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計算機網路面試總結

整理一下計算機網路部分的面試常考點,參考書籍:《計算機網路》第五版 謝希仁的那本,希望對大家有所幫助

OSI,TCP/IP,五層協議的體系結構,以及各層協議

OSI分層 (7層):物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。 TCP/IP分層(4層):網路介面層、 網際層、運輸層、 應用層。 五層協議     (5層):物理層、資料鏈路層、網路層、運輸層、 應用層。 每一層的協議如下: 物理層:RJ45、CLOCK、IEEE802.3    (中繼器,集線器,閘道器) 資料鏈路:PPP、FR、HDLC、VLAN、MAC  (網橋,交換機) 網路層:IP、ICMP、ARP、RARP、OSPF、IPX、RIP、IGRP、 (路由器) 傳輸層:TCP、UDP、SPX 會話層:NFS、SQL、NETBIOS、RPC 表示層:JPEG、MPEG、ASII 應用層:FTP、DNS、Telnet、SMTP、HTTP、WWW、NFS 每一層的作用如下:

物理層:通過媒介傳輸位元,確定機械及電氣規範(位元Bit)

資料鏈路層:將位元組裝成幀和點到點的傳遞(幀Frame)

網路層:負責資料包從源到宿的傳遞和網際互連(包PackeT)

傳輸層:提供端到端的可靠報文傳遞和錯誤恢復(段Segment)

會話層:建立、管理和終止會話(會話協議資料單元SPDU)

表示層:對資料進行翻譯、加密和壓縮(表示協議資料單元PPDU)

應用層:允許訪問OSI環境的手段(應用協議資料單元APDU)

IP地址的分類

A類地址:以0開頭, 第一個位元組範圍:0~127(1.0.0.0 - 126.255.255.255);

B類地址:以10開頭,    第一個位元組範圍:128~191(128.0.0.0 - 191.255.255.255);

C類地址:以110開頭,  第一個位元組範圍:192~223(192.0.0.0 - 223.255.255.255);

10.0.0.0—10.255.255.255, 172.16.0.0—172.31.255.255, 192.168.0.0—192.168.255.255。(Internet上保留地址用於內部)

IP地址由網路號和主機號組成,ip與子網掩碼相與得到網路號

A類網路網路號是前1個位元組

B類網路網路號是前2個位元組

C類網路網路號是前3個位元組

子網劃分

傳統的兩級ip地址空間利用率很低,一個A類網路可連線的主機數可超過1000萬臺,但實際連線的主機數並不多。所以需要對網路進行子網劃分,通過子網掩碼來區分網路。

三級ip地址:<網路號><子網號><主機號>

ARP是地址解析協議,簡單語言解釋一下工作原理。

注意:ARP是解決同一個區域網上的主機和路由器ip和MAC地址的解析。

1:首先,每個主機都會在自己的ARP緩衝區中建立一個ARP列表,以表示IP地址和MAC地址之間的對應關係。

2:當源主機要傳送資料時,首先檢查ARP列表中是否有對應IP地址的目的主機的MAC地址,如果有,則直接傳送資料,如果沒有,就向本網段的所有主機發送ARP資料包,該資料包包括的內容有:源主機 IP地址,源主機MAC地址,目的主機的IP 地址

3:當本網路的所有主機收到該ARP資料包時,首先檢查資料包中的IP地址是否是自己的IP地址,如果不是,則忽略該資料包,如果是,則首先從資料包中取出源主機的IP和MAC地址寫入到ARP列表中,如果已經存在,則覆蓋,然後將自己的MAC地址寫入ARP響應包中,告訴源主機自己是它想要找的MAC地址。

4:源主機收到ARP響應包後。將目的主機的IP和MAC地址寫入ARP列表,並利用此資訊傳送資料。如果源主機一直沒有收到ARP響應資料包,表示ARP查詢失敗。

廣播發送ARP請求,單播發送ARP響應。

各種協議

ICMP協議: 因特網控制報文協議。它是TCP/IP協議族的一個子協議,用於在IP主機、路由器之間傳遞控制訊息。

TFTP協議: 是TCP/IP協議族中的一個用來在客戶機與伺服器之間進行簡單檔案傳輸的協議,提供不復雜、開銷不大的檔案傳輸服務。

HTTP協議: 超文字傳輸協議,是一個屬於應用層的面向物件的協議,由於其簡捷、快速的方式,適用於分散式超媒體資訊系統。

DHCP協議: 動態主機配置協議,是一種讓系統得以連線到網路上,並獲取所需要的配置引數手段。

NAT協議:網路地址轉換屬接入廣域網(WAN)技術,是一種將私有(保留)地址轉化為合法IP地址的轉換技術,

DHCP協議:一個區域網的網路協議,使用UDP協議工作,用途:給內部網路或網路服務供應商自動分配IP地址,給使用者或者內部網路管理員作為對所有計算機作中央管理的手段。

