コンピュータネットワークの基礎知識
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(一)概要
1.完全なコンピュータネットワークにおいて、IPベースのネットワーク層、伝送層、およびアプリケーション層技術に加えて、IPプロトコルの定義範囲内にないデータリンク層および物理層技術が多数含まれる.現代の通信ネットワークの発展はIP化の傾向があり、未来の通信ネットワークのネットワーク層ではIPプロトコルが天下を統一する可能性がある.ネットワークインタフェース層の典型的なプロトコルは主にIEEEが定義した802シリーズのプロトコルファミリーやATMなどである.
2.ネットワークプロトコルには2大システム標準がある:
(1)国際標準化機構(ISO)が提案したオープンシステム相互接続(OSI)の7層ネットワークプロトコルモデル:物理層、データリンク層、ネットワーク層、輸送層、セッション層、表示層、応用層;
(2)米国防総省が提案したTCP/IPプロトコル:ネットワークインタフェース層、相互接続ネットワーク層、伝送層、応用層(実際にはTCP/IPプロトコルファミリーは後3層しか定義されていない).
3.TCP/IPは一般的なネットワークプロトコルアーキテクチャであり、四つの層に分けられる.
ネットワークインタフェースレイヤ:物理的最下位レベルの接続;
ネットワーク層:隣接するコンピュータ間の通信を担当する.
トランスポートレイヤ:アプリケーション間の通信を提供します.
アプリケーション・レイヤ:一般的なプログラムのセットをユーザーに提供します. TCP/IPはネットワーク階層ごとにいくつかのプロトコルを定義しており、その中でIP(インターネットprotocol、ネットワーク層)、TCP(Transmission Control Protocol、接続向け、伝送層)、UDP(User Datagram Protocol、接続なし、伝送層向け)は最も根本的な3つのプロトコルであり、他のプロトコルの基礎であると考えられている.
(二)基本概念
1.MACアドレス:NIC物理アドレス、NICのROMに存在し、48ビット;
2.IPv 4アドレス:メモリに存在し、32ビット(IPv 6:128ビット);
3.ポート番号:プロセスアドレス、16ビット;
4.ソケット:IPアドレス:ポート番号;
5.ドメイン名:ホストの記憶しやすい名称;
6.URL:インターネットから入手可能な資源の位置とアクセス方法の簡潔な表現で、インターネット上の標準資源のアドレスであり、フォーマット:〈プロトコル〉://〈ホストドメイン名〉:〈ポート番号〉／〈パス〉
7.ゲートウェイ:ネットワークAのホストがパケットの目的ホストがローカルネットワークにないことを発見した場合、パケットを自分のゲートウェイに転送し、ゲートウェイからネットワークBのゲートウェイに転送し、ネットワークBのゲートウェイはネットワークBのホストに転送する.
8.IPアドレス分類(NestID+HostID):
(1)Aクラス:0先頭、NestIDは1バイト、HostIDは3バイト、ユニキャストアドレス;
(2)Bクラス:10先頭、NestIDは2バイト、HostIDは2バイト、ユニキャストアドレス;
(3)Cクラス:110先頭、NestIDは3バイト、HostIDは1バイト、ユニキャストアドレス;
(4)Dクラス:1110の先頭で、マルチキャストアドレスは、特定のホストに割り当てられません.(マルチキャストメンバーは任意に加入できるので、Dクラスアドレスは宛先アドレスではなく、マルチキャストグループの番号)
(5)Eクラス:1111先頭、アドレス予約;
(6)専用住所:10.0.0.0–10.255.255.255.255 172.16.0.0–172.16.255.255.255 192.168.00–192.168.255.255
PS:1)ABCクラスアドレスでは,HostID全0はネットワークそのもの,全1はブロードキャストアドレスであり,いずれも特定のホストに割り当てられない.
9.サブネットとスーパーネット
(1)サブネット:ABC系ネットワークを区分することにより規模の小さいネットワークをサブネットと呼ぶ.サブネットの区分はアドレス空間を合理的に利用するためである.サブネットのIDを表すには、マスクで表す必要があります.
(2)マスク:1のビット対応サブネットの識別、残りの0のビット対応ホストの識別を含む32ビットのコード.
