标签：IP 网络 TCP 发送 地址 IP地址 图解

第一章 网络基础知识

1.1 计算机网络出现的背景

1.2 计算机与网络发展的7个阶段

1.3 协议

1.4 协议由谁规定

OSI(Open Systems Interconnection)

1.5协议分层与OSI参考模型

• 应用层
  为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件传输、电子邮件、远程登录(虚拟终端)等协议。
• 表示层
  将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此它主要负责数据格式的转换。
  具体来说，就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输模式。不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同。因此，使它们保持一致是这一层的主要作用。
• 会话层
  负载建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路),以及数据的分割等数据传输相关的管理。
• 传输层
  起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理，而无需在路由器上处理。
• 网络层
  将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某一个地址。因此这一层主要负责寻址和路由选择
• 数据链路层
  负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输。例如与1个以太网相连的2个节点之间的通信。
  将0、1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端(数据帧的生成与接收)
• 物理层
  负责0、1比特流(0、1序列)与电压的高低、光的闪灭之间的互换。

1.6 OSI参考模型通信处理类型

表示层:将数据从"某个计算机特定的数据格式"转换为"网络通用的标准数据格式"后再发送出去。接收端主机收到数据以后将这些网络标准格式的数据恢复为"该计算机特定的数据格式",然后再进行相应处理。

会话层:决定采用何种连接方法是会话层的主要责任。会话层负载决定建立连接和断开连接的时机，而传输层进行实际的建立和断开处理。

传输层:进行建立连接或断开连接的处理，在两个主机之间创建逻辑上的通信连接是传输层的主要作用。

网络层:网络层的作用是在网络与网络相互连接的环境中，将数据从发送端主机发送到接收端主机。

MAC(Media Access Control):介质访问控制

传输方式的分类

面向有连接型与面向无连接型

电路交换与分组交换.

根据接收端数量分类

• 单播(Unicast)
• 广播(Broadcast)
• 多播(Multicast)
• 任播(Anycast)

地址

地址的唯一性

1.8.2 地址的层次性

MAC地址和IP地址在标识一个通信主体时虽然都具有唯一性，但是它们当中只有IP地址具有层次性。
网络传输中，每个节点会根据分组数据的地址信息，来判断该报文应该由哪个网卡发送出去。为此，各个地址会参考一个发出接口列表。在这一点上MAC寻址与IP寻址是一样的。只不过MAC寻址中所参考的这张表叫做地址转发表，而IP寻址中所参考的叫做路由控制表。MAC地址转发表中所记录的是实际的MAC地址本身，而路由表中记录的IP地址则是集中了之后的网络号。

1.9 网络的构成要素

设备	作用
网卡	使计算机连网的设备(Network Interface)
中继器(Repeater)	从物理层上延长网络的设备
网桥(Bridge)/2层交换机	从数据链路层上延长网络的设备
路由器(Router)/3层交换机	通过网络层转发分组数据的设备
4-7层交换机	处理传输层以上各层网络传输的设备
网关(Gateway)	转换协议的设备

1.9.1 通信媒介与数据链路

传输速率与吞吐量
传输速率:单位时间内传输的数据量有多少。
传输速率又称作带宽(Bandwidth),带宽越大网络传输能力就越强。
主机之间实际的传输速率被称作吞吐量。其单位与带宽相同，都是bps(Bits Per Second)。吞吐量这个词不仅衡量带宽，同时也衡量主机的CPU处理能力、网络的拥堵程度、报文中数据字段的占有份额(不含报文首部，只计算数据字段本身)等信息。

1.9.2 网卡

1.9.3 中继器

中继器(Repeator)是在OSI模型的第1层-物理层面上延长网络的设备。
由电缆传过来的电信号或光信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆。
用中继器无法连接一个100Mbps的以太网和另一个10Mbps的以太网。连接两个不同速度的网络需要的是网桥或路由器这样的设备。

