对网络的基础认识：
组网方式：
1.网络互联：使用集线器将少量主机连在一起
2.局域网：使用交换机和路由器将主机连接，可以自由组合三种方式：
- 交换机
- 路由器
- 交换机+路由器
3.广域网：广域网和局域网只是相对的概念
例如：一个学校之间的网络就可以成为局域网，而一个国家或者多个国家之间可以称为广域网
TCP/IP 五层模型
注意：
应用程序实现对应用层的封装和分用
对于一台主机，他的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容（四层封装分用）；对于一台路由器，他实现了从网络层到物理层 （下三层封装分用）对于一台交换机，他实现了从数据链路层到物理层（下两层封装分用）对于集线器，他只实现了物理层；
对封装分用的理解
- 封装：发送数据时，从高到低的顺序，按照对应的网络分层协议对数据进行包装
例如：
2.2.分用：封装的逆过程：接收数据时，从低到高的顺序，按照对应的网络分层协议，解析数据
例如：
(1)认识IP和MAC
IP:
IP的格式：xxx.xxx.xxx.xxx
IP由四个部分组成，每个部分都是0-255.
网络号：前三个部分组成（用来标识网段），前三个部分相同，标识在一个网段
主机号：最后一个部分用来标识主机号
IP分为A-E五大类，部分范围是局域网IP，部分是广域网IP，可以根据规范，知道某个IP是局域网IP还是公网IP
注意： 局域网内（局域网IP）：网段唯一，同一个网段，主机号唯一
公网(公网IP）：公网IP是唯一的
MAC:
和网卡硬件绑定的，全球唯一
作用：网络数据传输定位网卡硬件的位置，一个主机可能有多个网卡（例如蓝牙连接，无线连接，有线连接的网卡），电脑硬件定位数据发送的目的位置只能使用MAC
总结：
IP地址描述的是路途总体的起点和终点。（给人用的，网络主机的逻辑地址）
MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点（给电脑硬件用的，网络主机的物理地址）
(2)网络数据传输的特性
1.IP，MAC起的作用
2.封装分用——发送数据从高到低封装，接收数据从低到高分用
3.结合IP，MAC，理解网络数据传输，本质上是一跳一跳的传输数据
首先根据目的主机发送http请求，从源IP发送数据到目的IP
从源MAC（1）发送数据到目的MAC（2），然后MAC（2）对数据进行封装和分用，再以MAC（2）为源MAC，目的MAC为MAC（3），以此，发送数据到最终目的MAC。
注意： 接收数据报的主机：可能在一些情况下（广播或者转发），出现目的MAC不是我，我也能收到的情况（后面会提到）。
五元组：
源IP，目的IP，源端口，目的端口，协议号
IP：标识主机，给人用
源IP：发送数据的主机
目的IP：接收数据的主机
端口号：
源端口：标识发送数据的进程
目的端口，标识接收数据的进程
协议号：进程需要封装，解析数据报的数据格式
DNS协议：
作用：域名转IP
主机/路由器：都存在DNS缓存
域名查询的方式：上图树形结构从下往上查找（缓存，域名服务器）。
先在主机/路由器的DNS缓存中找，如果找不到，依次向上
特殊的IP，域名：本机IP为127.0.0.1，本机域名为localhost
(3)网络数据传输流程
ARP/RARP协议：
主机中有ARP缓存表
ARP协议：IP转MAC
RARP协议：MAC转IP
注意：交换机和集线器自己是没有MAC地址的，都是通过转发(不会修改源MAC和目的MAC）
交换机有MAC地址转换表，可以根据MAC找到对应的端口，而集线器没有这个功能
- 1.ARP缓存表找到了
1.主机1发送数据到主机3（http：//主机3：80）
2.主机1查找本机的ARP缓存表，根据ARP协议，找到目的MAC
3.数据报由主机1，发送到集线器（数据报中的源MAC（主机1），目的MAC（主机3）真实的数据报
4.集线器转发数据报到除主机1的其他所有相连的主机（主机2，主机3）
5.主机2接收：数据报中，目的MAC不是我，丢弃
主机3接收，数据报中，目的MAC是我，接收
