一、網(wǎng)絡(luò)的基本概念

1.1、網(wǎng)絡(luò)組成組件

  一般來說，兩臺(tái)或以上計(jì)算機(jī)使用任意介質(zhì)(電纜、光纖或無線電波)、任意網(wǎng)絡(luò)(TCP/UDP、NetBEUI或IPX/SPX)來進(jìn)行連接，并進(jìn)行資源共享及通信，就可以稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)上建立通信及傳輸數(shù)據(jù)的雙方必須遵守的通信標(biāo)準(zhǔn)，它定義了接收方和發(fā)送方進(jìn)行通信所必須遵循的規(guī)則，雙方同層的協(xié)議必須一致，否則無法進(jìn)行通信或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。為了組建通信網(wǎng)絡(luò)，通常需要一些特殊的設(shè)備，下圖是一個(gè)常見的網(wǎng)絡(luò)連接圖。

節(jié)點(diǎn)(node)：節(jié)點(diǎn)主要是具有網(wǎng)絡(luò)地址 (IP) 的設(shè)備之稱。

服務(wù)器主機(jī)(server)：提供數(shù)據(jù)以響應(yīng)給用戶的主機(jī)，都可以被稱為是一部服務(wù)器。

工作站(workstation)或客戶端(client)：主動(dòng)發(fā)起聯(lián)機(jī)去要求數(shù)據(jù)的，就可以稱為是客戶(client)。

網(wǎng)卡(Network Interface Card,NIC)：主要提供網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)的設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)接口：主要在提供網(wǎng)絡(luò)地址(IP) 的任務(wù)。主機(jī)內(nèi)部也都擁有一個(gè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)接口，就是loopback這個(gè)循環(huán)測(cè)試接口！

網(wǎng)絡(luò)形態(tài)或拓樸(topology)：各個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上面的鏈接方式，一般講的是物理連接方式。

路由(route):是指路由器從一個(gè)接口上收到數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址進(jìn)行定向并轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)接口的過程,其工作在OSI參考模型第三層——網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

網(wǎng)關(guān)(gateway):又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)層以上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。

• OSI網(wǎng)絡(luò)模型與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型

  由ISO所定義的7層網(wǎng)絡(luò)模型--OSI(Open System Interconnect,開放系統(tǒng)互連)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的一個(gè)重要里程碑，它的出現(xiàn)使各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備有了參考依據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)和統(tǒng)一上起到一定作用。

  OSI的7層模型中每一層都有清晰的特征。其中第7-4層處理數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地之間的通信問題，第3-1層處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信。各層功能為：

  OSI的7層模型是一個(gè)理論模型，由于它太過龐大和復(fù)雜受到很多批評(píng)，而技術(shù)人員自己開發(fā)的TCP/IP協(xié)議棧則獲得更為廣泛的應(yīng)用。與OSI的7層模型不同，TCP/IP模型沒有把主要精力放在嚴(yán)格的層次劃分上，而是側(cè)重于設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。TCP/IP模型的各層功能：

1.2、TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)

  目前因特網(wǎng)環(huán)境的IP有兩個(gè)版本，一種是使用最為廣泛的IPv4，一種是預(yù)期未來會(huì)熱門的IPv6.IPv4記錄的地址由于僅有32位，預(yù)計(jì)在2012年前后會(huì)分配完畢，如此一來，新興國(guó)家或者新的網(wǎng)絡(luò)公司將沒有網(wǎng)絡(luò)可用。為了避免這個(gè)問題發(fā)生，因此產(chǎn)生了IPv6，IPv6地址可以達(dá)到128位，這樣的IP數(shù)量幾乎用不完。雖然IPv6具有前瞻性，但目前主流大多使用IPv4。

IP數(shù)據(jù)包的封裝：

  TCP/IP協(xié)議定義了一個(gè)在因特網(wǎng)上傳輸?shù)陌Q為IP數(shù)據(jù)包，而IP數(shù)據(jù)報(bào)(IP Datagram)是個(gè)比較抽象的內(nèi)容，是對(duì)數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成，其格式如圖所示。首部的前一部分是固定長(zhǎng)度，共20字節(jié)，是所有IP數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長(zhǎng)度是可變的。首部中的源地址和目的地址都是IP協(xié)議地址。