(3)超ネットワーク:いくつかのネットワークの組み合わせがより大きなネットワークを構成する.(同様にハイパーネットマスクが必要)(一般的にはCクラスネットワークを統合する);
10.ネットワークアドレス変換技術(NAT):専用アドレスは内部のアドレスであり、あるホストが外部のインターネットにアクセスする必要がある場合、合法的なIPアドレスをホストに割り当てることができる.ネットワークアドレス変換技術を採用することで、IP資源が足りない問題を大きく解決することができるが、ホストごとに独立した合法的なIPアドレスを持つことを保証することはできない.
12.交换机とルート:交换机は主にみんなが1本の网线を通じてインターネットを利用することを実现して、しかしみんなはインターネットを利用するのはそれぞれダイヤルして、それぞれ自分のブロードバンドを使って、みんなはそれぞれインターネットを利用して影响がなくて、たとえ他の人はダウンロードして、自分に対してインターネットを利用しても影响がなくて、しかもすべて同じ交换机を使うコンピュータはすべて同じLAN内です;ルータはスイッチより1つの仮想ダイヤル機能を多くして、同じルータを通じてインターネットを利用するコンピュータは1つのブロードバンドアカウントを共用して、みんなの間でインターネットを利用するのは互いに影響して、例えば1台のコンピュータがダウンロードして、それでは同じルータの上の他のコンピュータは明らかにネットのスピードが遅いと感じます;
(1)自動分配方式(Automatic Allocation)、DHCPサーバーはホストに永久的なIPアドレスを指定し、DHCPクライアントが初めてDHCPサーバーからIPアドレスを借りることに成功した後、永久的にこのアドレスを使用することができる.
(2)動的分配方式(Dynamic Allocation)は、DHCPサーバがホストに時間制限のあるIPアドレスを指定し、期限切れまたはホストがアドレスを放棄することを明確に示す場合、そのアドレスは他のホストに使用されることができる.
(3)手動分配方式(Manual Allocation)は、クライアントのIPアドレスはネットワーク管理者が指定し、DHCPサーバは指定したIPアドレスをクライアントホストに伝えるだけである.
PS:3種類のアドレス割り当て方式のうち、動的割り当てだけがクライアントが必要としないアドレスを繰り返し使用することができる.
14.DNS(Domain Name System、ドメイン名システム)、インターネット上でドメイン名とIPアドレスが互いにマッピングされた分布式データベースとして、ユーザーがインターネットにアクセスしやすく、機械に直接読み取れるIP数列を覚えなくてもよい.ホスト名によって、最終的にそのホスト名に対応するIPアドレスを得るプロセスをドメイン名解析(またはホスト名解析)と呼ぶ.
(三)よくある知識点
1.TCPとUDPの違い:
(1)TCPは接続向け、信頼性の高いデータストリーム伝送を提供し、UDPは非接続、信頼性の低いデータストリーム伝送を提供する.(2)TCP伝送単位をTCPメッセージセグメントと呼び、UDP伝送単位をユーザデータレポートと呼ぶ.(3)TCPはデータの安全性を重視し、UDPデータの伝送が速く、接続待ちを必要としないため、多くの操作が少なくなったが、その安全性は一般的である.
2.TCPプロトコルの3回の握手と4回の手を振る:
(1)3回の握手:
PS:握手中に転送されたパケットにはデータが含まれていません.3回の握手が終わった後、クライアントとサーバーは正式にデータの転送を開始しました.理想的な状態では、TCP接続が確立されると、通信双方のいずれかがアクティブに接続を閉じる前に、TCP接続はずっと維持される.
PS:3回目の握手が必要な原因:ネットワーク伝送の遅延問題のため、クライアントは接続要求を繰り返し送信する可能性があり、サービス側が1つのクライアントから送信された繰り返し接続要求を受け取った後に確認信号を出し、3回目の握手のメカニズムがなければ、クライアントは相手にしないで、サービス側はずっと資源を浪費して待っている.3回目の握手のメカニズムがあれば、サービス側は3回目の握手の確認信号を受け取っていなければ、これ以上待つことはありません.
(2)手を4回振る:
PS:4回手を振る理由:受動閉鎖側がFINを受信した場合、データが再送信されないことを意味するが、データの送信を継続することができる.