目的IP是我，交给对应端口处理，如果不是我，执行上述网络传输（一跳一跳的过程）
- 2.ARP缓存表没找到
1.主机1发送数据到主机3，http：//主机3：80
2.主机1查找本机的ARP缓存表，发现找不到
3.主机1发送广播数据报（非真实数据，只是要求对应主机返回MAC：我要IP为主机3的MAC，谁是主机3，快告诉我）
4.集线器转发到主机2，主机3
5.主机2接收：要求的IP不是我，丢弃
主机3接收：要求的IP是我，返回我的MAC
6.主机1收到主机3的返回数据（IP，MAC）更新自己的ARP缓存表
7.主机1发送真实的数据到主机3
注意：使用集线器的缺陷
网络冲突，这样构成的网络区域叫冲突域/碰撞域（例如，房间里有多个人说话，那么其中某一个人说话就听不清楚了）
2).局域网交换机组网的方式
首先介绍交换机，交换机的作用：
MAC地址转换表：保存连接的主机MAC和端口的映射，目的MAC是谁，直接转发到对应的端口（不像集线器，发送到所有端口），不会产生冲突域。
1.主机1发送数据到主机3 ，http：//主机3：80
2.主机1查找本机的ARP缓存表，如果找到，主机1发送数据到主机3。如果找不到，发送广播数据报，让IP为主机3的告诉我，你的MAC
3.交换机转发到其他所有端口（广播）
4.主机2丢弃，主机3返回自己的MAC
5.交换机知道主机3的MAC，主机1知道主机3的MAC（更新ARP缓存表）
注意：上述五个步骤，都是根据IP找MAC，和集线器的流程相似，下面的步骤时根据MAC找端口
6.主机1发送真实数据给交换机
7.交换机查找自己的MAC地址转换表，通过MAC找端口，发送数据到对应的端口
8.主机3接收，目的MAC是我，目的IP也是我
这种网络数据传输的方式就像：先问张三的手机号，再打电话给张三，对别人没有影响
3)局域网交换机+路由器组网的方式
注意：单独由路由器组网的方式，和上述由交换机单独组网的方式相同
首先介绍路由器，这里介绍两种：
<1>LAN口连接局域网，为主机分配局域网IP，分配的局域网IP都是一个网段（路由器下连接多个主机的类型）
路由器还有个网卡：绑定局域网的IP，和下面连接的主机进行信息交互用的
<2>LAN口是网卡。每个LAN口都可以连接类似交换机组网的方式
主机上的网络信息：
第二种路由器组网方式：
1.主机1发送数据到主机2:http://192.168.2.y:8080/xxx
2.通过目的IP+子网掩码，计算出目的主机和本机是否在一个网段
3.如果是，不需要使用路由器，和上述使用交换机组网方式一样
4.如果不是，表示我主机1和交换机处理不了，要发送给网关转发（网关就类似于IP的管理者，能查询其他主机的IP）
5.数据报发送给网关设备
目的MC：通过路由器网关的IP在主机1的ARP缓存表中，获取网关的MAC
6.路由器接收到数据报，分用：物理层到网络层，网络层分用，所有可以获取到目的IP
7.路由器查找自己的ARP缓存表（IP找MAC）
8.找不到，路由器发广播，主机2在哪，告诉我你的MAC
9.有了MAC，直接发到主机3
<2>广域网传输流程
1.NAT和NAPT
NAT协议：局域网IP映射公网IP
NAPT协议：局域网IP+局域网端口映射----->公网IP+公网端口
2.传输流程
结合上图，理解广域网传输流程
首先：主机1发送http://www.baidu.com网络流程
传输流程
1首先主机1发送http请求，使用DNS协议：进行域名转IP
域名转IP：首先在本机DNS缓存表找，如果找不到---->向上查找------>如果根域名服务器也找不到，表示公网上没有该域名的主机
- 找到IP，数据报IP部分，PORT部分都有了：
3.根据目的IP计算是否和主机在同一个网段
主机1的IP+子网掩码 计算出------>主机1的网段
目的IP+子网掩码 计算出------->目的主机的网段
通过上述计算，判断目的IP和主机是否在同一个网段
4.如果是同一个网段，和局域网传输一样
如果不是同一个网段：发送数据到网关
找网关的MAC：