Version(版本)：指IP協(xié)議的版本。

IHL(Internet Header Length, IP表頭的長(zhǎng)度)：告知這個(gè) IP 封包的表頭長(zhǎng)度。

Type of Service(服務(wù)類型)，字段內(nèi)容為PPPDTRUU。
  PPP：表示此 IP 封包的優(yōu)先度，目前很少使用；
  D：若為0表示一般延遲(delay)，若為1表示為低延遲；
  T：若為0表示為一般傳輸量 (throughput)，若為1表示為高傳輸量；
  R：若為0表示為一般可靠度(reliability)，若為1表示高可靠度。
  UU：保留尚未被使用。

Total Length(總長(zhǎng)度)：指這個(gè)IP封包的總?cè)萘?包括表頭與內(nèi)容(Data)部分，最大65535 bytes。

Identification(辨別碼)：IP軟件在存儲(chǔ)器中維持一個(gè)計(jì)數(shù)器，每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，計(jì)數(shù)器就加1，并   將此值賦給標(biāo)識(shí)字段。但這個(gè)“標(biāo)識(shí)”并不是序號(hào)，因?yàn)镮P是無連接服務(wù)，數(shù)據(jù)報(bào)不存在按序接收的問題。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)由于長(zhǎng)度超過網(wǎng)絡(luò)的MTU而必須分片時(shí)，這個(gè)標(biāo)識(shí)字段的值就被復(fù)制到所有的數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)字段中。相同的標(biāo)識(shí)字段的值使分片后的各數(shù)據(jù)報(bào)片最后能正確地重裝成為原來的數(shù)據(jù)報(bào).

Flags(特殊旗標(biāo))
  D：若為 0 表示可以分段，若為 1 表示不可分段
  M：若為 0 表示此 IP 為最后分段，若為 1 表示非最后分段。

Fragment Offset(分段偏移):表示目前這個(gè) IP 分段在原始的 IP 封包中所占的位置。

Time To Live(TTL, 存活時(shí)間)表示這個(gè) IP 封包的存活時(shí)間，范圍為 0-255。

Protocol Number(協(xié)定代碼)

Header Checksum(表頭檢查碼):用來檢查這個(gè) IP 表頭的錯(cuò)誤檢驗(yàn)之用。

Source Address:來源的 IP 地址

Destination Address:這里就是目標(biāo)的 IP 地址。

Options (其他參數(shù))這個(gè)是額外的功能，提供包括安全處理機(jī)制、路由紀(jì)錄、時(shí)間戳、嚴(yán)格與寬松之來源路由等。

Padding(補(bǔ)齊項(xiàng)目):由于Options的內(nèi)容不一定有多大，但是我們知道IP每個(gè)數(shù)據(jù)都必須要是32bits，所以，若 Options 的數(shù)據(jù)不足 32 bits 時(shí)，則由 padding 主動(dòng)補(bǔ)齊。

IP地址的組成與分級(jí)：

  IP地址其實(shí)是一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，而這種數(shù)據(jù)包的報(bào)頭最重要的就是32位的來源與目的地址。對(duì)于這32 bits的數(shù)值，為了方便記憶，將32bits的IP分成四小段，每段含有8bits，將8個(gè)bits轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并 且每一段中間以小數(shù)點(diǎn)隔開。

00000000.00000000.00000000.00000000    ==》  0.0.0.0
11111111.11111111.11111111.11111111    ==》  255.255.255.255

  因此IP可以由0.0.0.0到255.255.255.255.但這遺傳數(shù)字中，又分為網(wǎng)絡(luò)段(Net_ID)與主機(jī)段(Host_ID)兩部分。例如C類地址192.168.0.0-192.168.0.255為例。

11000000.10101000.000000000.00000000
|--------Net_ID------------|--host--|

  Net_ID 與 Host_ID 的限制：在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，Net_ID 是不變的，而Host_ID則是不可重復(fù)，此外 Host_ID 在二進(jìn)制的表示法當(dāng)中，不可同時(shí)為 0 也不可同時(shí)為 1 ，因?yàn)槿珵?0 表示整個(gè)網(wǎng)段的地址，而全為 1 則表示為廣播的地址。