3.ARPプロトコルとRARPプロトコル(ネットワーク層):
(1)ARPプロトコル(Address Resolution Protocol,アドレス解析プロトコル):
(2)RARPプロトコル(Reverse Address Resolution Protocol,逆アドレス解析プロトコル):
4.ブラウザはウェブサイトを入力して、発生した一連の応答説明:
(1)クライアントブラウザはDNS解析によりドメイン名をターゲットIPアドレスに変換する.
(2)クライアントブラウザは、httpセッションを宛先アドレスに開始し、伝送層のTCPプロトコルによってパケットをカプセル化し、ネットワーク層に入力する.伝送層ではhttpセッション要求をメッセージセグメントに分け、サーバが80ポートを使用してクライアントの要求を傍受するなどのソースと宛先ポートを追加し、クライアントはシステムによってランダムに5000ポートのようなポートを選択し、サーバと交換し、サーバは対応する要求をクライアント側の5000ポートに返す.
(3)クライアントのネットワーク層はアプリケーション層や伝送層のものに関心を持たず、主にルーティングテーブルを検索することによってどのようにサーバに到着するかを決定し、その間に複数のルータを通過する可能性がある.これらはルータによって完成した仕事であり、ルーティングテーブルを検索することによってその経路を通じてサーバに到着することを決定することにほかならない.
(4)クライアントのリンク層は、パケットがリンク層を介してルータに送信され、隣接プロトコルを介して所与のIPアドレスのMACアドレスが検索された後、ARP要求の検索先アドレスが送信され、応答が得られた後、ARPの要求応答交換を使用することができるIPパケットが現在伝送され、その後、IPパケットがサーバのアドレスに送信される.
1.完全なコンピュータネットワークにおいて、IPベースのネットワーク層、伝送層、およびアプリケーション層技術に加えて、IPプロトコルの定義範囲内にないデータリンク層および物理層技術が多数含まれる.現代の通信ネットワークの発展はIP化の傾向があり、未来の通信ネットワークのネットワーク層ではIPプロトコルが天下を統一する可能性がある.ネットワークインタフェース層の典型的なプロトコルは主にIEEEが定義した802シリーズのプロトコルファミリーやATMなどである.
2.ネットワークプロトコルには2大システム標準がある:
(1)国際標準化機構(ISO)が提案したオープンシステム相互接続(OSI)の7層ネットワークプロトコルモデル:物理層、データリンク層、ネットワーク層、輸送層、セッション層、表示層、応用層;
(2)米国防総省が提案したTCP/IPプロトコル:ネットワークインタフェース層、相互接続ネットワーク層、伝送層、応用層(実際にはTCP/IPプロトコルファミリーは後3層しか定義されていない).
3.TCP/IPは一般的なネットワークプロトコルアーキテクチャであり、四つの層に分けられる.
ネットワークインタフェースレイヤ:物理的最下位レベルの接続;
ネットワーク層:隣接するコンピュータ間の通信を担当する.
トランスポートレイヤ:アプリケーション間の通信を提供します.
アプリケーション・レイヤ:一般的なプログラムのセットをユーザーに提供します.
(二)基本概念
1.MACアドレス:NIC物理アドレス、NICのROMに存在し、48ビット;
2.IPv 4アドレス:メモリに存在し、32ビット(IPv 6:128ビット);
3.ポート番号:プロセスアドレス、16ビット;
4.ソケット:IPアドレス:ポート番号;
5.ドメイン名:ホストの記憶しやすい名称;
6.URL:インターネットから入手可能な資源の位置とアクセス方法の簡潔な表現で、インターネット上の標準資源のアドレスであり、フォーマット:〈プロトコル〉://〈ホストドメイン名〉:〈ポート番号〉／〈パス〉
7.ゲートウェイ:ネットワークAのホストがパケットの目的ホストがローカルネットワークにないことを発見した場合、パケットを自分のゲートウェイに転送し、ゲートウェイからネットワークBのゲートウェイに転送し、ネットワークBのゲートウェイはネットワークBのホストに転送する.