5.找到网关的MAC之后，将http数据重新封装，交由交换机转发
交换机转发：在MAC地址转换表（MAC映射端口），通过目的MAC找端口（交换机的屁股口）
注意：这个过程没有封装和分用
注意：前五个步骤，和路由器组成的局域网传输流程一样 参考：局域网传输
6.路由器接收，分用数据报
注意：路由器会根据最短路径算法，计算出下一个发送数据的设备，会离目的IP更近一步
7. 上述步骤之后，数据报由局域网到广域网进行传输
路途中的设备：
8. 数据报到达百度服务器之后
**9.**数据由百度服务器返回，路途上经过的设备传输流程和步骤七相同（但是不一定是原路返回)
**10.**路由器1接收响应数据（对接收的数据进行分用，修改，封装)
- 之后的步骤，和局域网传输相同
主机接收数据报，分用
3.UDP和TCP
<1>UDP协议
UDP协议端格式：
16位UDP校验和作用：类似于藏头诗，双方约定好的校验数据，进行数据校验
UDP的特性：
1.无连接：没有建立连接就发数据
2.不可靠：没有类似TCP保证数据传输的安全机制，（连接管理机制，确认应答机制，超时机制
，）效率更高。
3.面向数据报：只能一次接收（系统级别的操作：调用系统函数）
4.没有发送缓冲区（发了消息就不管），有接收缓冲区
5.数据最大为64k
发送缓冲区：主机1发送完数据，发出之后就不管了
接收缓冲区：
如果发送端调用一次sendto, 发送100个字节, 那么接收端也必须调用对应的一次recvfrom, 接收100个字节; 而不能循环调用10次recvfrom, 每次接收10个字节;
所以，接收数据的时候，发送100个字节，系统读取只调用一次，但是可以读取多次发来的其他100字节。
但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序一致; 如果缓冲区满了, 再到达的UDP数据就会被丢弃;
<2>TCP协议(可靠的传输协议)
(1)TCP相关概念
TCP协议：可靠的传输协议，安全，效率(有连接的可靠传输协议)
设计TCP协议的理念：非100%安全，保证可承受范围内的安全，尽可能的提高网络传输数据的效率
TCP协议端格式：
六位标志位：
URG: 紧急指针是否有效
ACK: 确认号是否有效
PSH: 提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走
RST: 对方要求重新建立连接; 我们把携带RST标识的称为复位报文段
SYN: 请求建立连接; 我们把携带SYN标识的称为同步报文段
FIN: 通知对方, 本端要关闭了, 我们称携带FIN标识的为结束报文段
重点掌握ACK,SYN,FIN
(2)确认应答机制
主机A发送数据给主机B，每个数据都带了数据序号,主机B返回ACK应答
每一个ACK都带有对应的确认序列号, 意思是告诉发送者, 我已经收到了哪些数据; 下一次你从哪里开始发
作用：
1.保证安全：保证‘我’发送的消息，对方必须确认并恢复
2.保证多条数据确认信息的安全（告诉发送者，这次回应是对哪些数据，下次数据发送应该从什么时候开始）
(3)超时重传机制(安全机制)
超时重传机制触发：主机A发送数据给主机B，如果主机A在一个特定的时间间隔内没有收到来自主机B的确认应答，就会进行数据重发。
没有收到确认应答的情况：1.主机A的数据报在发送的过程中丢了。2.主机B的ACK应答丢了
超时时间的确定：TCP会根据当时的网络状态，动态的计算数据发送的速度，得到单次数据报发送的最大生存时间（MSL），超时时间即为（2MSL）
了解：如果一直接收不到ACK，超时时间会如何处理？
Linux中(BSD Unix和Windows也是如此), 超时以500ms为一个单位进行控制, 每次判定超时重发的超时时间都是500ms的整数倍.
如果重发一次之后, 仍然得不到应答, 等待 2500ms 后再进行重传.
如果仍然得不到应答, 等待 4500ms 进行重传. 依次类推, 以指数形式递增（2的指数倍）.
累计到一定的重传次数, TCP认为网络或者对端主机出现异常, 强制关闭连接.