  在局域網(wǎng)內(nèi)通過IP 廣播傳遞數(shù)據(jù)：在同物理網(wǎng)段的主機(jī)如果設(shè)定相同的網(wǎng)域 IP 范圍 (不可重復(fù))，則這些主機(jī)都可以透過 CSMA/CD 的功能直接在區(qū)網(wǎng)內(nèi)用廣播進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)機(jī)，亦即可以直接網(wǎng)卡對(duì)網(wǎng)卡傳遞數(shù)據(jù) (透過 MAC 訊框)。

  設(shè)定不同區(qū)網(wǎng)在同物理網(wǎng)段的情況：在同一個(gè)物理網(wǎng)段之內(nèi)，如果兩部主機(jī)設(shè)定成不同的 IP 網(wǎng)段， 則由于廣播地址的不同，導(dǎo)致無法透過廣播的方式來進(jìn)行聯(lián)機(jī)。 此時(shí)得要透過路由器 (router) 來進(jìn)行溝通才能將兩個(gè)網(wǎng)域連結(jié)在一起。

  網(wǎng)域的大?。寒?dāng) Host_ID 所占用的位越大，亦即 Host_ID 數(shù)量越多時(shí)，表示同一個(gè)網(wǎng)域內(nèi)可用以設(shè) 定主機(jī)的 IP 數(shù)量越多。

網(wǎng)絡(luò)的劃分：

1.3、交換機(jī)與路由器

  在同一局域網(wǎng)里面，可以通過IP廣播的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，但如果在非局域網(wǎng)時(shí)。就需要路由器器來幫忙了。簡(jiǎn)單來說交換機(jī)為同一局域網(wǎng)內(nèi)的不同主機(jī)服務(wù)，而路由器則為了不同局域網(wǎng)內(nèi)的兩臺(tái)主機(jī)提供服務(wù)。

  交換機(jī)：是基于網(wǎng)橋技術(shù)的多端口第二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它為數(shù)據(jù)幀從一個(gè)端口到另一個(gè)任意端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時(shí)延、低開銷的通路。交換機(jī)只能識(shí)別ＭＡＣ地址。同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同主機(jī)之間通信，通過交換機(jī)尋找最優(yōu)通路,不能存在環(huán)路。

  路由器：是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò)層中的分組交換設(shè)備（或網(wǎng)絡(luò)層中繼設(shè)備），路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)（ＩＰ報(bào)文）傳送到正確的網(wǎng)絡(luò)。識(shí)別ＩＰ地址。不同網(wǎng)段主機(jī)通信時(shí)需要路由轉(zhuǎn)發(fā)?？梢愿綦x廣播域。

1.4、TCP協(xié)議數(shù)據(jù)包

  網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)包只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)送到正確的目標(biāo)主機(jī)，但是數(shù)據(jù)包到底會(huì)不會(huì)被接收，或者有沒有被正確接收，就不是IP的任務(wù)了，那是傳輸層的的任務(wù)之一。在傳輸層有兩種協(xié)議，一種是面向連接的TCP數(shù)據(jù)包，一種無連接的UDP數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)能不能正確被送達(dá)目的地，與這兩個(gè)數(shù)據(jù)包有很大的關(guān)系。

  各個(gè)數(shù)據(jù)包之間的相關(guān)性：

  UDP數(shù)據(jù)包的報(bào)頭信息：

  TCP數(shù)據(jù)包的報(bào)頭信息：

Sequence Number (封包序號(hào))：TCP 數(shù)據(jù)太大時(shí)(大于 IP 封包的容許程度)，就得要進(jìn)行分段。這個(gè)   Sequence Number 就是記錄每個(gè)封包的序號(hào)，可以讓收受端重新將 TCP 的數(shù)據(jù)組合起來。

Acknowledge Number (回應(yīng)序號(hào))：為了確認(rèn)主機(jī)端確實(shí)有收到client端所送出的封包數(shù)據(jù)，client端當(dāng)然希望能夠收到主機(jī)方面的響應(yīng)，那就是這個(gè) Acknowledge Number 的用途了。當(dāng)client 端收到這個(gè)確認(rèn)碼時(shí)，就能夠確定之前傳遞的封包已經(jīng)被正確的收下了。

