談到網路，首先就需要知道計算機網路中的兩個參考模型，即OSI參考模型與TCP/IP參考模型。

OSI參考模型

OSI（Open System Interconnect），即開放式系統互聯。 一般都叫OSI參考模型，是ISO組織在1985年研究的網路互連模型。該體系結構標準定義了網路互連的七層框架（物理層、資料鏈路層、網路層、運輸層、會話層、表示層和應用層），即ISO開放系統互聯參考模型。在這一框架下進一步詳細規定了每一層的功能，以實現開放系統環境中的互連性、互操作性和應用的可移植性。

具體的分佈如下圖所示：

OSI 七層模型通過七個層次化的結構模型使不同的系統不同的網路之間實現可靠的通訊，因此其最主要的功能就是幫助不同型別的主機實現資料傳輸 。完成中繼功能的節點通常稱為中繼系統。

TCP/IP參考模型是計算機網路的祖父ARPANET和其後繼的因特網使用的參考模型。ARPANET是由美國國防部DoD（U.S.Department of Defense）贊助的研究網路。逐漸地它通過租用的電話線連結了數百所大學和政府部門。當無線網路和衛星出現以後，現有的協議在和它們相連的時候出現了問題，所以需要一種新的參考體系結構。這個體系結構在它的兩個主要協議出現以後，被稱為TCP/IP參考模型（TCP/IP reference model）。

具體分層情況如下圖：

可以看出，TCP並不像OSI模型那樣將網路層次劃分的那樣細緻，因此在實用性方面TCP/IP就顯得尤為重要，而在學習過程中，主要需要掌握的也是基於TCP/IP這種網路參考模型，要搞清楚整個計算機網路中體系中做了什麼事情，需要對每一層都進行仔細的研究。

1、物理層

基本資料傳輸單元：位元流。

主要裝置：常見的有網絡卡、集線器、中繼器、調變解調器等

主要功能：實現位元流的透明傳輸，實現相鄰計算機節點之間位元流的透明傳輸，儘可能遮蔽掉具體傳輸介質與物理裝置的差異。使其上面的資料鏈路層不必考慮網路的具體傳輸介質是什麼。

2、資料鏈路層

基本資料傳輸單元：幀

主要裝置：網橋、交換機等

主要功能：主要負責建立和管理節點間的鏈路，通過各種控制協議，將有差錯的物理通道變為無差錯的、能可靠傳輸資料幀的資料鏈路。

3、網路層

基本資料傳輸單元：分組

主要裝置：路由器

主要功能：該層控制資料鏈路層與物理層之間的資訊轉發，建立、維持與終止網路的連線，通過路由演算法，為報文或分組通過通訊子網選擇最適當的路徑。

主要協議：網際協議（IP）、網際網路組管理協議（IGMP）和網際網路控制報文協議（ICMP）。

4、傳輸層

傳輸層的基本資料傳輸單元為資料段，下三層的主要任務是資料傳輸，上三層的主要任務是資料處理。而傳輸層是第四層，因此該層是通訊子網和資源子網的介面和橋樑，起到承上啟下的作用。

主要功能：向用戶提供可靠的、端到端的差錯和流量控制，保證報文的正確傳輸。

主要協議：傳輸控制協議（TCP）和使用者資料報協議（UDP).

5、應用層

應用層是計算機使用者，以及各種應用程式和網路之間的介面

主要任務：直接向用戶提供服務，完成使用者希望在網路上完成的各種工作。它在其他6層工作的基礎上，負責完成網路中應用程式與網路作業系統之間的聯絡，建立與結束使用者之間的聯絡，並完成網路使用者提出的各種網路服務及應用所需的監督、管理和服務等各種協議。此外，該層還負責協調各個應用程式間的工作。

主要服務和協議：檔案服務、目錄服務、檔案傳輸服務（FTP）、遠端登入服務（Telnet）、電子郵件服務（E-mail）、列印服務、安全服務、網路管理服務、資料庫服務等。