描述:RARP

RARP是逆地址解析協議,作用是完成硬體地址到IP地址的對映,主要用於無盤工作站,因為給無盤工作站配置的IP地址不能儲存。工作流程:在網路中配置一臺RARP伺服器,裡面儲存著IP地址和MAC地址的對映關係,當無盤工作站啟動後,就封裝一個RARP資料包,裡面有其MAC地址,然後廣播到網路上去,當伺服器收到請求包後,就查詢對應的MAC地址的IP地址裝入響應報文中發回給請求者。因為需要廣播請求報文,因此RARP只能用於具有廣播能力的網路。

TCP三次握手和四次揮手的全過程

三次握手:

第一次握手:客戶端傳送連線請求包(SYN=1,seq=x)到伺服器,並進入SYN_SEND狀態,等待伺服器確認;

第二次握手:伺服器收到連線請求包,必須傳送響應包(ACK=1,ack=x+1),由於TCP是全雙工連線,所以同時自己也傳送一個連線請求包(SYN=1,seq=y),即SYN+ACK包,此時伺服器進入SYN_RECV狀態;

第三次握手:客戶端收到伺服器的SYN+ACK包,向伺服器傳送確認包(ACK=1,ack=y+1),此包傳送完畢,客戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手。

握手過程中傳送的包裡不包含資料,三次握手完畢後,客戶端與伺服器才正式開始傳送資料。理想狀態下,TCP連線一旦建立,在通訊雙方中的任何一方主動關閉連線之前,TCP 連線都將被一直保持下去。

四次握手

與建立連線的“三次握手”類似,斷開一個TCP連線則需要“四次握手”。

第一次揮手:主動關閉方傳送一個FIN,用來關閉主動方到被動關閉方的資料傳送,也就是主動關閉方告訴被動關閉方:我已經不 會再給你發資料了(當然,在fin包之前傳送出去的資料,如果沒有收到對應的ack確認報文,主動關閉方依然會重發這些資料),但是,此時主動關閉方還可 以接受資料。

第二次揮手:被動關閉方收到FIN包後,傳送一個ACK給對方,確認序號為收到序號+1(與SYN相同,一個FIN佔用一個序號)。
第三次揮手:被動關閉方傳送一個FIN,用來關閉被動關閉方到主動關閉方的資料傳送,也就是告訴主動關閉方,我的資料也傳送完了,不會再給你發資料了。
第四次揮手:主動關閉方收到FIN後,傳送一個ACK給被動關閉方,確認序號為收到序號+1,至此,完成四次揮手。

在瀏覽器中輸入www.baidu.com後執行的全部過程

1、客戶端瀏覽器通過DNS解析到www.baidu.com的IP地址220.181.27.48,通過這個IP地址找到客戶端到伺服器的路徑。客戶端瀏覽器發起一個HTTP會話到220.161.27.48,然後通過TCP進行封裝資料包,輸入到網路層。

2、在客戶端的傳輸層,把HTTP會話請求分成報文段,新增源和目的埠,如伺服器使用80埠監聽客戶端的請求,客戶端由系統隨機選擇一個埠如5000,與伺服器進行交換,伺服器把相應的請求返回給客戶端的5000埠。然後使用IP層的IP地址查詢目的端。

3、客戶端的網路層不用關係應用層或者傳輸層的東西,主要做的是通過查詢路由表確定如何到達伺服器,期間可能經過多個路由器,這些都是由路由器來完成的工作,我不作過多的描述,無非就是通過查詢路由表決定通過那個路徑到達伺服器。

4、客戶端的鏈路層,包通過鏈路層傳送到路由器,通過鄰居協議查詢給定IP地址的MAC地址,然後傳送ARP請求查詢目的地址,如果得到迴應後就可以使用ARP的請求應答交換的IP資料包現在就可以傳輸了,然後傳送IP資料包到達伺服器的地址。

TCP和UDP的區別?

