這兩週把機械工業的『計算機網路自頂向下方法』讀了一遍。可以說把知識點講解得鞭辟入裡，比謝希仁那本綠皮教材不知高到哪裡去了。

我看書的時候做了概括內容和重點內容的筆記，加上了我個人理解。像運輸層協議的例子、家裡配置路由器、翻牆、之前的比特幣勒索病毒之類一些生活中實際的例子，我都有提及。當把應用層、運輸層、網路層、鏈路層看完後，書中還給出了一個完整的瀏覽器請求過程的例子，從DHCP、UDP、IP和乙太網，到DNS和ARP，再到域內路由選擇DNS伺服器，Web客戶-伺服器之間的TCP和HTTP，一共24個步驟，基本上學到的四層協議中的知識都用到了，十分經典。這個例子在鏈路層最後一部分。

以下是我所做的筆記，包括應用層到鏈路層所有重要的知識點。算是一份複習大綱或者預習大綱（不能應試）。仔細看完可能要幾個小時，在這分享出來給沒有計算機網路基礎的同學們，看完後應該對計算機網路有了初步的瞭解。不過還是建議買這本書去讀，不會令人失望的。

本書結構是自頂向下的，所以請按下列順序閱讀：

1.計算機網路自頂向下--應用層
2.計算機網路自頂向下--運輸層
3.計算機網路自頂向下--網路層
4.計算機網路自頂向下--鏈路層

應用層

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應用層協議原理

網路應用程式體系結構

• 客戶 - 伺服器（C/S）
  • Web、FTP、Telnet、電子郵件
• 對等（P2P）
  • 檔案共享（BitTorrent）、對等方協助下載加速器（迅雷）、網路電話（Skype）、IPTV（迅雷看看）
• 混合（C/S + P2P）
  • 即時訊息應用，伺服器跟蹤使用者IP地址，使用者之間P2P直接傳送報文

程式通訊

• 進行通訊是實際是程式，不是程式。不同端系統的程式間交換報文相互通訊
• 客戶和伺服器程式
  • 發起通訊的程式標識為客戶，等待聯絡的程式是伺服器
  • 瀏覽器 - Web伺服器交換報文
  • P2P 檔案從一個對等方的程式傳輸到另一個counterpart的程式
• 程式與計算機網路之間的介面
  • 套接字Socket，是同一臺主機內應用層與運輸層之間的介面，應用程式和網路之間的API
• 程式定址
  • 主機地址（IP地址）
  • 接收程式識別符號（埠號）
• 因特網提供的運輸服務
  • TCP服務
    • 面向連線，全雙工
    • 可靠的資料傳送服務
    • 擁塞控制
    • 安全套接字層SSL
  • UDP服務
    • 不可靠資料傳送服務
  • 因特網運輸協議不提供的服務
    • 能為時間敏感應用提供滿意的服務，但不提供任何定時或頻寬保證
• 應用層協議
  • 定義了執行在不同端系統上應用程式程式如何相互傳遞報文
    • 報文型別，如請求報文，響應報文
    • 報文型別的語法，欄位含義
    • 何時、如何傳送報文，響應規則
  • Web、檔案傳輸、電子郵件、目錄服務、P2P及其協議

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Web和HTTP

HTTP概況

• Web的應用層協議是超文字傳輸協議（HTTP），HTTP由一個客戶程式和一個伺服器程式實現，通過交換HTTP報文進行會話，80埠
• URL地址包括主機名和路徑名，Web伺服器用於儲存Web物件，每個物件由URL定址
• HTTP使用TCP作為其支撐運輸協議。HTTP協議不擔心資料丟失，不關注TCP從網路的資料丟失和亂序故障恢復細節，那是TCP以及協議棧低層協議的工作
• HTTP是無狀態協議，不儲存客戶資訊
• Web伺服器總是開啟的，一般有一個固定的IP地址，並服務於來自不同瀏覽器的請求