常考面試題

(1)交換機和路由器有什麼區別？

說起來也很簡單交換機是在物理層主要負責的在同一個區域網之中進行資訊傳遞，而路由器主要解決的是不同區域網之間進行資料通訊的時的資訊互動裝置，交換機擁有一條很高頻寬的背部匯流排和內部交換矩陣。交換機的所有的埠都掛接在這條總線上，控制電路收到資料包以後，處理埠會查詢記憶體中的地址對照表以確定目的MAC（網絡卡的硬體地址）的NIC（網絡卡）掛接在哪個埠上，通過內部交換矩陣迅速將資料包傳送到目的埠，目的MAC若不存在則廣播到所有的埠，接收埠迴應後交換機會“學習”新的地址，並把它新增入內部MAC地址表中。

使用交換機也可以把網路“分段”，通過對照MAC地址表，交換機只允許必要的網路流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現，避免共享衝突。

(2)集線器與路由器在功能上有什麼不同?

集線器的作用可以簡單的理解為將一些機器連線起來組成一個區域網。而交換機（又名交換式集線器）作用與集線器大體相同。但是兩者在效能上有區別：集線器採用的是共享寬頻方式，而交換機是獨享頻寬。這樣在機器很多或資料量很大時，兩者將會有比較明顯的。而路由器與以上兩者有明顯區別，它的作用在於連線不同的網段並且找到網路中資料傳輸最合適的路徑。路由器是產生於交換機之後，就像交換機產生於集線器之後，所以路由器與交換機也有一定聯絡，不是完全獨立的兩種裝置。路由器主要克服了交換機不能路由轉發資料包的不足。

兩種模型比較

相同點：

(1)都採用了分層的思想對進行劃分；

(2)本質上都是按照主要的功能進行劃分

(3)都提供了面向連線和無連線的

不同點：

(1)OSI採用的是7層模型，TCP/IP採用的是4層模型；

(2)OSI的抽象程度更高，適合描述網路的各種複雜層次，而TCP/IP是先有協議，然後才建立的模型，因此實用性更高；

(3)OSI層次劃分清晰，概念過於複雜，TCP/IP介面、服務和協議之間劃分並不清晰，功能描述和實現細節區分不清；

(4)TCP/IP的網路介面層並不是真正的一層，OSI層次太多含糊不清，導致整個模型變的複雜；

(5)OSI分層複雜不利於實現，而TCP/IP雖然協議劃分不像OSI那樣清晰，但在實用性方面還是取得了很大的成功。

圖示比較：  

TCP/IP協議棧與資料包封裝

具體的通訊過程如下圖所示：

資料從一臺主機通過一定的路徑傳送到另外一臺主機上時，每層的協議棧上面都要加上相應的該層協議的報頭，對有效資料包進行封裝，具體的TCP/IP資料包封裝過程如下圖所示：

上面所描述的情況都是在同一個區域網之中兩臺主機進行資訊互動，如果在不同的區域網之間進行資料互動，就不得不使用我們在上面介紹的關於不同區域網之間進行通訊的裝置路由器，由此可知在不同的區域網之間進行資訊互動，需要經過一個或者多個路由器才能完成資訊的互動，下面以經過一臺路由器的情況為例，如下圖所示：

ARP與RARP協議

ARP協議

ARP協議即地址解析協議，當在一直IP地址時用來求MAC地址的一個TCP/IP協議，主機發送資訊時將包含目的IP地址的資訊按照廣播的形式傳送出去，並接收返回的資訊已確定目的MAC地址，收到的目的MAC地址會先儲存一段時間，下次請求時可以直接從儲存的ARP列表中獲取。

目的：在網路通訊時,源主機的應用程式知道目的主機的IP地址和埠號,卻不知道目的主機的硬體地址,而資料包首先是被網絡卡接收到再去處理上層協議的,如果接收到的資料包的硬體地址與本機不符,則直接丟棄。因此在通訊前必須獲得目的主機的硬體地址，ARP協議就起到這個作用。

