网络知识点汇总

 

1、OSI，TCP/IP，五层协议的体系结构，以及各层协议

 

 

 

OSI分层 （7层）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 
TCP/IP分层（4层）：网络接口 网络层、运输层、 应用层。 
TCP/IP五层协议 （5层）：物理层、数据链路层、网络层、运输层、 应用层。

每一层的协议如下：
物理层：RJ45、CLOCK、IEEE802.3 （中继器，集线器，网关） 
数据链路：PPP、FR、HDLC、VLAN、MAC （网桥，交换机） 
网络层：IP（Internet Protocol，因特网互联协议）、ICMP（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）、ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）、RARP（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）、OSPF、IPX、RIP、IGRP、 （路由器） 
传输层：TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）、SPX 
会话层：NFS、SQL、NETBIOS、RPC 
表示层：JPEG、MPEG、ASII 
应用层：FTP（文件传送协议）、DNS（域名解析协议）、Telnet（远程登录协议）、SMTP（邮件传送协议）、HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）、WWW、NFS

每一层说明及作用：
（1）物理层：
        作用：确保原始的数据可在各种物理媒体上传输

（2）数据链路层：　
        数据链路层最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。
        作用：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

（3）网络层：
        网络层的目的是实现两个主机系统之间的数据透明传送。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是“路径选择、路由及逻辑寻址”。
　　　　 作用：寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。

（4）传输层：
        第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。
　　　　 传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。

　　　　 作用：为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

　　 　　注：网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。    

（5）会话层：
　　　　会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。
　　　　作用：建立、管理、终止进程之间的会话

（6）表示层：
　　　　表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。
　　　　作用：对数据进行翻译、加密和压缩

（7）应用层：
　　　　是最靠近用户的OSI层，为用户的应用程序提供网络服务的接口。将用户的操作通过应用程序转换成为服务，并匹配一个相应的服务协议发送给传输层。
　　　　作用：将用户的操作通过应用程序转换成为服务，并匹配一个相应的服务协议发送给传输层。

       注：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。

 

2、传输层协议与网络层协议的区别？

网络层协议负责的是提供主机间的逻辑通信 
运输层协议负责的是提供进程间的逻辑通信

 

3、数据链路层协议可能提供的服务有那些？

成帧、链路访问、透明传输、可靠交付、流量控制、差错检测、差错纠正、半双工和全双工。最重要的是帧定界（成帧）、透明传输以及差错检测。

 

4、TCP和UDP的区别

TCP 和UDP协议属于传输层协议。

 

 

5、TCP对应的协议和UDP对应的协议

TCP对应的协议：
FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。
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。
SMTP：邮件传送协议，用于发送邮件。服务器开放的是25号端口。
POP3：它是和SMTP对应，POP3用于接收邮件。POP3协议所用的是110端口。
HTTP：是从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议，端口默认80。

UDP对应的协议：
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。
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。
TFTP(Trival File TransferProtocal)，简单文件传输协议，该协议在熟知端口69上使用UDP服务。

 

6、TCP数据包结构

 

表6-1 控制位
控制位	说明
URG	为 1 表示紧急指针有效，为 0 则忽略紧急指针值。
ACK	为 1 表示确认号有效，为 0 表示报文中不包含确认信息，忽略确认号字段。
PSH	为 1 表示是带有 PUSH 标志的数据，指示接收方应该尽快将这个报文段交给应用层而不用等待缓冲区装满。
RST	用于复位由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。它还可以用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。 一般情况下，如果收到一个 RST 为 1 的报文，那么一定发生了某些问题。
SYN	同步序号，为 1 表示连接请求，用于建立连接和使顺序号同步（ synchronize ）
FIN	用于释放连接，为 1 表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流

 