非持續連線和持續連線

• 採用非持續連線的HTTP
  • 每個TCP連線只傳輸一個請求報文和一個響應報文
  • 每個連線在客戶和伺服器都要分配TCP的緩衝區和保持TCP變數
  • TCP連線三次握手，第三次握手向TCP連線傳送一個HTTP請求報文
  • 每一個物件經受兩倍RTT的交付時延，一個用於建立連線，一個用於請求和接收一個物件
• 採用持續連線的HTTP（default）
  • 伺服器傳送響應後保持該TCP連線開啟，經過一定時間間隔（超時）未被使用，HTTP伺服器關閉該連線

HTTP報文格式

• 請求報文
  • 請求行
  • 首部行（請求頭）
    • host（Web代理快取記憶體使用）、Connection、Useragent、cookie、Authorization等等
  • 實體體
    • POST請求輸入值
• 響應報文
  • 狀態行，狀態碼

使用者與伺服器的互動：cookie

• 伺服器希望限制使用者訪問，或希望把內容與使用者身份聯絡起來
• 使用者第一次請求伺服器—>響應報文的響應頭（首部行）帶一個cookie—>瀏覽器管理cookie—>請求報文帶cookie—>伺服器根據cookie識別使用者

Web快取（代理伺服器）

• 類似計算機主存cache，命中率越高效率越高
• 與CDN（內容分發網路）結合

條件Get方法

• 響應頭帶了個修改時間引數，是代理伺服器用來更新快取的策略

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檔案傳輸協議FTP

兩個並行TCP連線

• 控制連線：使用者標識、口令、操作命令，貫穿整個使用者會話期間
• 資料連線：傳輸檔案，一個檔案一個連線，非連續
• FTP的控制資訊是帶外傳送的（如上），HTTP屬於帶內傳送

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電子郵件

SMTP

• 需要將二進位制多媒體資料編碼為ASCII碼，接收方再還原
• 不使用中間郵件伺服器傳送郵件，若接收方郵件伺服器沒開機，報文會保留在傳送方郵件伺服器上等待新的嘗試

與HTTP對比

• HTTP是拉協議，SMTP是推協議
• HTTP把每個物件封裝到自己的相應報文中，SMTP把所有報文放在一個報文中

郵件訪問協議

• POP3：非常簡單
• IMAP：有各種檔案操作
• 基於Web的電子郵件

過程舉例

• 牛嚴的代理（qq郵箱客戶端）—>SMTP/HTTP—>QQ郵箱伺服器—>SMTP—>清華郵箱伺服器—>POP3/IMAP/HTTP—>殷人昆的代理（清華郵箱Web端）

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DNS：因特網的目錄服務

DNS提供的服務

• 主機名—>IP地址轉換的目錄服務
  • DNS（域名系統） = DNS伺服器 + DNS協議 。 DNS協議執行在UDP上，53號埠
  • 通常由其他應用層協議使用，包括HTTP、SMTP、FTP
• 主機別名
• 郵件伺服器別名，允許一個公司的郵件伺服器和Web伺服器使用相同主機名
• 負載分配，一個站點若有多臺伺服器（多IP地址），DNS伺服器迴圈回答這些地址