Code (Control Flag, 控制標(biāo)志碼)

  URG(Urgent)：若為 1 則代表該封包為緊急封包，接收端應(yīng)該要緊急處理，當(dāng)中的 Urgent Pointer字段也會(huì)被啟用。

  ACK(Acknowledge)：若為 1 代表這個(gè)封包為響應(yīng)封包，與 Acknowledge Number 有關(guān)。

  PSH(Push function)：若為 1 時(shí)，代表要求對(duì)方立即傳送緩沖區(qū)內(nèi)的其他對(duì)應(yīng)封包，而無須等待緩沖區(qū)滿了才送。

  RST(Reset)：如果 RST 為 1 的時(shí)候，表示聯(lián)機(jī)會(huì)被馬上結(jié)束，而無需等待終止確認(rèn)手續(xù)。 這是個(gè)強(qiáng)制結(jié)束的聯(lián)機(jī)，且發(fā)送端已斷線。

  SYN(Synchronous)：若為 1，表示發(fā)送端希望雙方建立同步處理，也就是要求建立聯(lián)機(jī)。通常帶有SYN標(biāo)志的封包表示主動(dòng)要連接到對(duì)方的意思。

  FIN(Finish)：若為 1 ，表示傳送結(jié)束，所以通知對(duì)方數(shù)據(jù)傳畢，是否同意斷線，只是發(fā)送者還在等待對(duì)方的響應(yīng)。

三次握手與四次斷開：

建立連接的過程：

【1】客戶端發(fā)出請(qǐng)求，SYN 位表示連接請(qǐng)求。序號(hào)是200，這個(gè)序號(hào)在網(wǎng)絡(luò)通訊中用作臨時(shí)的地址，每發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，這個(gè)序號(hào)要加1，這樣在接收端可以根據(jù)序號(hào)排出數(shù)據(jù)包的正確順序，也可以發(fā)現(xiàn)丟包的情況，另外，規(guī)定SYN 位和FIN 位也要占一個(gè)序號(hào)，這次雖然沒發(fā)數(shù)據(jù)，但是由于發(fā)了SYN 位，因此下次再發(fā)送應(yīng)該用序號(hào)201。

【2】服務(wù)器發(fā)出信息，也帶有SYN 位，同時(shí)置ACK 位表示確認(rèn)，確認(rèn)序號(hào)是500，表示“我接收到序號(hào)500及其以前所有的段，請(qǐng)你下次發(fā)送序號(hào)為501的段”，也就是應(yīng)答了客戶端的連接請(qǐng)求，同時(shí)也給客戶端發(fā)出一個(gè)連接請(qǐng)求。

【3】客戶端發(fā)出信息，對(duì)服務(wù)器的連接請(qǐng)求進(jìn)行應(yīng)答，確認(rèn)序號(hào)是501。在這個(gè)過程中，客戶端和服務(wù)器分別給對(duì)方發(fā)了連接請(qǐng)求，也應(yīng)答了對(duì)方的連接請(qǐng)求，其中服務(wù)器的請(qǐng)求和應(yīng)答在一個(gè)段中發(fā)出，因此一共有三個(gè)段用于建立連接，稱為'''三方握手（three-way-handshake）'''。在建立連接的同時(shí)，雙方協(xié)商了一些信息，例如雙方發(fā)送序號(hào)的初始值、最大段尺寸等。

TCP連接的關(guān)閉過程：

【1】客戶端發(fā)出信息，F(xiàn)IN 位表示關(guān)閉連接的請(qǐng)求。

【2】服務(wù)器發(fā)出信息，應(yīng)答客戶端的關(guān)閉連接請(qǐng)求。

【3】服務(wù)器發(fā)出信息，其中也包含F(xiàn)IN 位，向客戶端發(fā)送關(guān)閉連接請(qǐng)求。

【4】客戶端發(fā)出信息，應(yīng)答服務(wù)器的關(guān)閉連接請(qǐng)求。