8.IPアドレス分類(NestID+HostID):
(1)Aクラス:0先頭、NestIDは1バイト、HostIDは3バイト、ユニキャストアドレス;
(2)Bクラス:10先頭、NestIDは2バイト、HostIDは2バイト、ユニキャストアドレス;
(3)Cクラス:110先頭、NestIDは3バイト、HostIDは1バイト、ユニキャストアドレス;
(4)Dクラス:1110の先頭で、マルチキャストアドレスは、特定のホストに割り当てられません.(マルチキャストメンバーは任意に加入できるので、Dクラスアドレスは宛先アドレスではなく、マルチキャストグループの番号)
(5)Eクラス:1111先頭、アドレス予約;
(6)専用住所:10.0.0.0–10.255.255.255.255 172.16.0.0–172.16.255.255.255 192.168.00–192.168.255.255
PS:1)ABCクラスアドレスでは,HostID全0はネットワークそのもの,全1はブロードキャストアドレスであり,いずれも特定のホストに割り当てられない.
2） ， ， ；
3）localhost（ “ ”， “ ”） ， IP 127.0.0.1；
9.サブネットとスーパーネット
(1)サブネット:ABC系ネットワークを区分することにより規模の小さいネットワークをサブネットと呼ぶ.サブネットの区分はアドレス空間を合理的に利用するためである.サブネットのIDを表すには、マスクで表す必要があります.
(2)マスク:1のビット対応サブネットの識別、残りの0のビット対応ホストの識別を含む32ビットのコード.
(3)超ネットワーク:いくつかのネットワークの組み合わせがより大きなネットワークを構成する.(同様にハイパーネットマスクが必要)(一般的にはCクラスネットワークを統合する);
10.ネットワークアドレス変換技術(NAT):専用アドレスは内部のアドレスであり、あるホストが外部のインターネットにアクセスする必要がある場合、合法的なIPアドレスをホストに割り当てることができる.ネットワークアドレス変換技術を採用することで、IP資源が足りない問題を大きく解決することができるが、ホストごとに独立した合法的なIPアドレスを持つことを保証することはできない.
11. ： ， ； ， ， NAT, NAT ； ， ， ，Internet ip； 2 IP IP；NAT ， （ ） ；
12.交换机とルート:交换机は主にみんなが1本の网线を通じてインターネットを利用することを実现して、しかしみんなはインターネットを利用するのはそれぞれダイヤルして、それぞれ自分のブロードバンドを使って、みんなはそれぞれインターネットを利用して影响がなくて、たとえ他の人はダウンロードして、自分に対してインターネットを利用しても影响がなくて、しかもすべて同じ交换机を使うコンピュータはすべて同じLAN内です;ルータはスイッチより1つの仮想ダイヤル機能を多くして、同じルータを通じてインターネットを利用するコンピュータは1つのブロードバンドアカウントを共用して、みんなの間でインターネットを利用するのは互いに影響して、例えば1台のコンピュータがダウンロードして、それでは同じルータの上の他のコンピュータは明らかにネットのスピードが遅いと感じます;
13.DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol， ） ， 、 IP ， IP 、Gateway 、DNS ， ；DHCP IP ：
(1)自動分配方式(Automatic Allocation)、DHCPサーバーはホストに永久的なIPアドレスを指定し、DHCPクライアントが初めてDHCPサーバーからIPアドレスを借りることに成功した後、永久的にこのアドレスを使用することができる.
(2)動的分配方式(Dynamic Allocation)は、DHCPサーバがホストに時間制限のあるIPアドレスを指定し、期限切れまたはホストがアドレスを放棄することを明確に示す場合、そのアドレスは他のホストに使用されることができる.
(3)手動分配方式(Manual Allocation)は、クライアントのIPアドレスはネットワーク管理者が指定し、DHCPサーバは指定したIPアドレスをクライアントホストに伝えるだけである.
PS:3種類のアドレス割り当て方式のうち、動的割り当てだけがクライアントが必要としないアドレスを繰り返し使用することができる.
14.DNS(Domain Name System、ドメイン名システム)、インターネット上でドメイン名とIPアドレスが互いにマッピングされた分布式データベースとして、ユーザーがインターネットにアクセスしやすく、機械に直接読み取れるIP数列を覚えなくてもよい.ホスト名によって、最終的にそのホスト名に対応するIPアドレスを得るプロセスをドメイン名解析(またはホスト名解析)と呼ぶ.