DNS工作機理

• 分散式、層次資料庫
  • 層次結構
    • 根DNS伺服器：13個根伺服器（群），世界各地
    • 頂級域（DNS）伺服器：com/org/edu/uk/cn，由世界各公司維護
    • 權威DNS伺服器：自己維護，或儲存在某服務提供商的一個權威伺服器中
  • 本地DNS伺服器：當主機發出DNS請求時，先發往本地伺服器，若無快取，轉發到DNS伺服器層次結構中的根DNS伺服器，迭代返回各層次DNS伺服器地址，最後才能直接查詢主機名對應的IP地址
  • 遞迴查詢、迭代查詢，通常從請求主機到本地DNS伺服器的查詢是遞迴的，其餘的查詢是迭代的
• DNS快取
  • 允許本地DNS繞過查詢鏈中的根DNS伺服器
  • 有快取時間
• DNS記錄和報文
  • 資源記錄（如果你在阿里的萬網上註冊一個域名，是需要這個配置的）
    • A：主機名-IP地址，如（relay1.bar.foo.com, 145.37.93.126, A）
    • NS：域名-DNS伺服器主機名， 如（foo.com, dns.foo.com , NS）
    • CNAME：別名-其他服務規範主機名，如（ foo.com, relay1.bar.foo.com, CNAME）
    • MX：別名-郵件伺服器規範主機名（foo.com, mail.bar.foo.com, MX）
  • DNS報文
    • 查詢報文
    • 回答報文
  • 在DNS資料庫中插入記錄
    • 向某註冊登入機構註冊域名時（如萬網），需要提供基本和輔助權威DNS伺服器的名字和IP地址

安全性

• DDoS（分散式拒絕服務）頻寬泛洪攻擊：向處理如.com域的域名伺服器傳送大量DNS請求，使得大部分合法請求無法獲得響應
• DNS毒害（汙染）：給你返回假的或不能用的IP地址。比如中國的『牆』。所以如果你能拿到google的當前IP地址（百度搜的到），手動在hosts裡配置，是可以做到直接訪問谷歌伺服器的。說到翻牆，一般大家都是用某種方法配置一臺海外伺服器當做中轉（國家一般不牆這種個人伺服器），來訪問牆外伺服器的，比如shadowsocks，shadowrocket之類的軟體可以用來配置中轉伺服器。
• DNS反射攻擊：請求中冒充目標主機源地址，大量請求DNS伺服器，DNS就大量向源地址主機傳送回答，淹沒目標主機

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P2P應用

P2P檔案分發

• 在P2P檔案分發中，每個對等方能重新分發它所有的該檔案的任何部分，可以協助伺服器分發
• P2P體系結構的擴充套件性
  • 最小分發時間，對等方N越大，P2P的最小分發時間越小
  • 對等方除了是位元的消費者外還是他們的重新分發者
• BitTorrent（沒錯就是你們老用的種子）
  • P2P檔案共享協議，參與一個特定檔案分發的所有對等方結合被稱為一個洪流（torrent），在一個洪流的對等方彼此下載等長度的檔案塊，可以隨時離開洪流，也可繼續向其他對等方上載
  • Alice加入某洪流時，會在追蹤器裡進行註冊，週期性通知追蹤器它仍在洪流中。
  • 洪流隨機從參與對等方的結合中選擇一個子集，將他們的IP地址發給Alice，Alice維護這張對等方列表，檢視與所有對等方建立並行的TCP連線。
  • Alice週期詢問每個鄰近對等方（連上的）他們有的檔案塊列表，她隨時知道鄰居有哪些檔案塊
  • Alice使用最稀缺優先技術，首先請求那些鄰居們副本數量最少的塊，使該檔案塊迅速分發，以均衡每個塊在洪流中的副本數量
  • BitTorrent使用一種演算法，Alice優先從像她傳時速度最快的鄰居（4個，每10s修改一次）那裡獲取檔案塊。
  • 每過30s，Alice也要隨機選擇另外一個對等方Bob，向他傳送塊。若Alice是Bob最快的前四快，Bob也是Alice的前4快，則Bob和Alice互相傳送資料。
  • 每過30s換一個新的物件，互相交換資料（一報還一報），為了使對等方能夠找到彼此協調的速率上傳
• BitTorrent其他機制和變種
  • 片、流水線、隨機優先選擇、殘局模型、反怠慢等機制
  • 變種：P2P直播流式應用，如PPLive和PPstream

分散式雜湊表（DHT）

• 分散式、P2P版本的key-value資料庫，在大量對等方上儲存key-value值（鍵值對）
• 分散式資料庫用來定位擁有某key-value的對等方，然後向查詢方返回該鍵值對
• 環形DHT、對等方擾動（瞭解即可）