1.9.4 网桥/2层交换机

网桥是在OSI模型的第2层-数据链路层面上连接两个网络的设备。它能够识别数据链路层中的数据帧，并将这些数据帧临时存储于内存，再重新生成信号作为一个全新的帧转发给相连的另一个网段。

1.9.5 路由器/3层交换机

路由器是在OSI模型的第3层-网路层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备。网桥是根据物理地址(MAC地址)进行处理，而路由器/3层交换机则是根据IP地址进行处理的。由此，TCP/IP中网路层的地址就成为了IP地址。

1.9.6 4~7层交换机

4_{7层交换机负责处理OSI模型中从传输层至应用层的数据。如果用TCP/IP分层模型来表述，4}7层交换机就是以TCP等协议的传输层及其上面的应用层为基础，分析收发数据，并对其进行特定的处理。

1.9.7 网关

网关是OSI参考模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备。它与4~7层交换机一样都是处理传输层及以上的数据，但是网关不仅转发数据还负责对数据进行转换，它通常会使用一个表示层或应用层网关，在两个不能进行直接通信的协议直接进行翻译，最终实现两者之间的通信。

1.10 现代网络实态

1.10.1 网络的构成

1.10.2 互联网通信

1.10.3 移动通信

1.10.4 从信息发布者的角度看网络

第2章 TCO/IP基础知识

2.1 TCP/IP出现的背景及其历史

2.1.1 从军用技术的应用谈起

分布式网络使其即便在某一处受到通信攻击，也会在迂回线路的基线范围内始终保持通信无阻。

2.1.2 ARPANET的诞生

2.1.3 TCP/IP的诞生

2.1.4 UNIX系统的普及与互联网的扩张

2.1.5 商用互联网服务的启蒙

2.2 TCP/IP 的标准化

2.2.1 TCP/IP 的具体含义

2.2.2 TCP/IP 标准化精髓

2.2.3 TCP/IP规范-RFC

2.2.4 TCP/IP的标准化流程

2.2.5 RFC的获取方法

2.3 互联网基础知识

2.3.1 互联网定义

Internet 指网际网，The Internet指互联网。

2.3.2 互联网与TCP/IP的关系

2.3.3 互联网的结构

2.3.4 ISP和区域网

2.4 TCP/IP协议分层模型

2.4.4 网络层

• IP
  虽然IP也是分组交换的一种协议，但是它不具有重发机制。即使分组数据包未能到达对端主机也不会重发。因此，属于非可靠性传输协议。
• ICMP
  IP数据包在发送途中一旦发送异常导致无法到达对端目标地址时，需要给发送端发送一个发生异常的通知。ICMP就是为这一功能而制定的。它有时也被用来诊断网络的健康状况。
• ARP
  从分组数据包的IP地址中解析出物理地址(MAC地址)的一种协议。

2.4.5 传输层

2.5 TCP/IP 分层模型与通信示例

2.5.1 数据包首部

包、帧、数据包、段、消息
以上五个术语都用来表述数据的单位，大致区分如下：
包可以说是全能性术语。帧用于表示数据链路层中包的单位。而数据包是IP和UDP等网络层以上的分层包的单位。段则表示TCP数据流中的信息。最后，消息是指应用协议中数据的单位。

