计算机网络
网络基础概念
- 计算机网络的定义：什么是计算机网络？
- 网络分类：
- 按范围：局域网（LAN）、广域网（WAN）、城域网（MAN）。
- 按拓扑结构：星型、环型、总线型、网状等。
- 网络设备：路由器、交换机、网关、调制解调器等。
网络协议
OSI 七层模型与四层模型
OSI七层模型：为了使全世界不同体系结构的计算机能够互联，国际化标准组织ISO提出开放系统互联基本参考模型，简称OSI，即七层协议体系结构。
OSI七层模型是一个大而全的理论模型，而TCP/IP四层模型是由实际应用发展总结出来的，但从实质上讲，TCP/IP只有最上面三层，最下面一层没有具体内容，TCP/IP参考模型没有真正描述这一层的实现，只是要求能够提供给其上层-网络互连层一个访问接口，以便在其上传递IP分组。
OSI 七层模型
1. 物理层（Physical Layer）
- 功能：
- 负责在物理介质上传输原始的比特流（0和1）。
- 定义电气、机械、时序和接口标准，确保数据能够通过物理介质（如电缆、光纤、无线电波）传输。
- 不关心数据的含义，只关注如何传输比特流。
- 协议/技术：
- 以太网（Ethernet）、USB、蓝牙、Wi-Fi（IEEE 802.11）、光纤（Fiber Optic）、RS-232等。
- 设备：
- 网卡（NIC）、集线器（Hub）、中继器（Repeater）、调制解调器（Modem）等。
- 实际应用：
- 通过网线将电脑连接到路由器。
- 通过Wi-Fi将手机连接到无线网络。
2. 数据链路层（Data Link Layer）
- 功能：
- 提供节点到节点的数据传输（通常是同一局域网内的设备）。
- 将比特流组织成帧（Frame），并进行错误检测和纠正。
- 管理物理地址（MAC地址），确保数据帧发送到正确的设备。
- 协议/技术：
- 以太网（Ethernet）、PPP（点对点协议）、HDLC（高级数据链路控制）、VLAN（虚拟局域网）等。
- 设备：
- 交换机（Switch）、网桥（Bridge）等。
- 实际应用：
- 交换机根据MAC地址将数据帧转发到目标设备。
- 在局域网中，设备通过MAC地址相互通信。
3. 网络层（Network Layer）
- 功能：
- 负责数据包的路由和转发，实现不同网络之间的通信。
- 使用逻辑地址（如IP地址）来标识设备，并选择最佳路径将数据包从源设备传输到目标设备。
- 处理拥塞控制、分段和重组。
- 协议/技术：
- IP（Internet Protocol）、ICMP（Internet控制消息协议）、ARP（地址解析协议）、RIP（路由信息协议）、OSPF（开放最短路径优先）等。
- 设备：
- 路由器（Router）、三层交换机（Layer 3 Switch）等。
- 实际应用：
- 路由器根据IP地址将数据包从你的电脑发送到远程服务器。
- 互联网中数据包通过多个路由器跳转到达目的地。
4. 传输层（Transport Layer）
- 功能：
- 提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠性和完整性。
- 负责流量控制、错误恢复和数据分段。
- 提供两种主要服务：
- 面向连接的服务（如TCP）：确保数据可靠传输。
- 无连接的服务（如UDP）：提供高效但不保证可靠性的传输。
- 协议/技术：
- TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）、SCTP（流控制传输协议）等。
- 实际应用：
- TCP用于网页浏览（HTTP）、文件传输（FTP）等需要可靠传输的场景。
- UDP用于视频流、在线游戏等对实时性要求高的场景。
5. 会话层（Session Layer）
- 功能：
- 管理应用程序之间的会话（Session），控制对话的建立、维护和终止。
- 提供同步点，以便在通信中断时恢复会话。
- 管理对话模式（全双工、半双工、单工）。
- 协议/技术：
- NetBIOS、RPC（远程过程调用）、PPTP（点对点隧道协议）等。
- 实际应用：
- 在视频会议中，会话层管理用户之间的连接和断开。
- 在数据库访问中，会话层管理客户端与服务器之间的会话。
6. 表示层（Presentation Layer）
- 功能：
- 负责数据的格式化、加密和解密，确保数据在不同系统间的兼容性。
- 将应用层的数据转换为网络格式，或将网络格式转换为应用层数据。
- 处理数据压缩、加密和字符编码转换。
- 协议/技术：
- SSL/TLS（加密）、JPEG（图像格式）、MPEG（视频格式）、ASCII/Unicode（字符编码）等。
- 实际应用：
