三种常见网络
公司内网
公司网络从本地网络服务提供商（ISP）接入，然后内部再分成一个个子网。图中看到的线路，被称作通信链路，用于传输网络信号。当有的网络节点，同时接入了 2 条以上的链路，这个时候因为路径发生了分叉，数据传输到这些节点需要选择方向，因此我们在这些节点需要进行交换（Switch）
交换技术的本质是让数据切换路径，因此这个技术也称作封包交换技术
常见的具有交换能力的设备是路由器和链路层交换机，两个网络可以通过路由器进行连接，多台设备可以通过交换机进行连接
移动网络
在移动网络中，无线信号构成了通信链路。通信的核心被称作蜂窝塔（基站），每个蜂窝塔只覆盖一个六边形的范围。
随着移动网络的发展，一个蜂窝网格中的设备越来越多，也出现了基站覆盖有重叠关系的网格。好处是当一个基站过载、出现故障，或者用户设备周边信号出现不稳定，就可以切换到另一个基站的网络，不影响用户继续使用网络服务
家用网络
路由器承担了链路层网关的作用，作为家用电器之间信息的交换设备
数据的传输
几个概念：
- 最终提供服务或者享受服务的设备，称为终端（Terminal），或者端系统（End System），有时候简单称为主机（Host）。比如说：电脑、手机都可看作是主机
- 端到端（Host-to-Host）的网络传输能力：由 TCP/IP 协议群提供
- 一对多、多对多的网络传输能力：以看作是端到端能力的延伸
传输层协议 TCP
（HTTP协议、TCP协议、IP协议分别在应用层，传输层，网络层工作）
TCP（Transport Control Protocol）是一个传输层协议，提供 Host-To-Host （端到端）的数据的可靠传输，支持全双工，是一个连接导向的协议
TCP 协议往上是应用到应用的协议，微信的聊天协议就是应用到应用的协议；如果微信的聊天协议想要工作，就需要一个主机到主机的协议帮助它实现通信
各层作用
- 应用层：使用得到的报文段，为用户提供各种服务
- 传输层：正确的将数据报交付相应的应用程序（不同端口对应不同程序）
- 网络层：负责不相邻的两个节点间的通信，用IP地址识别源地址、目的地址
- 数据链路层：负责相邻设备间通信，用MAC地址识别参与通信的两个节点（源节点、目的节点）
- 物理层：发送和接收比特流
MAC地址
MAC地址就是在媒体接入层上使用的地址，也叫物理地址
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址。而IP地址是网络层及其以上层使用的地址
互联网协议群（TCP/IP协议群）的主要概念的解释
主机到主机（ Host-To-Host）为应用提供应用间通信的能力
- 应用层中：TCP 上层的应用层协议使用 TCP 能力的时候，需要告知 TCP 是哪个应用。这就是端口号的作用，端口号用于告诉TCP是哪个应用
- TCP 要实现主机到主机通信，就需要知道主机们的网络地址（IP 地址），但是 TCP 不负责实际地址到地址（Address-To-Address）的传输，因此 TCP 协议把 IP 地址给底层的互联网层处理
- 互联网层（网络层）：互联网层提供的是地址到地址的通信，不负责信号在具体两个设备间传递，IP 协议就在这一层工作
- 链路层：网络层会调用下方的链路层在两个相邻设备间传递信息
- 物理层：物理层封装最底层的物理设备、传输介质等，由最下方的物理层提供最底层的传输能力
连接与会话
会话是应用层的概念，连接是传输层的概念
- 连接（Connection）：连接是数据传输双方的契约；目标是让两个在通信的程序之间产生一个默契，保证两个程序都在线，而且尽快地响应对方的请求；连接是网络行为状态的记录（双方IP和端口是多少，状态是否健康等）
- 会话：会话是应用的行为。有些会话会自动重连（也就是重新创建连接），或者帮助创建连接。 此外，会话也负责在多次连接中保存状态。
双工/单工问题
- 单工：在任何一个时刻，数据只能单向发送，只需一条线路
- 半双工：在某个时刻数据可以向一个方向传输，也可以向另一个方向反方向传输，而且允许交替进行。至少需要一条线路
- 全双工：任何时刻数据都可以双向收发，需要大于一条线路
TCP 是一个双工协议，数据任何时候都可以双向传输，所以客户端和服务端在TCP中是平等的，都叫host
TCP的可靠性
可靠性即TCP保证数据无损传输：如果发送方按照顺序发送，然后数据无序地在网络间传递，就必须有一种算法在接收方将数据恢复原有的顺序
TCP的握手和挥手
TCP 是一个连接导向的协议，设计有建立连接（握手）和断开连接（挥手）的过程
TCP协议的基本操作
-
如果一个 Host 主动向另一个 Host 发起连接，称为 SYN，请求同步；
-
如果一个 Host 主动断开请求，称为 FIN，请求完成；
-
如果一个 Host 给另一个 Host 发送数据，称为 PSH（Push），数据推送
