送数据的最后字节的序号加1。ACK=1，seq=x+1。

主机 A 响应：
收到这个 FIN 报文段之后，向主机 B 发送一个 ACK 表示连接彻底释放。ACK=1，ack=y+1
主机B收到主机A的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，主机A等待2MSL （Maximum Segment Lifetime）后依然没有收到回复，则证明主机 B已正常关闭，那好，主机A也可以关闭连接了。

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手?

TCP是全双工模式，关闭连接时，当 主机 B收到主机A的FIN报文时，仅仅表示主机 A不再发送数据了但是还能接收数据。

主机 B也未必全部数据都发送给A了，所以B可以立即close；也可以发送一些数据给A后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此， 主机 BACK和FIN一般都会分开发送。