TCP提供面向連線的、可靠的資料流傳輸,而UDP提供的是非面向連線的、不可靠的資料流傳輸。

TCP傳輸單位稱為TCP報文段,UDP傳輸單位稱為使用者資料報。

TCP注重資料安全性,UDP資料傳輸快,因為不需要連線等待,少了許多操作,但是其安全性卻一般。

TCP對應的協議和UDP對應的協議

TCP對應的協議:

(1) FTP:定義了檔案傳輸協議,使用21埠。

(2) Telnet:一種用於遠端登陸的埠,使用23埠,使用者可以以自己的身份遠端連線到計算機上,可提供基於DOS模式下的通訊服務。

(3) SMTP:郵件傳送協議,用於傳送郵件。伺服器開放的是25號埠。

(4) POP3:它是和SMTP對應,POP3用於接收郵件。POP3協議所用的是110埠。

(5)HTTP:是從Web伺服器傳輸超文字到本地瀏覽器的傳送協議。

UDP對應的協議:

(1) DNS:用於域名解析服務,將域名地址轉換為IP地址。DNS用的是53號埠。

(2) SNMP:簡單網路管理協議,使用161號埠,是用來管理網路裝置的。由於網路裝置很多,無連線的服務就體現出其優勢。

(3) TFTP(Trival File Tran敏感詞er Protocal),簡單檔案傳輸協議,該協議在熟知埠69上使用UDP服務。

DNS域名系統,簡單描述其工作原理。

當DNS客戶機需要在程式中使用名稱時,它會查詢DNS伺服器來解析該名稱。客戶機發送的每條查詢資訊包括三條資訊:包括:指定的DNS域名,指定的查詢型別,DNS域名的指定類別。基於UDP服務,埠53. 該應用一般不直接為使用者使用,而是為其他應用服務,如HTTP,SMTP等在其中需要完成主機名到IP地址的轉換。

面向連線和非面向連線的服務的特點是什麼?

面向連線的服務,通訊雙方在進行通訊之前,要先在雙方建立起一個完整的可以彼此溝通的通道,在通訊過程中,整個連線的情況一直可以被實時地監控和管理。

非面向連線的服務,不需要預先建立一個聯絡兩個通訊節點的連線,需要通訊的時候,傳送節點就可以往網路上傳送資訊,讓資訊自主地在網路上去傳,一般在傳輸的過程中不再加以監控。

TCP的三次握手過程?為什麼會採用三次握手,若採用二次握手可以嗎?

答:建立連線的過程是利用客戶伺服器模式,假設主機A為客戶端,主機B為伺服器端。

(1)TCP的三次握手過程:主機A向B傳送連線請求;主機B對收到的主機A的報文段進行確認;主機A再次對主機B的確認進行確認。

(2)採用三次握手是為了防止失效的連線請求報文段突然又傳送到主機B,因而產生錯誤。失效的連線請求報文段是指:主機A發出的連線請求沒有收到主機B的確認,於是經過一段時間後,主機A又重新向主機B傳送連線請求,且建立成功,順序完成資料傳輸。考慮這樣一種特殊情況,主機A第一次傳送的連線請求並沒有丟失,而是因為網路節點導致延遲達到主機B,主機B以為是主機A又發起的新連線,於是主機B同意連線,並向主機A發回確認,但是此時主機A根本不會理會,主機B就一直在等待主機A傳送資料,導致主機B的資源浪費。

(3)採用兩次握手不行,原因就是上面說的實效的連線請求的特殊情況。

TCP運輸連線管理

1、TCP的連線建立(用三次握手建立TCP連線)


為什麼A還要傳送一次確認呢?

這主要是為了防止已失效的連線請求報文段突然又傳送到了B,因而產生錯誤。假定出現一種異常情況,即A發出的第一個連線請求報文段並沒有丟失,而是在某些網路結點長時間滯留了,以致延誤到連線釋放以後的某個時間才到達B。本來這是一個早已失效的報文段。但B收到此失效的連續請求報文段後,就誤認為是A又發出新的連線請求。於是就向A發出確認報文段,同意建立連線。假定不採用三次握手,那麼只要B發出確認,新的連線就建立了。

由於現在A並沒有發出建立連線的請求,因此不會理睬B的確認,也不會向B傳送資料。但B卻認為新的運輸連線已經建立了,並一直等待A發來資料。B的許多資源就這樣白白浪費了。

採用三次握手的辦法可以防止上述現象的發生。例如在剛才的情況下,A不會向B的確認發出確認。B由於收不到確認,就知道A並沒有要求建立連線。

2、TCP的連線釋放(四次揮手)


A的應用程序先向其TCP發出連線釋放報文段,並停止再發送資料,主動關閉TCP連線。A把連線釋放報文段首部的FIN1,其序號seq=u,它等於前面已傳送過的資料的最後一個位元組的序號加1。這時A進入FIN-WAIT-1(終止等待1)狀態,等待B的確認。