2.5.2 发送数据包

2.5.3 经过数据链路的包

2.5.4 数据包接受处理

第3章 数据链路

3.1 数据链路的作用

数据链路层的协议定义了通过通信媒介互连的设备之间传输的规范。

3.2 数据链路相关技术

3.2.1 MAC地址

3.2.2 共享介质型网络

共享介质网络指由多个设备共享一个通信介质的一种网络。

共享介质型网络中有两种介质访问控制方式: 一种是争用方式，另一种是令牌传递方式。

• 争用方式
• 令牌传递方式

3.2.3 非共享介质网络

非共享介质网络是指不共享介质，是对介质采取专用的一种传输控制方式。

3.2.4 根据MAC地址转发

3.2.5 环路检测技术

为此，有必要解决网络中的环路问题。具体有生成树与源路由两种方式。

3.2.6 VLAN

在交换机中传输帧时，在以太网首部加入这个VID标签，根据这个值决定将数据帧发送给哪个网段。

3.3 以太网

3.3.1 以太网连接形式

3.3.2 以太网的分类

以太网中以时钟频率决定传输速度
1K = 1000
1M = 1000K
1G = 1000M

3.3.3 以太网的历史

3.3.4 以太网帧格式

• 8位字节
  8个比特也被称为8位字节。只有为了强调1个字节中包含8个比特时才会使用。

3.4 无线通信

3.5 PPP

3.6 其他数据链路

3.7 公共网络

第4章IP协议

4.1 IP即网际协议

4.1.1 IP相当于OSI参考模型的第3层

4.1.2 网络层与数据链路层的关系

4.2 IP基础知识

IP大致分为三大模块，它们是IP寻址、路由以及IP分包与组包。

4.2.1 IP地址属于网络层地址

4.2.2 路由控制

因此，一个数据包之所以能够成功地到达最终的目的地址，全靠路由控制。

• 发送数据至最终目标地址
  一跳的范围
  一跳(1 hop)是指利用数据链路层以下分层的功能传输数据帧的一个区间。
  多跳路由是指路由器或主机在转发IP数据包时只指定下一个路由器或主机，而不是将最终目标地址为止的所有通路全都指定出来。
  路由控制表
  为了将数据包发给目标主机，所有主机都维护着一张路由控制表。该表记录IP数据在下一步应该发给那个路由器。IP包将根据这个路由表在各个数据链路上传输。

4.2.3 数据链路的抽象化

不同数据链路有个最大的区别，就是它们各自的最大传输单位(MTU:Maximum Transmission Unit)不同.
MTU的值在以太网中是1500字节，在FDDI中是4352字节,而ATM则为9180字节。

4.2.4 IP属于面向无连接型

IP面向无连接。即在发包之前，不需要建立与对端目标地址之间的连接。

4.3 IP地址的基础知识

因此，IP地址就像是TCP/IP通信的一块基石。

4.3.1 IP地址的定义

4.3.2 IP地址由网络和主机两部分标识组成

ip地址由"网络标识"和"主机标识"两部分组成。

4.3.3 IP地址的分类

4.3.4 广播地址

主机地址部分全部设置为1，就成为了广播地址。

• 两种广播
  广播分为本地广播和直接广播两种。
  在本网络内的广播叫做本地广播。
  在不同网络之间的广播叫做之间广播。

4.3.5 IP多播

• 同时发送提高效率

• IP多播与地址
  生存时间TTL(Time To Live)

4.3.6 子网掩码

• 子网与子网掩码
  子网掩码用二进制方式表示的话，也是一个32位的数字。它对应IP地址网络标识部分的位全部为"1",对应IP地址主机标识的部分则全部为"0".

4.3.7 CIDP与VLSM

4.3.8 全局地址与私有地址

nat(network address translation)

4.3.9 全局地址由谁决定

4.4 路由控制

4.4.1 IP地址与路由控制

4.4.2 路由控制表的聚合

4.5 IP分割处理与再构成处理

4.5.1 数据链路不同,MTU则相异.

