【基础网络知识总结】-立青

本文主要介绍了网络相关的五方面内容，分别是网络分层、IP地址分类、DNS域名解析过程、TCP协议状态机和TCP拥塞控制，都是我总结的比较基础的网络知识

网络分层

网络分层有几种不同的模型，最熟悉的是OSI模型，它将网络分为以下七层框架（自底向上）：

1. 物理层

主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输并监控数据出错率，以便数据流的透明传输；

它直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即通信通道），物理层的传输单位为比特（bit），即一个二进制位（“0”或“1”）。我们熟悉的集线器（HUP）属于物理层的实现。

2. 数据链路层

主要功能是：在物理层提供的服务基础上，在通信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路；

它包括了差错检测和纠错技术等，我们熟悉的MAC地址、ARP（地址解析）协议、DHCP（动态主机配置）协议等属于这一层，同时交换机属于数据链路层的实现。

3. 网络层

主要功能是：为数据在结点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。

路由器属于网络层的实现，网络层的协议有IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP等。

4. 传输层

主要功能是：向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。

传输层是分层框架中最重要的一层，主要的协议是TCP协议和UDP协议，TCP协议在下文还会详细介绍。

5. 会话层

主要功能是：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断，以及管理数据交换等功能。

6. 表示层

主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

7. 应用层

主要功能是：为应用软件提供了很多服务，例如文件服务器、数据库服务、电子邮件与其他网络软件服务；

应用层的协议一般都有一定了解，包括HTTP，FTP，SMTP，Telent等，分别对应具体的网络服务。

下面是一张OSI分层模型的协议图：

TCP/IP参考模型：

TCP/IP模型其实包含了一系列构成互联网基础的网络协议（TCP、UDP、IPv4、IPv6、ARP、SCTP等），它将网络分为以下四层（自底向上）：

1. 网络接口层：对应于OSI模型的物理层和数据链路层；

2. 网络互联层：对应于OSI模型的网络层；

3. 传输层：对应于OSI模型的传输层；

4. 应用层：对应于OSI模型的应用层、会话层和表达层。

IP地址分类

IP地址包括两个标识码，分别是网络ID和主机ID，IP地址分类即根据这两个ID进行分类：

1. A类IP地址

第一段为网络ID（8位），后三段为主机ID（24位），网络地址最高位必须为”0“，所以A类地址的范围从1.0.0.1 – 126.255.255.255（00000001 00000000 00000000 00000001 – 01111111 11111111 11111111 11111111），最大网络数为126，最大主机数为16777214。

2. B类IP地址

前两段为网络ID（16位），后两段为主机ID（16位），网络地址最高位必须为”10“，所以B类地址的范围从128.1.0.1 – 191.255.255.255（10000000 00000001 00000000 00000001 – 10111111 11111111 11111111 11111111），最大网络数为16382，最大主机数为65534。

3. C类IP地址

前三段为网络ID（24位），后一段为主机ID（8位），网络地址最高位必须为”110“，所以C类地址的范围从192.0.1.1 – 223.255.255.255（11000000 00000000 0000001 00000001 – 11011111 11111111 11111111 11111111），最大网络数为2097150，最大主机数为254。

4. 特殊的网址

”1110“开始的地址是多播地址，即范围从224.0.0.1 – 239.255.255.254是多播地址；

0.0.0.0对应于当前主机；255.255.255.255是当前子网的广播地址；

不能以”127“开头，其中127.0.0.1代表本机IP，其它用于回路测试。

5. 私有IP地址

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。

DNS域名解析过程

1. 客户机提出DNS请求,并将该请求发送给本地的域名服务器；

2. 当本地的域名服务器收到请求后,就先查询本地的缓存,如果有该纪录项,则本地的域名服务器就直接把查询的结果返回；

3. 如果本地的缓存中没有该纪录,则本地域名服务器就直接把请求发给根域名服务器,然后根域名服务器再返回给本地域名服务器一个所查询域(根的子域)的主域名服务器的地址；

4. 本地服务器再向上一步返回的域名服务器发送请求,然后接受请求的服务器查询自己的缓存,如果没有该纪录,则返回相关的下级的域名服务器的地址；

5. 重复第四步,直到找到正确的纪录；

6. 本地域名服务器把返回的结果保存到缓存,以备下一次使用,同时还将结果返回给客户机。

TCP协议状态机

Server端和Client端初试状态都为CLOSED。

Server端：

1. LISTEN：被动打开，服务器端状态变为LISTEN(监听)；

2. SYN RCVD：服务器端收到SYN后，状态变为SYN RCVD；发送SYN和ACK；

3. ESTABLISHED：SYN RCVD收到ACK后，状态变为ESTABLISHED；

4. CLOSE_WAIT：Server端在收到FIN后，发送ACK，状态变为CLOSE_WAIT，如果此时Server端还有数据需要发送，那么就发送，直到数据发送完毕；

5. LAST ACK：Server端在CLOSE_WAIT状态并发送完数据后，发送FIN，状态变为LAST_ACK；

Client端：

1. SYN SEND：Client发送SYN后，状态变为SYN_SENT；

2. ESTABLISHED：SYN_SENT在收到SYN ACK，状态变为ESTABLISHED，发送ACK；

3. FIN WAIT 1：Client发送FIN，准备断开TCP连接；状态从ESTABLISHED变为FIN_WAIT_1；

4. FIN_WAIT_2：Client只收到Server端的ACK信号，并没有收到FIN信号；说明服务器端还有数据传输，那么此时为半连接；

5. TIME_WAIT：两种方式进入该状态：（1）FIN_WAIT_1进入：此时应Client收到FIN+ACK（而不是像FIN_WAIT_2那样只收到ACK，说明数据已经发送完毕）并向服务器端口发送ACK；2、FIN_WAIT_2进入：此时Client收到了FIN，然后向服务器端发送ACK；TIME_WAIT是为了实现TCP 全双工连接的可靠性关闭，用来重发可能丢失的ACK报文；需要持续2个MSL(最大报文生存时间)：假设应用程序端口在进入TIME_WAIT后，2个 MSL时间内并没有收到FIN,说明应用程序最后发出的ACK已经收到了；否则，会在2个MSL内在此收到ACK报文。

Server端和Client端最后又变为CLOSED状态！

问题：为什么建立连接是三次握手，关闭连接却是四次握手？

因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。