每臺主機都維護一個ARP快取表,可以用arp -a命令檢視。快取表中的表項有過期時間(一般為20分鐘),如果20分鐘內沒有再次使用某個表項,則該表項失效,下次還要發ARP請求來獲得目的主機的硬體地址。

ARP資料報格式：

例如：A主機（源地址）向B主機（目的地址）進行ARP請求，A的MAC為：00:05:5d:61:58:a8；A的IP地址：c0 a8 00 37(192.168.0.55)。

B的MAC為：00:05:5d:a1:b8:40；B的IP地址：c0 a8 00 02(192.168.0.2).

請求幀為

乙太網首部(14位元組) ff ff ff ff ff 00 05 5d 61 58 a8 08 06//廣播地址的目標地址是全1。08 06：ARP幀

APR幀(28位元組)

00 01 //硬體型別表示為乙太網；硬體地址(MAC地址)長度為6,協議地址(IP地址)長度為4（0604）

08 0006 0400 0100 05 5d 61 58 a8c0 a8 00 37//協議型別0800表示為IP地址；op為0x0001表示請求；

00 00 00 00 00 00c0 a8 00 02//此處目的乙太網地址為全0，IP地址為B的。A主機ARP的目的就是獲得B主機硬體地址（MAC地址/實體地址）。

填充位（18位元組）

應答幀為：

乙太網首部 （位元組） 00 05 5d 61 58 a800 05 5d a1 b8 40 08 06

APR幀(28位元組)

00 01

08 0006 0400 0200 05 5d a1 b8 40c0 a8 00 02 //op為0x0002表示應答；

00 05 5d 61 58 a8c0 a8 00 37//目的乙太網地址和IP地址為A的

填充位（18位元組）

RARP協議

RARP稱為地址逆解析協議，它的過程正好和ARP相反，允許區域網的物理機器從閘道器伺服器的ARP表或者快取上請求其IP地址。網路管理員在區域網閘道器路由器裡建立一個表以對映實體地址（MAC）和與其對應的IP地址。當設定一臺新的機器時，其RARP客戶機程式需要向路由器上的 RARP 伺服器請求相應的IP地址。假設在路由表中已經設定了一個記錄，RARP 伺服器將會返回 IP 地址給機器，此機器就會儲存起來以便日後使用。

RARP資料報格式

工作方式:RARP以與ARP相反的方式工作。RARP發出要反向解析的實體地址並希望返回其對應的IP地址，應答包括由能夠提供所需資訊的RARP伺服器發出的IP地址。雖然傳送方發出的是廣播資訊，RARP規定只有RARP伺服器能產生應答。許多網路指定多個RARP伺服器，這樣做既是為了平衡負載也是為了作為出現問題時的備份。