4.5.2 IP报文的分片与重组

mtu(Maximum Transmission Unit)

4.5.3 路径MTU发现

路径MTU(Path MTU)是指从发送端主机到接收端主机之间不需要分片时最大MTU的大小。即路径中存在的所有数据链路中最小的MTU。而路径MTU发现从发送主机按照路径MTU的大小将数据报分片后进行发送。进行路径MTU发送，就可以避免在中途的路由器上进行分片处理,也可以在TCP中发送更大的包。现在，很多操作系统都已经实现了路径MTU发现的功能。

mss(Maximum Segment Size, 最大报文段长度)

4.6 IPv6

4.6.1 IPv6的必要性

4.6.2 IPv6的特点

4.6.3 IPv6中IP地址的标记方法

4.6.4 IPv6地址的结构

4.6.5 全局单播地址

全局单播地址是指世界上唯一的一个地址

4.6.6 链路本地单播地址

链路本地单播地址是指在同一个数据链路内唯一的地址。

4.6.7 唯一本地地址

唯一本地地址是不进行互联网通信时所使用的地址。

4.6.8 IPv6分段处理

4.7 IPv4 首部

IPv6 首部格式

第五章 IP协议相关技术

5.1 仅凭IP无法完成通信

5.2 DNS

DNS(Domain Name System)

5.2.1 IP地址不便记忆

5.2.2 DNS的产生

5.2.3 域名的构成

5.2.4 DNS查询

5.2.5 DNS如同互联网中的分布式数据库

5.3 ARP

5.3.1 ARP概要

ARP(Address Resolution Protocol)是一种解决地址问题的协议。

5.3.2 ARP的工作机制

ARP是借助ARP请求与ARP响应两种类型的包确定MAC地址的。

5.3.3 IP地址和MAC地址缺一不可?

5.3.4 RARP

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)是将ARP反过来，从MAC地址定位IP地址的一种协议。

5.3.5 代理ARP

通常ARP包会被路由器隔离，但是采用代理ARP（Proxy ARP）的路由器可以将ARP请求转发给邻近的网段。由此，两个以上网段的节点之间可以像在同一个网段中一样进行通信。

5.4 ICMP

5.4.1 辅助IP的ICMP

5.4.2 主要的ICMP消息

• 方便易用的traceroute
  可以显示出由执行程序的主机到达特定主机之前历经多少路由器。
  traceroute 目标主机地址

• ICMP回收消息
  用于进行通信的主机或路由器之间，判断所发送的数据包是否已经成功到达对端的一种消息。可以像对端
  主机发送回送请求的消息,也可以接受对端主机发回来的回送应答消息。网络上最常用的ping命令就是利用这个消息实现的。

5.4.3 其他ICMP消息

5.4.4 ICMPv6

5.5 DHCP

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

5.5.1 DHCP 实现即插即用

5.5.2 DHCP的工作机制

使用DHCP之前，首先要架设一台DHCP服务器(很多时候用该网段的路由器充当DHCP服务器)。如何将
DHCP所要分配的IP地址设置到服务器上。此外，还需要将相应的子网掩码、路由控制信息以及DNS服务器的地址等设置到服务器上。

5.5.3 DHCP中继代理

DHCP客户端会向DHCP中继代理发送DHCP请求包，而DHCP中继代理在收到这个广播包以后再以单播的形式发给DHCP服务器。服务器端收到该包以后再向
DHCP中继代理返回应答，并由DHCP中继代理将此包转发给DHCP客户端。

5.6 NAT

5.6.1 NAT定义

NAT(Network address Translator)是用于在本地网络中使用私有地址，在连接互联网时转而使用全局IP地址的技术。
除转换IP地址外，还出现了可以转换TCP、UDP端口号的NAPT(Network address Ports translator)技术。

5.6.2 NAT的工作机制

5.6.3 NAT-PT(NAPT-PT)

PT是Protocol Translation的缩写。
NAT-PT是将IPv6的首部转换为IPv4的首部的一种技术。有了这种技术，那些只有IPv6地址的主机也就能够与IPv4地址的其他主机进行通信了。