源端口：16比特，用于表示应用层的连接。表示产生数据包的应用层进程
目的端口：16比特，用于表示应用层的连接。表示数据包所要到达的目的进程。
序列号 seq：32比特，表示数据流中的字节数。序列号为首字节在整个数据流中的位置。初始序列号随机产生，并在连接建立阶段予以同步。
确认号 ack：32比特，表示确认号为序列号加上1的数据包及其以前的所有数据包已经正确接收，也就是说他相当于下一个准备接收的字节的序列号。
头部信息：4比特，用于指示数据起始位置。由于TCP包头中可选项的长度可变，因此整个包头的长度不固定。如果没有附加字段，则TCP数据包基本长度为20字节。
窗口：16位，表示源端主机在请求接收端等待确认之前需要接收的字节数。它用于流量控制，窗口大小根据网络拥塞情况和资源可用性进行增减。
校验位：16位。用于检查TCP数据包头和数据的一致性。
紧急指针：16位。当URG码有效时只向紧急数据字节。
可选项：存在时表示TCP包头后还有另外的4字节数据。TCP常用的选项为最大数据包（并非整个TCP报文）MSS。每一个TCP段都包含一个固定的20字节的段头。TCP段头由20字节固定头和一些可选项组成。实际数据部分最多可以有65495（65535－20－20＝65495）字节。

 

7.1、TCP三次握手的全过程

第一次握手：客户端发送syn包(syn=x)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

注：握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。

 

 

 

7.2、为什么要三次握手

三次握手的目的是建立可靠的通信信道，说到通讯，简单来说就是数据的发送与接收，而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的。
第一次握手：Client 什么都不能确认；Server 确认了对方发送正常
第二次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：自己接收正常，对方发送正常
第三次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：自己发送、接收正常，对方发送接收正常
所以三次握手就能确认双发收发功能都正常，缺一不可。

 

8、TCP的四次挥手全过程

1、客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

2、服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

3、客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

4、服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

5、客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2*MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

6、服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

 

9、HTTP传输流程

HTTP 是一种无状态协议 . 无状态是指客户端和服务端之间不需要建立持久的连接 , 客户端发起一个请求 , 服务器端返回响应 , 这个连接就会被关闭 , 在服务器端不会保留该请求的有关信息 .

HTTP的工作流程如下 :
1.地址解析：地址解析是通过域名系统DNS解析服务器域名从而获得主机的IP地址。
2.封装HTTP 请求：解析协议名、主机名、端口、对象路径等并结合本机的一些信息封装成一个 HTTP 请求数据包。
3.封装 TCP 包：将HTTP请求数据包进一步封装成TCP数据包。
4.建立TCP连接：基于TCP三次握手机制建立TCP连接。
5.客户端发送请求命令：在连接建立之后 , 客户端发送 HTTP 请求到服务端与请求相关的信息都会包含在请求头和请求体中发送给服务器端
6.服务器端响应：服务器在接收到请求后，结合业务逻辑进行数据处理，然后向客户端返回相应的响应信息。响应信息包括：状态行、协议版本号、成功或错误代码和消息体等内容。
7.关闭连接:服务器端在发送完响应之后 , 就会关闭连接 , 如果客户端的请求的头部信息中有 Connection:keep-alive , 那么客户端在响应完这个请求之后不会关闭连接 , 知道客户端的所有请求都响应完毕 , 才会关闭连接 , 这样大大节省了带宽和 IO 资源 .

 

10、HTTPS

HTTPS协议 = HTTP协议 + SSL/TLS协议，在HTTPS数据传输的过程中，需要用SSL/TLS对数据进行加密和解密，需要用HTTP对加密后的数据进行传输。
SSL的全称是Secure Sockets Layer，即安全套接层协议，是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。
TLS的全称是Transport Layer Security，即安全传输层协议。虽然TLS与SSL3.0在加密算法上不同，但是在我们理解HTTPS的过程中，我们可以把SSL和TLS看做是同一个协议。

HTTPS为了兼顾安全与效率，同时使用了对称加密和非对称加密。数据是被对称加密传输的，对称加密过程需要客户端的一个密钥，为了确保能把该密钥安全传输到服务器端，采用非对称加密对该密钥进行加密传输，总的来说，对数据进行对称加密，对称加密所要使用的密钥通过非对称加密传输。

 