IP資料報格式

各欄位詳細解析：

●版本（Version）欄位：佔4位元。用來表明IP協議實現的版本號，當前一般為IPv4，即0100。　　
●報頭長度（Internet Header Length，IHL）欄位：佔4位元。是頭部佔32位元的數字，包括可選項。普通IP資料報（沒有任何選項），該欄位的值是5，即160位元=20位元組。此欄位最大值為60位元組。　　
●服務型別（Type of Service ，TOS）欄位：佔8位元。其中前3位元為優先權子欄位（Precedence，現已被忽略）。第8位元保留未用。第4至第7位元分別代表延遲、吞吐量、可靠性和花費。當它們取值為1時分別代表要求最小時延、最大吞吐量、最高可靠性和最小費用。這4位元的服務型別中只能置其中1位元為1。可以全為0，若全為0則表示一般服務。服務型別欄位聲明瞭資料報被網路系統傳輸時可以被怎樣處理。例如：TELNET協議可能要求有最小的延遲，FTP協議（資料）可能要求有最大吞吐量，SNMP協議可能要求有最高可靠性，NNTP（Network News Transfer Protocol，網路新聞傳輸協議）可能要求最小費用，而ICMP協議可能無特殊要求（4位元全為0）。實際上，大部分主機會忽略這個欄位，但一些動態路由協議如OSPF（Open Shortest Path First Protocol）、IS-IS（Intermediate System to Intermediate System Protocol）可以根據這些欄位的值進行路由決策。　　
●總長度欄位：佔16位元。指明整個資料報的長度（以位元組為單位）。最大長度為65535位元組。　　
●標誌欄位：佔16位元。用來唯一地標識主機發送的每一份資料報。通常每發一份報文，它的值會加1。　　
●標誌位欄位：佔3位元。標誌一份資料報是否要求分段。　　
●段偏移欄位：佔13位元。如果一份資料報要求分段的話，此欄位指明該段偏移距原始資料報開始的位置。　　
●生存期（TTL：Time to Live）欄位：佔8位元。用來設定資料報最多可以經過的路由器數。由傳送資料的源主機設定，通常為32、64、128等。每經過一個路由器，其值減1，直到0時該資料報被丟棄。　　
●協議欄位：佔8位元。指明IP層所封裝的上層協議型別，如ICMP（1）、IGMP（2） 、TCP（6）、UDP（17）等。　　
●頭部校驗和欄位：佔16位元。內容是根據IP頭部計算得到的校驗和碼。計算方法是：對頭部中每個16位元進行二進位制反碼求和。（和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不對頭部後的資料進行校驗）。　　
●源IP地址、目標IP地址欄位：各佔32位元。用來標明發送IP資料報文的源主機地址和接收IP報文的目標主機地址。　　
●可選項欄位：佔32位元。用來定義一些任選項：如記錄路徑、時間戳等。這些選項很少被使用，同時並不是所有主機和路由器都支援這些選項。可選項欄位的長度必須是32位元的整數倍，如果不足，必須填充0以達到此長度要求。

IP如何分片：

1）、檢查DF標誌位，檢查是否允許分片。如果設定了該位，則資料報將被丟棄，並將一個ICMP錯誤返回給源主機。

2）、基於MTU，確定片長度，將資料長度分為若干部分。（除了最後的資料部分，所有新建的資料選項的長度必須是8個位元組的整數倍。）

3）、每個資料部分被放入一個IP資料報，這些數的資料報的報頭略微修改了原來的報文頭。

4）、除了最後的資料報分片外，每個分片都設定了多個分片標誌位。

5）、每個分片的偏移量欄位設定為這個資料部分在原來的資料報所佔的位置，這個位置相當於原來未分片的資料報的開頭處。

6）、如果在原來的資料報中包括了選項，則選項型別位元組的高位位元組決定了這個資訊是被複制到所有的分片資料段，還是隻複製到了第一個資料報。

7）、設定新資料報的報文頭欄位及總長度欄位。

8）、重新計算報文頭部校驗和。

IP的組裝：

為了高效第組裝分片，用於儲存分片的資料結構必須做到：

1）、快速定位屬於某一資料報的一組分組。

2）、在屬於某一資料報的一組分片中快速插入新的分片。

3）、有效地判斷一個數據報的所有分片是否已經全部接收。

4）、具有組裝超時機制，如果在重組完成之前定時器溢位，則刪除該資料報的所有內容。

代理伺服器與NAT技術辨析

http://blog.csdn.net/double_happiness/article/details/73929931

IP地址與路由

IP地址與子網掩碼做與運算可以得到網路號,主機號從全0到全1就是子網的地址範圍。

127.*的IP地址用於本機環回(loop back)測試,通常是127.0.0.1。loopback是系統中一種特殊的網路裝置,如果傳送資料包的目的地址是環回地址或者與本機其它網路裝置的IP地址相同，則資料包不會發送到網路介質上,而是通過環回裝置再發回給上層協議和應用程式,主要用於測試。