5.6.4 NAT的潜在问题

5.6.5 解决NAT的潜在问题与NAT穿越

5.7 IP隧道

5.8 其他IP相关技术

5.8.1 IP多播相关技术

5.8.2 IP任播

IP任播主要用于报警电话110与消防电话119系统。
IP任播是指为那些提供同一种服务的服务器配置同一个IP地址，并与最近的服务器进行通信的一种方法。

5.8.3 通信质量控制

5.8.4 显示拥赛通知

5.8.5 Mobile IP

第6章 TCP与UDP

6.1 传输层的作用

6.1.1 传输层定义

6.1.2 通信处理

6.1.3 两种传输层协议TCP和UDP

6.1.4 TCP与UDP区分

6.2 端口号

6.2.1 端口号定义

数据链路和IP中的地址，分别指的是MAC地址和IP地址。前者用来识别同一链路中不同的计算机，后者用来识别TCP/IP网络中互联的主机和路由器。
在传输层中也有这种类似于地址的概念，那就是端口号。端口号用来识别同一台计算机中进行通信的不同应用程序。因此，它也被称为程序地址。

6.2.2 根据端口号识别应用

6.2.3 通过IP地址、端口号、协议号进行通信识别

6.2.4 端口号如何确定

• 标准既定的端口号
• 时序分配法
  动态分配的端口号取值范围在49152到65535之间

6.2.5 端口号与协议

6.3 UDP

UDP是User Datagram Protocol 的缩写。

6.4 TCP

6.4.1 TCP的特点及其目的

TCP通过校验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。

6.4.2 通过序列号与确认应答提高可靠性

序列号是按顺序给发送数据的每一个字节都标上号码的编号。接收端查询接收数据TCP首部中的序列号和数据的长度，将自己下一步应该接收的序号作为确认应答返送回去。

6.4.3 重发超时如何确定

在BSD的Unix以及Windows系统中，超时都以0.5秒为单位进行控制，因此重发超时都是0.5秒的整数倍。不过，由于最初的数据包还不知道往返时间，所以其中法超时一般设置为6秒左右。
数据被重发之后若还是收不到确认应答，则进行再次发送。此时等待确认应答的时间将会以2倍、4倍的指数函数延长。
此外，数据也不会被无限、反复地重发。达到一定重发次数之后，如果仍没有任何确认应答返回，就会判断为网络或对端主机发生了异常，强制关闭连接。并且通知应用通信异常强行终止。

6.4.4 连接管理

syn 同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers). ACK (Acknowledge character）即是确认字符.

6.4.5 TCP以段为单位发送数据

在建立TCP连接的同时，也可以确定发送数据包的单位，我们也可以称其为"最大消息长度".

6.4.6 利用窗口控制提高速度

发送端主机，在发送了一个段以后不必要一直等待确认应答，而是继续发送。

6.4.7 窗口控制与重发控制

使用了窗口控制，某些确认应答即便丢失也无需重发。

6.4.8 流控制(流量控制)

tcp提供一种机制可以让发送端根据接收端的实际接收能力控制发送的数据量。这就是所谓的流控制。它的具体操作是，接收端
主机向发送端主机通知自己可以接受数据的大小，于是发送端会发送不超过这个限度的数据。该大小限度就被称作窗口大小。

6.4.9 拥塞控制

tcp为了防止突然发送一个较大量的数据，在通信一开始时就会通过一个叫做慢启动的算法得出的数值，对发送数据量进行控制。

6.4.10 提高网络利用率的规范

• nagle 算法
  TCP中为了提高网络的利用率，经常使用一个叫做Nagle的算法。
  该算法是指发送端即使还有应该发送的数据，但如果这部分数据很少的话,则进行延迟发送的一种处理机制。
  具体来说，就是仅在下列任意一种条件下才能发送数据。如果这两个条件都不满足，那么暂时等待一段时间以后再进行数据发送。

  • 已发送的数据都已经收到确认应答时
  • 可以发送最大段长度(MSS)的数据时
    根据这个算法虽然网络利用率可以提高，但是可能会发生某种程度的延迟。为此，在窗口系统以及机械控制等领域中使用TCP时，往往会关闭对该算法的启用。

