基础网络知识

网路通信模式

单播

原理
　　一对一进行数据通信，在确认对方身份的情况下，进行数据的通信；

优点
　　服务器及时响应客户机的请求
　　服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据，容易实现个性化服务。

缺点
　　服务器针对每个客户机发送数据流，服务器流量＝客户机数量×客户机流量；在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。
　　现有的网络带宽是金字塔结构，城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5％。如果全部使用单播协议，将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞，只要有5％的客户在全速使用网络，其他人就不要玩了。而将主干扩展20倍几乎是不可能。

广播

原理
    一对多进行数据通信，一个主机通过广播的形式对所有的机器进行呼叫，进行地址的确认

优点
    网络设备简单，维护简单，布网成本低廉
    由于服务器不用向每个客户机单独发送数据，所以服务器流量负载极低。

缺点
    无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。
    广播禁止在Internet宽带网上传输。
    网络允许服务器提供数据的带宽有限，客户端的最大带宽＝服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道（如果采用数字压缩技术，理论上可以提供500个频道），即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干，也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。

 

组播

原理
    一对一组进行数据通信，也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据，网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。

优点
    需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流，节省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。
    由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发，所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个（268435456）组播，所以其提供的服务可以非常丰富。
    此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。

缺点
    与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错包后难以弥补，但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。
    现行网络虽然都支持组播的传输，但在客户认证、QOS等方面还需要完善，这些缺点在理论上都有成熟的解决方案，只是需要逐步推广应用到现存网络当中。

参考地址：https://blog.csdn.net/woshihongq/article/details/81482276

 

网络通信规则

单工

单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；在同一时间只有一方能接受或发送信息，不能实现双向通信，举例：电视，广播。

双工

双工又叫全双工，数据通信时允许数据同时在两个方向上传输,因此,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力；在同一时间可以同时接受和发送信息，实现双向通信，举例：电话通信。

半双工

半双工数据传输允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信；在同一时间只可以有一方接受或发送信息，可以实现双向通信。举例：对讲机。

注：网卡的全双工（Full Duplex）是指网卡在发送数据的同时也能够接收数据,两者同步进行,这好像我们平时打电话一样,说话的同时也能够听到对方的声音.目前的网卡一般都支持全双工.

地址范围

地址分类

A类地址：1.0.0.1～126.255.255.254（0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0001 ～0111 1111 1110 1111 1111 1111 1111 1110），注意127.x.x.x不能用。
B类地址：128.0.0.1～191.255.255.254（1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 ～1011 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110），注意169.254.x.x被微软买断，用作用户获取不到IP时自动分配的IP地址。
C类地址：192.0.0.1～223.255.255.254（1100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 ～1101 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110）
D类地址：224.0.0.1～239.255.255.254（1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 ～1110 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110）
E类地址：240.0.0.1～255.255.255.254（1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 ～1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110）

私有地址

A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255
B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255
C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255

特殊地址

本地广播：255.255.255.255
网络广播：192.168.1.255
本地回环：127.0.0.1

子网掩码

子网掩码又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，主要功能是通过子网掩码与主机地址进行'与运算'，从而确认主机身份的计算方式
子网掩码是一个32位的地址，用二进制'1'来表示主机位，用二进制'0'来表示网络位；全0表示某一个网段，全1表示该网段中的广播地址；如：192.168.1.255表示192.168.1.0/24网段中的广播地址
根据子网掩码的主机位，决定地址范围

OSI七层模型

七层模型，亦称OSI（Open System Interconnection）参考模型，是参考模型是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系。

应用层：网络服务与最终用户的一个接口。
    协议有：HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP

表示层：数据的表示、安全、压缩。（在五层模型里面已经合并到了应用层）
    格式有，JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等

会话层：建立、管理、终止会话。（在五层模型里面已经合并到了应用层）
    对应主机进程，指本地主机与远程主机正在进行的会话

传输层：定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验。
    协议有：TCP UDP，数据包一旦离开网卡即进入网络传输层

网络层：进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择。
    协议有：ICMP IGMP IP（IPV4 IPV6） ARP RARP

数据链路层：建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能。
    将比特组合成字节进而组合成帧，用MAC地址访问介质，错误发现但不能纠正。

物理层：建立、维护、断开物理连接。

TCP与UDP协议

基本区别

TCP面向连接，UDP不需要连接，即发送数据之前不需要建立连接
TCP提供可靠的传输服务，UDP提供快速的传输
TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少

编程步骤 

TCP服务端的编程步骤如下：
创建一个socket
设置socket属性
绑定IP地址、端口等信息到socket上
开启监听
接收客户端上来的连接
收发数据
关闭网络连接
关闭监听

TCP客户端的编程步骤如下：
创建一个socket
设置socket属性
绑定IP地址、端口等信息到socket上
设置要连接的对方的IP地址和端口等属性； 
连接服务器
收发数据
关闭网络连接；

UDP服务端的编程步骤如下：
创建一个socket
设置socket属性
绑定IP地址、端口等信息到socket上
循环接收数据
关闭网络连接；

UDP客户端的编程步骤如下：
创建一个socket
设置socket属性
绑定IP地址、端口等信息到socket上
设置对方的IP地址和端口等属性; 
发送数据
关闭网络连接；

TCP三次握手

第一次握手(SYN=1, seq=x):
    客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置1的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。发送完毕后，客户端进入 SYN_SEND 状态。

第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1):
    服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN 加1，即X+1。 发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD 状态。

第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)
    客户端再次发送确认包(ACK)，SYN 标志位为0，ACK 标志位为1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写ISN的+1发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 ESTABLISHED 状态，TCP 握手结束。

四次挥手

第一次挥手(FIN=1，seq=x)
    假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

第二次挥手(ACK=1，ACKnum=x+1)
    服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。

第三次挥手(FIN=1，seq=y)
    服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为1。发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1)
    客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。

参考文档：https://hit-alibaba.github.io/interview/basic/network/TCP.html