一些不能用作主機IP 地址的特殊地址:

目的地址為255.255.255.255 ,表示本網路內部廣播,路由器不轉發這樣的廣播資料包。

主機號全為0的地址只表示網路而不能表示某個主機,如192.168.10.0(假設子網掩碼 為255.255.255.0)。
目的地址的主機號為全1,表示廣播至某個網路的所有主機,例如目的地址192.168.10.255表示廣播至192.168.10.0網路(假設子網掩碼為255.255.255.0)。

路由表：由很多路由條目組成,每個條目都指明去往某個網路的資料包應該經由哪個介面傳送,其中最後一條是預設路由條目。路由條目路由表中的一行,每個條目主要由目的網路地址、子網掩碼、下一跳地址、傳送介面四部分組成,如果要傳送的資料包的目的網路地址匹配路由表中的某一行,就按規定的介面傳送到下一跳地址。預設路由條目路由表中的最後一行,主要由下一跳地址和傳送介面兩部分組成,當目的地址與路由表中其它行都不匹配時,就按預設路由條目規定的介面傳送到下一跳地址。

路由是從尋找目標網路開始的，對於路由來說其找尋目標網路地址一般有三種可能：

1、知道，但當前網段找不到（送至下一路由）；2、不知道，也找不到。（送至預設閘道器）；3、知道，也能在當前網段找到。

路由如何確定要傳送的網路號？

IP資料報中存有目標IP地址，所以當路由獲得該地址時，通過與子網掩碼的“與”操作，便能得到一個網路號，將其與路由表中的目標地址（Destination）條目進行逐一比對，如果比對成功則通過該網路號對應的傳送介面（Use Iface）發出；若未匹配到，則說明不在該區域網絡，須將其從eth0的傳送介面發出，將其送至預設閘道器處，再由其路由表決定下一跳的地址。

UDP資料報頭

各欄位詳細解釋

●源、目標埠號欄位：佔16位元。作用與TCP資料段中的埠號欄位相同，用來標識源端和目標端的應用程序。　　
●長度欄位：佔16位元。標明UDP頭部和UDP資料的總長度位元組。　　
●校驗和欄位：佔16位元。用來對UDP頭部和UDP資料進行校驗。和TCP不同的是，對UDP來說，此欄位是可選項，而TCP資料段中的校驗和欄位是必須有的。　

UDP協議全稱是使用者資料報協議，在網路中它與TCP協議一樣用於處理資料包，是一種無連線的協議。在OSI模型中，在第四層的傳輸層，處於IP協議的上一層。UDP有不提供資料包分組、組裝和不能對資料包進行排序的缺點，也就是說，當報文傳送之後，是無法得知其是否安全完整到達的。UDP用來支援那些需要在計算機之間傳輸數據的網路應用。包括網路視訊會議系統在內的眾多的客戶/伺服器模式的網路應用都需要使用UDP協議。UDP協議從問世至今已經被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經被一些類似協議所掩蓋，但是即使是在今天UDP仍然不失為一項非常實用和可行的網路傳輸層協議。

UDP協議不面向連線,也不保證傳輸的可靠性。例如:傳送端的UDP協議層只管把應用層傳來的資料封裝成段交給IP協議層就算完成任務了,如果因為網路故障該段無法發到對方,UDP協議層也不會給應用層返回任何錯誤資訊。接收端的UDP協議層只管把收到的資料根據埠號交給相應的應用程式就算完成任務了,如果傳送端發來多個數據包並且在網路上經過不同的路由,到達接收端時順序已經錯亂了,UDP協議層也不保證按傳送時的順序交給應用層。通常接收端的UDP協議層將收到的資料放在一個固定大小的緩衝區中等待應用程式來提取和處理,如果應用程式提取和處理的速度很慢,而傳送端傳送的速度很快,就會丟失資料包,UDP協議層並不報告這種錯誤。因此,使用UDP協議的應用程式必須考慮到這些可能的問題並實現適當的解決方案,例如等待應答、超時重發、為資料包編號、流量控制等。一般使用