- 在HTTPS通信中，表示层使用SSL/TLS对数据进行加密。
- 在文件传输中，表示层将数据转换为适合网络传输的格式。
7. 应用层（Application Layer）
- 功能：
- 提供用户接口和网络服务，支持应用程序之间的通信。
- 直接为用户提供服务，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。
- 协议/技术：
- HTTP（网页浏览）、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件）、DNS（域名解析）、DHCP（动态主机配置协议）等。
- 实际应用：
- 使用浏览器访问网页时，应用层使用HTTP协议与服务器通信。
- 发送电子邮件时，应用层使用SMTP协议。
总结
OSI七层模型的核心思想是分层解耦，每一层只关注自己的功能，并通过标准接口与上下层交互。这种设计使得网络协议和设备的开发、维护和升级更加灵活和高效。
| 层级 | 名称 | 功能概述 | 协议示例 | 设备示例 |
|---|---|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 提供用户接口和网络服务 | HTTP、FTP、SMTP、DNS | 应用程序 |
| 6 | 表示层 | 数据格式化、加密、压缩 | SSL/TLS、JPEG、MPEG | - |
| 5 | 会话层 | 管理应用程序之间的会话 | NetBIOS、RPC | - |
| 4 | 传输层 | 提供端到端的数据传输服务 | TCP、UDP | 网关 |
| 3 | 网络层 | 负责数据包的路由和转发 | IP、ICMP、ARP | 路由器 |
| 2 | 数据链路层 | 提供节点到节点的数据传输 | 以太网、PPP | 交换机、网桥 |
| 1 | 物理层 | 在物理介质上传输原始比特流 | 以太网、Wi-Fi、USB | 网卡、集线器 |
TCP/IP 四层模型
-
- 网络接口层、网络层、传输层、应用层。
- 常见协议：
- 网络层：IP（IPv4/IPv6）、ICMP、ARP。
- 传输层：TCP、UDP。
- 应用层：HTTP、HTTPS、FTP、DNS、SMTP、WebSocket 等。
IP 地址和子网划分
- IP 地址：
- IPv4 和 IPv6 的区别。
- 公有 IP 和私有 IP。
- 子网划分：
- 子网掩码（Subnet Mask）。
- CIDR（无类别域间路由）表示法。
- NAT（网络地址转换）：原理和作用。
传输层协议
- TCP（传输控制协议）：
- 三次握手和四次挥手。
- 可靠传输机制（确认、重传、流量控制、拥塞控制）。
- UDP（用户数据报协议）：
- 无连接、不可靠传输。
- 适用场景（如视频流、在线游戏）。
HTTP/HTTPS
- HTTP 协议：
- 请求/响应模型。
- 请求方法（GET、POST、PUT、DELETE 等）。
- 状态码（1xx、2xx、3xx、4xx、5xx）。
- Headers（如 Content-Type、Cache-Control、Authorization）。
- HTTPS：
- SSL/TLS 加密机制。
- 证书和 CA（证书颁发机构）。
DNS（域名系统）
- DNS 的作用：将域名解析为 IP 地址。
- DNS 查询过程：递归查询和迭代查询。
- DNS 记录类型：A、CNAME、MX、TXT 等。
网络安全基础
- 加密技术：
- 对称加密（如 AES）。
- 非对称加密（如 RSA）。
- 认证和授权：
- OAuth、JWT（JSON Web Token）。
- 常见攻击与防御：
- DDoS 攻击、SQL 注入、XSS（跨站脚本攻击）、CSRF（跨站请求伪造）。
网络编程
- Socket 编程：
- TCP Socket 和 UDP Socket。
- 客户端-服务器模型。
- RESTful API：
- 设计原则（如资源、HTTP 方法、状态码）。
- 使用工具（如 Postman）测试 API。
网络工具
- Ping：测试网络连通性。
- Traceroute：追踪数据包路径。
- Netstat：查看网络连接状态。
- Wireshark：抓包分析工具。
云计算和网络
- CDN（内容分发网络）：加速内容分发。
- 负载均衡：如 Nginx、HAProxy。
- 云服务网络：如 AWS VPC、Azure Virtual Network。
实际应用场景
- Web 开发：理解 HTTP/HTTPS 请求的生命周期。
- 移动开发：处理网络请求和数据同步。
- 微服务架构：服务间通信（如 gRPC、REST）。
- 物联网（IoT）：设备与服务器的通信。