(三)よくある知識点
1.TCPとUDPの違い:
(1)TCPは接続向け、信頼性の高いデータストリーム伝送を提供し、UDPは非接続、信頼性の低いデータストリーム伝送を提供する.(2)TCP伝送単位をTCPメッセージセグメントと呼び、UDP伝送単位をユーザデータレポートと呼ぶ.(3)TCPはデータの安全性を重視し、UDPデータの伝送が速く、接続待ちを必要としないため、多くの操作が少なくなったが、その安全性は一般的である.
2.TCPプロトコルの3回の握手と4回の手を振る:
(1)3回の握手:
1） ： syn (syn=x) ， SYN_SEND ， ；
2） ： syn ， SYN（ack=x+1）， SYN （syn=y）， SYN+ACK ， SYN_RECV ；
3） ： SYN＋ACK ， ACK(ack=y+1)， ， ESTABLISHED ， ；
PS:握手中に転送されたパケットにはデータが含まれていません.3回の握手が終わった後、クライアントとサーバーは正式にデータの転送を開始しました.理想的な状態では、TCP接続が確立されると、通信双方のいずれかがアクティブに接続を閉じる前に、TCP接続はずっと維持される.
PS:3回目の握手が必要な原因:ネットワーク伝送の遅延問題のため、クライアントは接続要求を繰り返し送信する可能性があり、サービス側が1つのクライアントから送信された繰り返し接続要求を受け取った後に確認信号を出し、3回目の握手のメカニズムがなければ、クライアントは相手にしないで、サービス側はずっと資源を浪費して待っている.3回目の握手のメカニズムがあれば、サービス側は3回目の握手の確認信号を受け取っていなければ、これ以上待つことはありません.
(2)手を4回振る:
1） ： FIN， ， ；
2） ： FIN ， ACK ；
3） ： FIN， ；
4） ： FIN ， ACK ；
PS:4回手を振る理由:受動閉鎖側がFINを受信した場合、データが再送信されないことを意味するが、データの送信を継続することができる.
3.ARPプロトコルとRARPプロトコル(ネットワーク層):
(1)ARPプロトコル(Address Resolution Protocol,アドレス解析プロトコル):
1） IP ；
2） ARP ARP ， IP MAC ；
3） ， ARP IP MAC ， ， ， ， ARP ， ： IP ， MAC ， IP ；
4） ARP ， IP IP ， ， ， ， IP MAC ARP ， ， ， MAC ARP ， MAC ；
5） ARP 。 IP MAC ARP ， 。 ARP ， ARP ；
6） ARP ， ARP ；
(2)RARPプロトコル(Reverse Address Resolution Protocol,逆アドレス解析プロトコル):
1） IP ；
2） ， IP ；
3） RARP ， IP MAC ， ， RARP ， MAC ， ， ， MAC IP ； ， RARP ；
4.ブラウザはウェブサイトを入力して、発生した一連の応答説明:
(1)クライアントブラウザはDNS解析によりドメイン名をターゲットIPアドレスに変換する.
(2)クライアントブラウザは、httpセッションを宛先アドレスに開始し、伝送層のTCPプロトコルによってパケットをカプセル化し、ネットワーク層に入力する.伝送層ではhttpセッション要求をメッセージセグメントに分け、サーバが80ポートを使用してクライアントの要求を傍受するなどのソースと宛先ポートを追加し、クライアントはシステムによってランダムに5000ポートのようなポートを選択し、サーバと交換し、サーバは対応する要求をクライアント側の5000ポートに返す.
(3)クライアントのネットワーク層はアプリケーション層や伝送層のものに関心を持たず、主にルーティングテーブルを検索することによってどのようにサーバに到着するかを決定し、その間に複数のルータを通過する可能性がある.これらはルータによって完成した仕事であり、ルーティングテーブルを検索することによってその経路を通じてサーバに到着することを決定することにほかならない.
(4)クライアントのリンク層は、パケットがリンク層を介してルータに送信され、隣接プロトコルを介して所与のIPアドレスのMACアドレスが検索された後、ARP要求の検索先アドレスが送信され、応答が得られた後、ARPの要求応答交換を使用することができるIPパケットが現在伝送され、その後、IPパケットがサーバのアドレスに送信される.