11、HTTPS传输过程

1.客户端向服务器发起HTTPS请求，连接到服务器的443端口
2.服务器端有一个密钥对，即公钥和私钥，是用来进行非对称加密使用的，服务器端保存着私钥，不能将其泄露，公钥可以发送给任何人。
3.服务器将自己的公钥发送给客户端。
4.客户端收到服务器端的公钥之后，会对公钥进行检查，验证其合法性，如果发现发现公钥有问题，那么HTTPS传输就无法继续。严格的说，这里应该是验证服务器发送的数字证书的合法性，关于客户端如何验证数字证书的合法性，下文会进行说明。如果公钥合格，那么客户端会生成一个随机值，这个随机值就是用于进行对称加密的密钥，我们将该密钥称之为client key，即客户端密钥，这样在概念上和服务器端的密钥容易进行区分。然后用服务器的公钥对客户端密钥进行非对称加密，这样客户端密钥就变成密文了，至此，HTTPS中的第一次HTTP请求结束。
5.客户端会发起HTTPS中的第二个HTTP请求，将加密之后的客户端密钥发送给服务器。
6.服务器接收到客户端发来的密文之后，会用自己的私钥对其进行非对称解密，解密之后的明文就是客户端密钥，然后用客户端密钥对数据进行对称加密，这样数据就变成了密文。
7.然后服务器将加密后的密文发送给客户端。
8.客户端收到服务器发送来的密文，用客户端密钥对其进行对称解密，得到服务器发送的数据。这样HTTPS中的第二个HTTP请求结束，整个HTTPS传输完成。

 

12、TCP协议如何保证传输的可靠性

（1）应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
（2）TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
（3）校验和： TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
（4）TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
（5）流量控制： TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。 （TCP 利用滑动窗口实现流量控制）
（6）拥塞控制： 当网络拥塞时，减少数据的发送。如果有发生丢包则通过拥塞控制减小窗口，确定出合适(慢启动 拥塞避免 快重传 快恢复)的拥塞窗口。
　　①慢启动：不要一开始就发送大量的数据，先探测一下网络的拥塞程度，也就是说由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小;
　　②拥塞避免：拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍，这样拥塞窗口按线性规律缓慢增长。
　　③快重传：快重传要求接收方在收到一个 失序的报文段 后就立即发出 重复确认（为的是使发送方及早知道有报文段没有到达对方）而不要等到自己发送数据时捎带确认。快重传算法规定，发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段，而不必继续等待设置的重传计时器时间到期。
　　④快恢复：快重传配合使用的还有快恢复算法，当发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把ssthresh门限减半，但是接下去并不执行慢开始算法：因为如果网络出现拥塞的话就不会收到好几个重复的确认，所以发送方现在认为网络可能没有出现拥塞。所以此时不执行慢开始算法，而是将cwnd设置为ssthresh的大小，然后执行拥塞避免算法。
（7）停止等待协议 也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。 超时重传： 当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

 

13、ARP（地址解析协议），简述其工作原理

（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。

 

14、DNS（Domain Name System 域名系统），简单描述其工作原理。

当DNS客户机需要在程序中使用名称时，它会查询DNS服务器来解析该名称。
客户机发送的每条查询信息包括三条信息：包括：指定的DNS域名，指定的查询类型，DNS域名的指定类别。
基于UDP服务，端口53. 该应用一般不直接为用户使用，而是为其他应用服务，如HTTP，SMTP等在其中需要完成主机名到IP地址的转换。

 

 

15、HTTP中常见状态码

状态码	原因短语
消息响应（1XX）
100	Continue（继续）
101	Switching Protocol（切换协议）
成功响应（2XX）
200	成功
201	已创建
202	已接受
203	未授权信息
204	无内容
205	重置内容
206	部分内容
网络重定向（3XX）
300	多重选择
301	永久移动
302	临时移动
303	查看其它位置
304	未修改
305	使用代理
306	未使用
307	临时重定向
308	永久重定向
客户端错误（4XX）
400	错误请求
401	未授权
402	需要付款
403	禁止访问
404	未找到
405	不允许使用该方法
406	无法接收
407	要求代理身份验证
408	请求超时
409	冲突
410	已失效
411	需要内容的长度
412	预处理失败
413	请求实体过长
414	请求网址过长
415	媒体类型不支持
416	请求范围不合要求
417	预期结果失败
服务器端错误（5XX）
500	内部服务器错误
501	未实现
502	网关错误
503	服务不可用
504	网管超时
505	HTTP版本不受支持