网络基础知识概括

0 基础概念

• IP地址：ipv4/ipv6
• ipv4地址分类：A、B、C、D、E类。主要区别为网络号、主机号占有多少位的区别。
• CIDR（无类型域间选路）：将32位IP地址一分为二，前多少位为网络号，剩余的为主机号。表示方法为：10.100.122.2/24。24表示前24位位网络号，后8位位主机号。
• 广播地址：即向这个地址发送消息，所有主机都能接受到。广播地址位二进制主机号变为1，如上面的位10.100.122.255。
• 子网掩码：将二进制网络号变为1，其余位变为0。如上述IP子网掩码为255.255.255.0。通过子网掩码域IP地址取and计算可求出网络号。
• 共有IP：想要与互联网进行连接，让全世界的人可以访问必须要有共有IP。
• 私有IP：局域网内分配的IP，通常如192.168.1.xxx，局域网IP是可以重复的。不同的局域网可以有相同的IP地址。
• Mac 地址：网卡的物理标识，全球唯一。相当于人的身份证。IP地址具有定位功能，Mac 地址无法定位，或者说定位功能有限。
• DHCP（动态主机配置协议）：局域网内自动配置IP地址。新来的机器用IP地址0.0.0.0发送广播包，目的IP地址为255.255.255.255。使用的是UDP协议。DHCP服务器会通过新机器的Mac 地址进行IP地址分配，新机器再确认这个IP。最后DHCP会广播告诉大家新机器使用了这个IP。
• APR协议：已知IP地址，求Mac 地址。在一个局域网内，发送广播消息，谁是这个IP谁来回答。为了避免每次都进行APR请求，会有缓存。
• 交换机：
• 网关：一定和源IP地址同网段，通常是第一个或第二个。如192.18.1.0/24这个网段，网关地址往往为192.168.1.1/24或192.68.1.1.2/24。当目标地址和源地址不是同一个网段是，需要先把数据发给网关，发给网关的过程是一样的，要先通过APR协议得到网关的Mac地址。然后的转发就完全靠网关。网关往往是个路由器，是一个三层转发设备。不改变IP地址的为转发网关，改变IP地址的为NAT网关。

1 网络分层

根据osi网络七层协议以及tcp/ip四层分法的综合，有以下五层网络分层。从上到下依次如下所示：

• 应用层：通过应用进程间的交互完成特定功能。
• 传输层：负责向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
• 网络层：选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。
• 链路层
• 物理层

1.1 各层重要概念

• 应用层：主要为http协议
• 传输层：主要为tcp、udp协议
• 网络层：ip
• 链路层：mac

2 传输层重要协议

2.1 UDP协议

UDP和TCP的区别：

• TCP是面向连接的，UDP是无连接的。

什么是面向连接的？在互通之前先通过协议建立连接，如TCP协议的三次握手。所谓建立连接，是通过某种数据结构维护客户端和服务端的连接状态。

• TCP提供可靠的交付。TCP协议传输数据保证无差错、无丢失、无重复、按顺序传达。而UDP不保证。
• TCP面线字节流。UDP继承来IP包特性，是基于数据包发送的。
• TCP具有拥塞控制，而UDP则不会。

UDP三大特点：

• 沟通简单
• 轻信他人。不会建立连接，谁都可以向它发送数据，它也可以向任何人发送数据，还能同时向多人发送。
• 不会变通。不管网络环境如何，发送的状态不会改变，改怎么发还是怎么发。

UDP三大使用场景：

• 需要资源少，网络状况好的内网环境下，对于丢包不敏感的应用。如DHCP。
• 不需要一对一沟通，建立连接，而是可以广播的应用。
• 需要处理速度快，时延低，可以容忍少数丢包的场景。

UDP使用例子：

• 流媒体协议，如果网络直播。
• 实时游戏。需要建立长连接，如果为TCP协议，服务器压力大，需要为每个连接进行处理。而UDP无需连接。同时游戏需要时延低。
• 物联网：一方面终端资源有限，通常是嵌入式系统，维护TCP协议代价太大。另一方面由于时延性问题。

2.2 TCP协议（重点）

TCP包头格式复杂：

• 顺序问题，稳重不乱
• 丢包问题，承诺靠谱
• 连接顺序，有始有终
• 流量控制，把握分寸
• 拥塞控制，知进知退

TCP三次握手：

TCP四次挥手：

流量控制：

拥塞控制：

TCP如何保证数据可靠传输？

3 Socket编程

服务器如何连接更多Socket：

• 多进程方式
• 多线程方式
• 多路复用，select
• 多路复用，epoll（epoll是Linux系统独有的）

4 Http协议

• 属于应用层
• Http请求报文格式

请求行：请求方法，URL路径，版本号
首部：
实体：

• Http响应报文格式

响应行：版本号，状态码，短语
首部：
实体：

5 Https协议

• 对称加密：
• 非对称加密：
• Https协议通过非对称加密传输对称加密所需要的密匙保证安全，之后数据传输还是通过对称加密。

6 DNS协议

• 通过域名获取IP地址
• 还能进行负载均衡