计算机网络知识(IP、TCP、UDP)--持续更新

互联网的两个重要的基本特色：连通性和共享。

计算机网络由若干结点和链接这些结点的链路组成。

互联网的组成：边缘部分、核心部分。

网络边缘的端系统之间的通讯可分为两大类：客户-服务器方式（C\S方式）和对等方式（P2P方式）；互联网的核心部分：许多网络和把它们互联的路由器。在网络核心中起到特殊做用的是路由器，路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，是网络核心部分最重要的功能。分组交换采用存储转发技术，分组（又称为包）是在互联网中传送的数据单元。

分组交换的优缺点：

优势，高效：动态分配传输带宽；灵活：为每一个分组选择最合适的转发路由；迅速：以分组为传输单位；可靠：保证可靠性的协议。

缺点，分组在路由器中存储转发时须要排队，会形成时延；没法确保端到端所需带宽；分组必须携带控制信息形成了额外的开销。

计算机网络分类：

按网络做用范围分类：广域网WAN，城域网MAN，局域网LAN，我的区域网PAN；按网络使用者分类：公用网，专用网。

计算机网络性能指标：

速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间RTT、利用率。

计算机网络体系结构：

通常讲五层协议，从底层到高层分别是：物理层、数据链路层、网络层（IP层）、运输层（TCP或UDP）、应用层（DNS、HTTP、FTP、SMTP等）。

物理层上传输数据的单位是比特；

数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧，每一帧包括数据和必要的控制信息；

网络层负责为分组交换网上的不一样主机提供通讯服务，选择合适路由，找到目的主机。网络层协议是无链接的网际协议IP和多种路由选择协议；

运输层负责向两台主机中进程间的通讯提供通用的数据传输服务。传输控制协议TCP提供面向链接的、可靠的数据传输服务，其数据传输单位是报文段；用户数据报协议UDP提供无穷尽的、尽最大努力交付的数据传输服务，不保证数据传输的可靠性，其数据传输单位是用户数据报）；

应用层经过应用进程间的交互来完成特定网络应用，应用层协议定义的是应用进程间通讯和交互的规则，应用层交互的数据单元称为报文。

实体、协议、服务、服务访问点：

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程；协议（水平的）：控制两个对等实体进行通讯的规则的集合；服务（垂直的）：本层向上一层提供服务，并使用下一层的服务；服务访问点：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方，即SAP。协议必须把全部不利的条件事先估计到，不能假定一切都是正常和理想的。

网络层（IP层）：

网络层向上只提供简单灵活的、无链接的、尽最大努力交付的数据报服务，不提供服务质量的承诺，若是主机中的进程间的通讯须要是可靠的，就由网络的主机中的运输层负责。

网际协议IP：与IP协议配套使用的三个协议分别是：地址解析协议ARP，网际控制报文协议ICMP，网际组管理协议IGMP。

IP地址（IPv4）：是给互联网上的每台主机的每一个接口分配一个在世界范围内惟一的32位标识符。IP地址由网络号和主机号两部分构成。

IPv4地址分类：A类，以0开头，8位网络号，2^³¹个地址；B类，以10开头，16位网络号，2^³⁰个地址；C类，以110开头，24位网络号，2^²⁹个地址。

IP地址与物理地址：物理地址是数据链路层和物理层使用的地址；IP地址是网络层及以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。

路由器拥有两个及以上的IP地址以及物理地址。

IP数据报的格式：

TCP/IP标准中，各类数据报格式常以4字节为单位描述。

一个IP数据报由首部和数据两部分组成。首部前一部分是固定长度，共20字节；首部的固定长度以后是可选字段，长度可变。

IPv4数据报首部固定部分中的各字段：

版本，占4位；首部长度，占4位，其单位是4字节；区分服务，占8位（通常不使用）；总长度，指首部和数据之和的长度，占16位，即2字节，所以IP数据报的最大长度为65535字节；标识，占16位相同的标识字段使得分片后的各数据报片断可以从新还原为原始数据报；标志，占3位，最低位记为MF，MF=1表示后续还有分片，MF=0表示这是最后一个分片，标志字段中间的一位记为DF，意为“不能分片”，只有DF=0才容许分片；片偏移，占13位，表示长分组在分片后，在原分组中的相对位置，片偏移以8个字节为偏移单位；生存时间（TTL），占8位，也叫“跳数限制”，每在路由器间转发一次就减1，减为0则舍弃；协议，占8位，即上层使用的协议；首部检验和，占16位，检验数据报首部，不包括数据部分；源地址，占32位；目的地址，占32位。

IP数据报首部的可变部分（IPv6没有）是一个选项字段，用于支持拍错、测量以及安全等措施，长度1~40个字节。

网际控制报文协议ICMP：

为有效转发IP数据报和提升交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP。ICMP容许主机或路由器报告差错状况和提供有关异常状况的报告。ICMP是IP层协议，不是高层协议，是IP数据报中的数据部分。

ICMP报文种类：ICMP差错报告报文（终点不可达、时间超过、参数问题、改变路由）和ICMP询问报文（回送请求和回答、时间戳请求和回答）。

路由器的构成：

路由器是具备多输入、多输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。

路由器结构：路由选择部分、分组转发部分（交换结构、一组输入端口、一组输出端口）。输入端口中的查找和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的，输入输出端口均可能产生分组排队，若队列存储空间满则会形成分组丢失。

关于IPv6：

IPv6仍支持无链接的传送，但将协议数据单元PDU称为分组。IPv6的主要变化：

更大的地址空间，共128位；扩展的地址层次结构；灵活的首部格式；改进的选项；容许协议继续扩充；支持即插即用（不须要使用DHCP）；支持资源的预分配；IPv6首部改成8字节对齐。

IPv6数据报分为基本首部和后面的有效载荷。

IPv6的地址：单播、多播、任播。IP地址分类：未指明地址（全0），环回地址（::1），多播地址（前缀11111111），本地链路单播地址（前缀1111111010），全球单播地址

运输层（UDP、TCP）：

两台主机进行通讯实际是两台主机中的应用进程进行通讯，通讯的真正端点不是主机而是主机中的进程。网络层为主机之间提供通讯，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通讯。

用户数据报协议UDP：

UDP只在IP的数据报服务上增长了不多的功能，就是复用、分用以及差错检测。

UDP的主要特色：无链接；尽最大努力交付；面向报文，对应用层交下来的报文，不合并也不拆分，保留报文边界，一次发送一个完整报文；没有拥塞控制，支持一对1、一对多、多对1、多对多的交互通讯；UDP首部开销小。

基于UDP协议的应用层协议有：DNS、TFTP、RIP、DHCP、SNMP、NFS等。

UDP首部（占8字节）：源端口、目的端口、长度、检验和，各占2字节。

传输控制协议TCP（未完待续）：

TCP的特色：TCP是面向链接的运输层协议（使用前须要先创建链接，使用完毕须要释放链接）；每条TCP是点对点的；TCP提供可靠交付的服务；TCP提供全双工通讯；面向字节流，TCP将应用程序交下来的数据仅仅当作是一连串的无结构的字节流。