• 延迟确认应答
  当某个接收端收到这个小窗口的通知以后，会以它为上限发送数据，从而又降低了网络的利用率。为此，引入了一个方法，那就是收到数据以后并不立即返回确认应答，而是延迟一段时间的机制。

  • 在没有收到2x最大段长度的数据为止不做确认应答(根据操作系统的不同，有时也有不论数据大小，只要收到两个包就即刻返回确认应答的情况。)
  • 其他情况下，最大延迟0.5秒发送确认应答(很多操作系统设置为0.2秒左右)
    事实上，大可不必为每一个数据段都进行一次确认应答。TCP采用滑动窗口的控制机制，因此通常确认应答少一些无妨。TCP文件传输中，绝大多数是每两个数据段返回一次确认应答。

• 捎带应答
  捎带应答是指在同一个TCP包中既发送数据又发送确认应答的一种机制。由此，网络的利用率会提高，计算机的负荷也会减轻。不过，确认应答必须得等到应用处理完数据并将作为回执的数据返回为止，才能进行捎带应答。

6.4.11 使用TCP的应用

6.5 其他传输层协议

6.5.1 UDP-Lite

UPD-Lite(Lightweight User Datagram Protocol, 轻量级用户数据报协议))。

6.5.2 SCTP

SCTP(Stream Control Transmission Protocol, 流控制传输协议)
主要用于进行通信的应用之间发送众多较小消息的情况。

6.5.3 DCCP

DCCP(Datagram Congestion Control Protocol, 数据报拥塞控制协议)是一个辅助UDP的崭新的传输层协议。

6.6 UDP首部的格式

6.7 TCP首部格式

在TCP中，与其使用一个连接传输数据，使用多个连接传输数据会达到更高的网络吞吐量。在Web浏览器中一般会通过同时建立4个左右连接来提高吞吐量

第7章 路由协议

7.1 路由控制的定义

7.1.1 IP地址与路由控制

7.1.2 静态路由与动态路由

7.1.3 动态路由的基础

7.2 路由控制范围

7.2.2 自治系统与路由协议

7.2.3 IGP与EGP

7.3 路由算法

路由控制有各种各样的算法，其中最具代表性的有两种，是距离向量(Distance-Vector)算法和链路状态(Link-State)算法。

7.3.1 距离向量算法

7.3.2 链路状态算法

7.3.3 主要路由协议

7.4 RIP

RIP(routing information protocol)是距离向量型的一种路由协议。

7.4.1 广播路由控制信息

7.4.2 根据距离向量确定路由

7.4.3

第8章 应用协议

8.2 远程登录

8.3 文件传输

FTP是通过怎样的机制才得以实现文件传输的呢?它使用两条TCP连接:一条用来控制，另一条用于数据(文件)的传输。

8.4 电子邮件

8.4.1 电子邮件的工作机制

技术上改变了以往直接在发送端与接收端主机之间建立TCP连接的机制，而引进了一种一直会连接电源的邮件服务器。

8.4.2 邮件地址

8.4.3 MIME

鉴于MIME规定了应用消息的格式，因此在OSI参考模型中它相当于第6层表示层。

8.4.4 SMTP

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)即简单邮件传输协议

8.4.5 POP

POP的全称是 Post Office Protocol，即邮局协议，用于电子邮件的接收，它使用TCP的110端口。

8.4.6 IMAP

IMAP(Internet Mail Access Protocol) 交互邮件访问协议

8.5 WWW

8.6 网络管理

8.7 其他应用层协议

8.7.1 多媒体通信实现技术

• RTP: 实时传输协议（Real-time Transport Protocol)
• RTCP(RTP Control Protocol)
• 数字压缩技术

8.7.2 P2P

第9章网络安全

9.1 TCP/IP 与网络安全

9.2 网络安全构成要素

9.2.1 防火墙

9.2.2 IDS(入侵检测系统)

IDS(intrusion detection system)

9.2.3 反病毒/个人防火墙

9.3 加密技术基础

9.4 安全协议

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