B收到連線釋放報文段後即發出確認,確認號是ack=u+1,而這個報文段自己的序號是v,等於B前面已傳送過的資料的最後一個位元組的序號加1。然後B就進入了CLOSE-WAIT(關閉等待)狀態。因而從AB這個方向的連線釋放了,這時的TCP連線處於半關閉狀態,即A已經沒有資料要傳送了,但B若傳送資料,A仍要接收。

A收到來自B的確認後,就進入FIN-WAIT-2(終止等待2)狀態,等待B發出的連線釋放報文段。

B已經沒有要向A傳送的資料,其應用程式就通知TCP釋放連線。這時B發出的連線釋放該報文段必須使FIN=1。現假定B的序號為w(在半關閉狀態B可能又傳送了一些資料)B還必須重複上次已傳送過的確認號ack=u+1。這時B就進入LAST_ACK(最後確認)狀態,等待A的確認。

A在收到B的連線釋放該報文段後,必須對此發出確認。在確認報文段中把ACK1,確認號ack=w+1,而自己的序號是seq=u+1。然後進入到TIME-WAIT(時間等待)狀態。請注意,現在TCP連線還沒有釋放掉。必須經過時間等待計時器(TIME-WAIT timer)設定的時間2MSL後,A才進入到CLOSED狀態。

為什麼ATIME-WAIT狀態必須等待2MSL的時間呢?

為了保證A傳送的最後一個ACK報文段能夠到達B

防止已失效的連線請求報文段出現在本連線中。

TCP最主要的特點

TCP是面向連線的運輸層協議

每一條TCP連線只能有兩個端點(一對一)

TCP提供可靠交付的服務

TCP提供全雙工通訊

面向位元組流

TCP可靠傳輸、流量控制和擁塞控制的實現

可靠傳輸

對於收到的請求,給出確認響應

超時重傳

流量控制

    所謂流量控制就是讓傳送方的傳送速率不要太快,要讓接收方來得及接收。利用滑動視窗實現流量控制。

擁塞控制

所謂擁塞控制就是防止過多的資料注入到網路中,這樣可以使網路中的路由器或鏈路不致過載。

慢開始

    慢開始的“慢”並不是指增長速率的慢,而是指在TCP開始傳送報文段時先設定擁塞視窗為1

擁塞避免

    使擁塞視窗按線性規律增長。

快重傳

    傳送方只要一連收到三個重複確認就應當立即重傳對方尚未收到的報文段,而不必繼續等待為其設定的重傳計時器到期。

快恢復(與快重傳配合使用)

    當傳送方連續收到三個重複確認時,就執行“乘法減小”演算法,把慢開始門限減半。這是為了預防網路發生擁塞。請注意,接下來不執行慢開始演算法。

    由於傳送方現在認為網路很可能沒有發生擁塞(如果網路發生了嚴重的擁塞,就不會一連有好幾個報文段連續達到接收方,就不會導致接收方連續傳送重複確認),因此與慢開始不同之處是現在不執行慢開始演算法(即擁塞視窗現在不設定為1),而是把它設定為慢開始門限減半後的數值,然後開始執行擁塞避免演算法(“加法增大”),使擁塞視窗緩慢地線性增

DNS(Domain Name System)域名系統

1DNS的工作原理

DNS提供的服務是用來將域名轉換為IP地址的工作。它的基本工作原理如下圖所示:

 

2、DNS的工作過程


在瀏覽器中輸入www.qq.com域名,作業系統會先檢查自己本地的hosts檔案是否有這個網址對映關係,如果有,就先呼叫這個IP地址對映,完成域名解析。 

如果hosts裡沒有這個域名的對映,則查詢本地DNS解析器快取,是否有這個網址對映關係,如果有,直接返回,完成域名解析。 

如果hosts與本地DNS解析器快取都沒有相應的網址對映關係,首先會找TCP/IP引數中設定的首選DNS伺服器,在此我們叫它本地DNS伺服器,此伺服器收到查詢時,如果要查詢的域名,包含在本地配置區域資源中,則返回解析結果給客戶機,完成域名解析,此解析具有權威性。 

