计算机网络-仔细应对2023之变化

"计算机网络-仔细应对2023之变化" 计算机网络是一个复杂的系统，涉及到多个层次和协议。本文将详细介绍计算机网络的七层协议、每层的作用、数据传输的基本单元、协议设计、为什么要分层、键入网址到网页显示的过程、浏览器输入URL到页面打开的过程如何加速、服务器收到一个包如何处理、网卡、交换机、路由器的工作层次和基本原理等内容。 一、七层协议 计算机网络的七层协议是OSI模型，它们分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每层都有其特定的作用和协议。 * 物理层：为数据链路层提供二进制传输的服务，传输bit流。 * 数据链路层：为网络层提供链路级别的服务，将网络层传下来的包组成帧。 * 网络层：实际的传输功能，寻址（找到IP地址对应的设备，如果找不到设备，就需要路由导航）+路由（找到数据应该往哪里发送方向盘）功能。 * 传输层：为应用层提供数据传输服务，将上层数据分段并提供端到端的、可靠/不可靠的传输；还要负责流量控制等问题。 * 会话层：负责两点之间建立、维持和终止通信，例如服务器验证用户登录。 * 表示层：数据格式的转换、加密、压缩。 * 应用层：专注于为用户提供应用功能，不关心数据如何传输，工作在用户态，其下工作在内核态。 二、每层传输的基本数据单元 * 应用层：报文 * 传输层：段 * 网络层：包 * 数据链路层：帧 * 物理层：bit流 三、协议设计 * 应用层：HTTP、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件）、SNMTP（网络管理）、TELNET（远程登录协议）、DNS、SSH（安全外壳协议） * 表示层：格式转换、数据加密、压缩 * 会话层：建立、管理、维持会话 * 传输层：TCP、UDP（建立、管理、维持端到端的链接） * 网络层：IP、ICMP（Internet控制报文协议，PING协议使用的）、ARP、RARP（属于网络层协议，工作内容是在数据链路层的） * 数据链路层：PPP、ARQ、路由器 * 物理层：IEEE802、交换机 四、为什么要分层？ * 各层之间相互独立，不需要知道下一层是如何实现的，只需要通过接口联系 * 灵活性好，某一层发生变化时，只要借口不变，其他层不受影响 * 易于设计实现和标准化 * 太少每一层协议太复杂，太多各层功能无法分清 五、键入网址到网页显示的过程 * 应用层：输入URL，解析URL（协议名称、服务器域名、目录名）；生成HTTP请求信息（GET、POST报文）；DNS查询域名对应的IP地址（如果本地有DNS缓存或者hosts文件直接返回） * 传输层：发送TCP连接请求，三次握手；发起HTTP请求 * 网络层：生成IP头部 * 数据链路层：加上MAC头部 * 网卡（检查、数字信息转换为电信号） * 交换机 * 路由器 * 到达服务端（解析MAC、IP、TCP、HTTP） * 服务器再返回响应，生成HTTP响应，加TCP、IP、MAC、经过网卡、交换机、路由器到达客户端 * 四次挥手；浏览器解析HTML、浏览器显示页面、执行JS脚本，相应AJAX请求 六、浏览器输入URL到页面打开的过程如何加速 * 使用http3.0协议（多路复用、TCP连接换成UDP连接减少三次握手时间、0-RTT建连，向前纠错机制减少重传） * 数据压缩，减少传输时间和次数 * CDN服务器，地域分布式缓存静态资源 * 页面先呈现静态资源及框架，动态资源延迟加载，从用户角度加速 * 每次打开做好缓存，例如DNS缓存、静态资源缓存 七、服务器收到一个包如何处理 * 查看MAC头部：是否和服务器自己的MAC地址符合 * 查看IP头部：是否和IP地址符合；从IP头部中能够得到的是TCP还是UDP协议 * 查看TCP头部：查看序列号是不是想要的，返回一个ACK，不是则丢弃 * 查看TCP中的端口号，将包发给HTTP进程 * HTTP进程发现：把网页封装到响应报文中，加上TCP、IP、MAC头部打包发给客户端 八、网卡、交换机、路由器的工作层次和基本原理 * 网卡：工作在OSI的物理层和数据链路层；通过硬件支持和网卡驱动程序实现802.3Ethernet、802.11WIFI协议吗，完成物理层的信号收发和数据链路层的帧的封装和解封；网卡和计算机操作系统之间主要通过I/O中断技术和直接内存访问（DMA）技术完成交互；进行socket编程时，OS内部实现的TCP/IP协议栈的相关模块完成TCP报文和IP数据包的封装或解封装，由网卡实现链路层帧的封装或解封装，由网卡实现物理信号的转换和发送。 * 路由器和交换机：路由器工作在网络层；交换机工作在数据链路层；路由器负责路由导航，交换机负责链路级别的服务。