(4)连接管理机制（安全机制）
1.建立连接------>TCP三次握手:
TCP------>三次握手的流程
1.主机A发送syn到主机B，要求建立a到b的连接。此时主机A的状态为syn_sent
2.主机B回复ack+syn（这里的ack和syn数据报本来是两个，但是仅标志位不同，所以可以合并,为什么不是四次的原因），要求建立b到a的连接，主机B的状态为syn_rcvd
3.主机A回复第2步syn的ack。主机A的状态为established，建立A到B的连接
主机B接收到第3步的数据报，建立B到A 的连接，主机B的状态置为established
TCP------>三次握手中的问题：
1.syn为什么有两个？
双方的连接状态会持续，且连接是有方向的
2.第二步中，为什么是ack+syn？
本质上是一个发ack应答，一个发syn请求，而且是方向一致的两个数据报，可以合并
3.第三步中，ack确认应答哪个？
应答第二步的syn
2.断开连接------>TCP四次挥手:
TCP------>四次挥手的流程
1.主机A发送fin到主机B，请求关闭a到b的连接
2.主机B回复ack，主机B的状态置为close_wait
3.主机B发送fin到主机A，请求关闭b到a的连接
4.值即A回复ack（第三步的fin），状态置为time_wait
主机B接收到第四步的数据报，状态置为closed
主机A经过2MSL（超时等待时间）之后，状态置为closed
TCP------>4次挥手中的问题
1.第2步和第3步为什么不能和3次握手流程一样，进行合并
原因：第2步是TCP协议在系统内核中实现时，自动响应的ack
第3步时应用程序手动调用close来关闭连接的
程序在关闭连接之前，可能需要执行释放资源等前置操作，所以不能合并（TCP协议实现时，没有这样进行设计）
2.第3步中，主机A为什么不能直接设置为closed状态
原因： 第4个数据报可能丢包，如果直接置为closed，丢包后无法重新发送数据。
主机B达到超时时间之后，会重发第三个数据报，然后要求主机A再次回复ack
3.服务器出现大量的close_wait状态，是为什么？
服务端没有正确的关闭连接（程序没有调用close，或者没有正确使用）
(5)滑动窗口（效率）
如果没有滑动窗口，网路数据传输就是串行的方式（发送一次之后，等待应答，这个时间内，主机A无事可做，主机B也一样），效率比较差。
使用滑动窗口可以解决效率的问题：类似于多线程的方式，并发的，同时发送多个数据报。
如下图：
1.窗口大小指的是无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值. 上图的窗口大小就是4000个字节(四个段).
2.发送前四个段的时候, 不需要等待任何ACK, 直接发送;
3.收到第一个ACK后, 滑动窗口向后移动, 继续发送第五个段的数据; 依次类推;
4.操作系统内核为了维护这个滑动窗口, 需要开辟 发送缓冲区 来记录当前还有哪些数据没有应答;只有确认应答过的数据, 才能从缓冲区删掉;
5.窗口越大, 则网络的吞吐率就越高;
丢包问题：
1.数据报丢包
如上图：如果主机A发送的数据报丢包，主机B的ack应答，会根据主机A已经收到的连续数据报的最大值+1返回ack应答，当主机A收到三个同样的ack应答之后，会将丢掉的数据报进行重发（具有接收缓冲区，来记录已经接收的数据报的序号）
2.ACK应答丢包：这种情况下, 部分ACK丢了并不要紧, 因为可以通过后续的ACK进行确认
如果是滑动窗口的第一个包丢了，根据上述数据报丢包的情况，收到了第6个报的ACK应答，是从6001开始，说明第一个报主机B已经收到，所以ack丢包可以根据后序ack确定数据报主机B是否收到
关于滑动窗口的几个问题：
<1>.滑动窗口的大小：无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值
<2>.如何确定窗口的大小：由拥塞窗口和流量控制窗口决定（滑动窗口大小=（拥塞窗口大小，流量控制大小））（后序会讲到）
<3>.如何滑动：依赖于ACK的确认序号（ack确认序号前的数据报都已经接收到了），在该ACK确认序号前，当次并行收到了多少个数据报，就可以滑动多少
<4.>为什么要有接收缓冲区和发送缓冲区：
发送端的发送缓冲区：记录已经发送的数据——搜到对应的ACK应答，才可以清理该数据
接收端的接收缓冲区：记录已经接收的数据——如果发送数据报丢包，才知道让对方重发
(6)流量控制机制（安全机制）
接收端处理数据的速度是有限的. 如果发送端发的太快, 导致接收端的缓冲区被打满, 这个时候如果发送端继续发送, 就
会造成丢包, 继而引起丢包重传等等一系列连锁反应.
接收端将自己可以接收的缓冲区大小放入 TCP 首部中的 “窗口大小” 字段, 通过ACK端通知发送端;
窗口大小字段越大, 说明网络的吞吐量越高;
接收端一旦发现自己的缓冲区快满了, 就会将窗口大小设置成一个更小的值通知给发送端;
发送端接受到这个窗口之后, 就会减慢自己的发送速度;
如果接收端缓冲区满了, 就会将窗口置为0; 这时发送方不再发送数据, 但是需要定期发送一个窗口探测数据
段, 使接收端把窗口大小告诉发送端.
当接收端使用流量控制窗口时，如何保证接受端的数据安全？
告诉发送端，影响发送端滑动窗口的大小
(7)拥塞控制机制（安全机制）
(8)延迟应答机制(效率)
(9)捎带机制（效率）