如果要查詢的域名,不由本地DNS伺服器區域解析,但該伺服器已快取了此網址對映關係,則呼叫這個IP地址對映,完成域名解析,此解析不具有權威性。 

如果本地DNS伺服器本地區域檔案與快取解析都失效,則根據本地DNS伺服器的設定(是否設定轉發器)進行查詢,如果未用轉發模式,本地DNS就把請求發至13臺根DNS,根DNS伺服器收到請求後會判斷這個域名(.com)是誰來授權管理,並會返回一個負責該頂級域名伺服器的一個IP。本地DNS伺服器收到IP資訊後,將會聯絡負責.com域的這臺伺服器。這臺負責.com域的伺服器收到請求後,如果自己無法解析,它就會找一個管理.com域的下一級DNS伺服器地址(qq.com)給本地DNS伺服器。當本地DNS伺服器收到這個地址後,就會找qq.com域伺服器,重複上面的動作,進行查詢,直至找到www.qq.com主機。 

如果用的是轉發模式,此DNS伺服器就會把請求轉發至上一級DNS伺服器,由上一級伺服器進行解析,上一級伺服器如果不能解析,或找根DNS或把轉請求轉至上上級,以此迴圈。不管是本地DNS伺服器用的是轉發,還是根提示,最後都是把結果返回給本地DNS伺服器,由此DNS伺服器再返回給客戶機。 


埠及對應的服務?

服務

埠號

服務

埠號

FTP

21

SSH

22

telnet

23

SMTP

25

Domain(域名伺服器)

53

HTTP

80

POP3

110

NTP(網路時間協議)

123

MySQL資料庫服務

3306

Shell或 cmd

514

POP-2

109

SQL Server

1433

IP資料包的格式

IP資料報由首部 和資料  兩部分組成。首部由固定部分和可選部分  組成。首部的固定部分有 20 位元組。可選部分的長度變化範圍為1——40位元組。固定部分的欄位:

欄位名

位數(bit)

欄位名

位數

版本

4  Ipv4

首部長度

4(表示的最大數為15個單位,一個單位表示4位元組)

服務型別

8  以前很少用

總長度

16 (首部和資料部分的總長度,因此資料報的最大長度為65535位元組,即64KB,但是由於鏈路層的MAC都有一定的最大傳輸單元,因此IP資料報的長度一般都不會有理論上的那麼大,如果超出了MAC的最大單元就會進行分片)

標識

16 (相同的標識使得分片後的資料報片能正確的重灌成原來的資料報)

標誌

3 (最低位MF=1表示後面還有分片,MF=0表示這是若干個資料報片的最後一箇中間位DF=0才允許分片)

片偏移

片偏移指出較長的分組在分片後,某片在原分組中的相對位置,都是8位元組的偏移位置

生存時間

資料報在網路中的生存時間,指最多經過路由器的跳數

協議

8 (指出該資料報攜帶的資料是何種協議,以使得目的主機的IP層知道應將資料部分上交給哪個處理程式)如ICMP=1 IGMP=2 TCP=6 EGP=8 IGP=9 UDP=17 Ipv6=41 OSPF=89

首部校驗和

這個部分只校驗首部,不包括資料部分,計算方法:將首部劃分為多個16位的部分,然後每個16位部分取反,然後計算和,再將和取反放到首部校驗和。接收方收到後按同樣的方法劃分,取反,求和,在取反,如果結果為零,則接收,否則就丟棄

源地址

32

目的地址

32

TCP資料報的格式?

一個TCP報文段分為首部和資料兩部分。首部由固定部分和選項部分組成,固定部分是20位元組。TCP首部的最大長度為60。首部固定部分欄位:

欄位名

位元組(Byte)

欄位名

位元組(Byte)

源埠

2

目的埠

2

序號

4

確認號

4,是期望收到對方的下一個報文段的資料的第一個位元組的序號

資料偏移

4bit 指出TCP報文段的資料起始處距離TCP報文段的起始有多遠

保留

6bit

緊急位元URG

確認位元ACK

只有當ACK=1時,確認號欄位才有效

推送位元PSH

復位位元RST

同步位元SYN

終止位元FIN

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計算機網路知識點總結(三)資料鏈路層

《資料鏈路層》 (1)資料鏈路層功能:鏈路管理;幀同步;流量同步;差錯控制;資料和控制資訊分開;透明傳輸和定址 (2)組幀:1)字元計數法  2)收尾定界法  3)違規編碼法 (3)差錯控制:1)

計算機網路實驗總結

一、ICMP抓包觀察及Tracert 抓包分析1.實驗目的理解ICMP,掌握ICMP幀結構,掌握IP協議原理,理解IP幀結構2.實驗步驟  1、觀察ICMP目標不可達訊息使用Ping命令,去ping一個不存在的主機IP,如10.104.125.344。使用wireshark