计算机网络的基础知识

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网络分层：

OSI七层协议：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层

五层协议：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层

HTTP四层协议：网络接口层、网际层、运输层、应用层

ARP地址解析协议：

1. 首先，每个主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之间的对应关系。
2. 当源主机要发送数据时，首先检查ARP列表中是否有对应IP地址的目的主机的MAC地址，如果有，则直接发送数据，如果没有，就向本网段的所有主机发送ARP数据包，该数据包包括的内容有：源主机 IP地址，源主机MAC地址，目的主机的IP 地址。
3. 当本网络的所有主机收到该ARP数据包时，首先检查数据包中的IP地址是否是自己的IP地址，如果不是，则忽略该数据包，如果是，则首先从数据包中取出源主机的IP和MAC地址写入到ARP列表中，如果已经存在，则覆盖，然后将自己的MAC地址写入ARP响应包中，告诉源主机自己是它想要找的MAC地址。
4. 源主机收到ARP响应包后。将目的主机的IP和MAC地址写入ARP列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

广播发送ARP请求，单播发送ARP响应。

RARP逆地址解析协议：

RARP是逆地址解析协议，作用是完成硬件地址到IP地址的映射，主要用于无盘工作站，因为给无盘工作站配置的IP地址不能保存。工作流程：在网络中配置一台RARP服务器，里面保存着IP地址和MAC地址的映射关系，当无盘工作站启动后，就封装一个RARP数据包，里面有其MAC地址，然后广播到网络上去，当服务器收到请求包后，就查找对应的MAC地址的IP地址装入响应报文中发回给请求者。因为需要广播请求报文，因此RARP只能用于具有广播能力的网络。

ICMP互联网控制消息协议：

它用于TCP/IP网络中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈，通过这些信息，令管理者可以对所发生的问题作出诊断，然后采取适当的措施解决。它与传输协议最大的不同：它一般不用于在两点间传输数据，而常常用于返回的错误信息或是分析路由。

ICMP控制的内容包括但不仅限于：echo响应（ping）、目标网络不可达、目标端口不可达、禁止访问的网络、拥塞控制、重定向、TTL超时...

路由选择协议：

路由选择协议分为：静态的和动态的。Internet中使用的是动态路由选择协议，在Internet的概念中，将整个互联网划分为许多个小的自治系统（AS）。AS的最主要的特征：一个AS对其他AS表现出的是一个单一 和一致的路由选择策略。

由于AS的存在，路由选择协议又分为两种：

• 内部网关协议（IGP）：即在一个AS内部使用的路由选择协议，而这与互联网中其他AS选用什么路由协议无关。比如：OSPF
• 外部网关协议（EGP）：若源主机和目的主机不再同一个AS中，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个AS中，这就是EGP。比如：BGP。

DNS域名解析协议：

当 DNS 客户机需要查询程序中使用的名称时，它会查询本地DNS 服务器来解析该名称。客户机发送的每条查询消息都包括3条信息，以指定服务器应回答的问题。
　　● 指定的 DNS 域名，表示为完全合格的域名 (FQDN) 。
　　● 指定的查询类型，它可根据类型指定资源记录，或作为查询操作的专门类型。
　　● DNS域名的指定类别。

DNS的查询过程：（以访问www.qq.com为例）

1. 在浏览器中输入www.qq.com域名，操作系统会先检查自己本地的hosts文件是否有这个网址映射关系，如果有，就先调用这个IP地址映射，完成域名解析。 
2. 如果hosts里没有这个域名的映射，则查找本地DNS解析器缓存，是否有这个网址映射关系，如果有，直接返回，完成域名解析。 
3. 如果hosts与本地DNS解析器缓存都没有相应的网址映射关系，首先会找TCP/IP参数中设置的首选DNS服务器，在此我们叫它本地DNS服务器，此服务器收到查询时，如果要查询的域名，包含在本地配置区域资源中，则返回解析结果给客户机，完成域名解析，此解析具有权威性。 
4. 如果要查询的域名，不由本地DNS服务器区域解析，但该服务器已缓存了此网址映射关系，则调用这个IP地址映射，完成域名解析，此解析不具有权威性。 
5. 如果本地DNS服务器本地区域文件与缓存解析都失效，则根据本地DNS服务器的设置（是否设置转发器）进行查询，如果未用转发模式，本地DNS就把请求发至根DNS，根DNS服务器收到请求后会判断这个域名(.com)是谁来授权管理，并会返回一个负责该顶级域名服务器的一个IP。本地DNS服务器收到IP信息后，将会联系负责.com域的这台服务器。这台负责.com域的服务器收到请求后，如果自己无法解析，它就会找一个管理.com域的下一级DNS服务器地址(qq.com)给本地DNS服务器。当本地DNS服务器收到这个地址后，就会找qq.com域服务器，重复上面的动作，进行查询，直至找到www.qq.com主机。 

在浏览器中输入www.baidu.com后执行的全部过程

1. 应用层：客户端浏览器通过DNS解析到www.baidu.com的IP地址220.181.27.48，通过这个IP地址找到客户端到服务器的路径。客户端浏览器发起一个HTTP会话到220.161.27.48，然后通过TCP进行封装数据包，输入到网络层。

• DNS解析过程

• HTTP请求与响应

 　　2. 传输层：把HTTP会话请求分成报文段，添加源和目的端口，如服务器使用80端口监听客户端的请求，客户端由系统随机选择一个端口如5000，与服务器进行交换，服务器把相应的请求返回给客户端的5000端口。然后使用IP层的IP地址查找目的端。

　　3. 网络层：网络层不关心应用层或者传输层的东西，主要做的是通过查找路由表确定如何到达服务器，期间可能经过多个路由器，这些都是由路由器来完成的工作，通过查找路由表决定通过那个路径到达服务器。

 　　4. 链路层：包通过链路层发送到路由器，通过ARP协议查找给定IP地址的MAC地址，然后发送ARP请求查找目的地址，如果得到回应后就可以使用ARP的请求应答交换的IP数据包现在就可以传输了，然后发送IP数据包到达服务器的地址。

交换机、路由器、网关的概念：

• 交换机

　　在计算机网络系统中，交换机是针对共享工作模式的弱点而推出的。交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC的网卡挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表 中。
　　交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过ARP协议学习它的MAC地址，保存成一张 ARP表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不 能划分网络层广播，即广播域。

• 路由器

　　路由器（Router）是一种计算机网络设备，提供了路由与转送两种重要机制

　　路由：可以决定数据包从来源端到目的端所经过的路由路径（host到host之间的传输路径）

　　转送：将路由器输入端的数据包移送至适当的路由器输出端(在路由器内部进行)

路由工作在OSI模型的第三层——即网络层，例如网际协议。
路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。 

• 网关

　　网关（Gateway），就是连接两个网络的设备，用于连接局域网和Internet。 

　　区别于路由器，网关（gateway）能在不同协议间移动数据，而路由器（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）。
　　网关中并没有路由表，他只能按照预先设定的不同网段来进行转发。网关最重要的一点就是端口映射，子网内用户在外网看来只是外网的IP地址对应着不同的端口，这样看来就会保护子网内的用户。

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