UDP協議的應用程式實現都比較簡單,只是傳送一些對可靠性要求不高的訊息,而不傳送大量的資料。例如,基於UDP的TFTP協議一般只用 trivial ftp TCP FTP於傳送小檔案,而基於TCP的協議適用於各種檔案的傳輸。

UDP協議的特點：UDP使用底層的網際網路協議來傳送報文，同IP一樣提供不可靠的無連線資料包傳輸服務。它不提供報文到達確認、排序、及流量控制等功能

CRC差錯校驗

TCP資料報頭

各欄位詳細解釋

●源、目標埠號欄位：佔16位元。TCP協議通過使用"埠"來標識源端和目標端的應用程序。埠號可以使用0到65535之間的任何數字。在收到服務請求時，作業系統動態地為客戶端的應用程式分配埠號。在伺服器端，每種服務在"眾所周知的埠"（Well-Know Port）為使用者提供服務。
●順序號欄位：佔32位元。用來標識從TCP源端向TCP目標端傳送的資料位元組流，它表示在這個報文段中的第一個資料位元組。　　

●確認號欄位：佔32位元。只有ACK標誌為1時，確認號欄位才有效。它包含目標端所期望收到源端的下一個資料位元組。　　
●頭部長度欄位：佔4位元。給出頭部佔32位元的數目。沒有任何選項欄位的TCP頭部長度為20位元組；最多可以有60位元組的TCP頭部。　　
●標誌位欄位（U、A、P、R、S、F）：佔6位元。各位元的含義如下：　　
◆URG：緊急指標（urgent pointer）有效。　　
◆ACK：確認序號有效。　　
◆PSH：接收方應該儘快將這個報文段交給應用層。　　
◆RST：重建連線。　　
◆SYN：發起一個連線。　　
◆FIN：釋放一個連線。　　
●視窗大小欄位：佔16位元。此欄位用來進行流量控制。單位為位元組數，這個值是本機期望一次接收的位元組數。　　
●TCP校驗和欄位：佔16位元。對整個TCP報文段，即TCP頭部和TCP資料進行校驗和計算，並由目標端進行驗證。　　
●緊急指標欄位：佔16位元。它是一個偏移量，和序號欄位中的值相加表示緊急資料最後一個位元組的序號。　　
●選項欄位：佔32位元。可能包括"視窗擴大因子"、"時間戳"等選項。

1）、應用層向TCP層傳送用於網間傳輸的、用8位位元組表示的資料流，然後TCP把資料流分割槽成適當長度的報文段（通常受該計算機連線的網路的資料鏈路層的最大傳輸單元（MTU）的限制）。

2）、TCP把結果包傳給IP層，由它來通過網路將包傳送給接收端實體的TCP層。TCP為了保證不發生丟包，就給每個包一個序號，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。

3）、接收端實體對已成功收到的包發回一個相應的確認（ACK）。如果傳送端實體在合理的往返時延（RTT）內未收到確認，那麼對應的資料包就被假設為已丟失將會被進行重傳。TCP用一個校驗和函式來檢驗資料是否有錯誤，在傳送和接收時都要計算校驗和。

TCP（Transmission Control Protocol 傳輸控制協議）是一種面向連線的、可靠的、基於位元組流的傳輸層通訊協議，由IETF的RFC793定義。在簡化的計算機網路OSI模型中，它完成第四層傳輸層所指定的功能，使用者資料報協議（UDP）是同一層內另一個重要的傳輸協議。在因特網協議族（Internet protocol suite）中，TCP層是位於IP層之上，應用層之下的中間層。不同主機的應用層之間經常需要可靠的、像管道一樣的連線，但是IP層不提供這樣的流機制，而是提供不可靠的包交換。

TCP/IP三次握手，四次揮手及原因

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