接收方收到数据后，都需要给发送方一个 ACK响应。请求/响应的模型是可靠性的要求，如果一个请求没有响应，发送方可能会认为自己需要重发这个请求
TCP为什么握手是3次、挥手是4次
建立连接的过程（三次握手）
因为要保持连接和可靠性约束，TCP 协议要保证每一条发出的数据必须给返回，返回数据叫作 ACK（也就是响应）
过程一共6步，包含3次握手:
1.（第一次握手） 客户端发消息给服务端，即SYN
2. 服务端准备好进行连接
3. 服务端针对客户端的SYN给一个ACK
4. 服务端发送一个SYN给客户端
（第二次握手）这里的步骤3和4可以合并成一条数据传递给客户端，算一次握手
5. 客户端准备就绪
6. （第三次握手）客户端给服务端发送一个ACK
SYN、ACK、PSH 这些常见的标识位（Flag）在传输中表示方法：
为 TCP 协议增加协议头，在协议头中取多个位（bit），其中 SYN、ACK、PSH 都占有 1 个位。比如 SYN 位，1 表示 SYN 开启，0 表示关闭。因此，SYN-ACK 就是 SYN 位和 ACK 位都置 1。这样的设计也称为标识（Flag）
断开连接的过程（4次挥手）
客户端要求断开连接的步骤
- （第一次挥手）客户端发送一个断开请求FIN
- （第二次挥手）服务端收到客户端的FIN请求，并给客户端一个ACK
这里由于服务端还有未释放资源等原因，不能马上回给客户端一条FIN，所以这里的步骤2和3不能合并成一条数据 - （第三次挥手）服务端发送一条FIN给客户端
- （第四次挥手）客户端接受到FIN后，然后客户端完成一些自己的请求，再给服务端发送一个ACK
总结
- TCP提供的是连接，让双方的传输更稳定，而TCP没有提供会话，会话通常在TCP连接上进一步封装，在应用层提供
- TCP 是一个面向连接的协议，即 TCP 协议参与的双方（Host）在收发数据之前会先建立连接。而 UDP 协议 是一个面向数据的协议——协议双方不需要建立连接，直接传送报文（数据）
- 连接需要消耗更多的资源，如游戏、视频等使用连接协议是不合理的
- 三次握手、四次挥手的原因：
TCP 是一个双工协议，接双方都需要向对方发送 SYC（同步请求）和 ACK（响应）。握手阶段，信息接收方可以将自己的 ACK 和 SYN 打包作为一条消息回复，因此是 3 次握手。挥手阶段，双方都可能有未完成的工作。收到挥手请求的一方，必须马上响应（ACK），最后等所有工作结束，再发送请求中断连接（FIN），因此是 4 次挥手
TCP的封包格式（TCP 的粘包和拆包）
TCP最大的特点就是其可靠性，让数据无损送达
而TCP 是一个传输层协议。TCP 发送数据的时候，往往不会将数据一次性发送
所以TCP 的粘包和拆包就是指一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送 ，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送
- 拆包：数据经过拆分，然后传输，然后在目的地重组
- 粘包：发往一个目的地的多个数据太小了，为了防止多次发送占用资源，TCP 协议有可能将它们合并成一个 TCP 段发送，在目的地再还原成多个数据
而且TCP中有缓冲区的概念（内存中开辟的一块区域，目的是缓冲），若要发送的数据小于TCP发送缓冲区的大小，TCP将多次写入缓冲区的数据一次发送出去，将会发生粘包；大于缓冲区则相反
原因
- 稳定性，一次发送的数据越多，出错的概率越大。
- 效率，网络中有时候存在着并行的路径，拆分数据包就能更好地利用这些并行的路径
拆包获得数据，有可能不是按顺序到达的，这时候发出的每一个 TCP 段都需要有序号（Sequence Number），虽然得到的是乱序的 TCP 段，但是可以通过 Seq 进行排序
UDP协议
UDP协议有在传输层提供直接发送报文（Datagram）的能力
TCP 协议的核心目标是提供可靠的网络传输，而 UDP 的目标是在提供报文交换能力基础上尽可能地简化协议轻装上阵
UDP应用场景
- 网络游戏
- 音视频传输
- 广播
DNS
DNS即域名系统，是实现域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库
例如淘宝www.taobao.com需要转化成101.89.125.239（IPV4）或240e:e1:f300:1:3::3f9（IPV6）这样的IP地址才能准确读取
输入一个网址，执行过程是怎样的
- 浏览器通过DNS解析域名对应的IP地址，通过这个IP地址找到客户端到服务器的路径，客户端浏览器发起一个HTTP会话到，然后通过TCP进行封装数据包，输入到网络层
- 在传输层中：HTTP会话会被分成报文段，添加源、目的端口
- 客户端的网络层主要做的是通过查找路由表确定如何到达服务器（IP的重要功能是寻址和路由）
- 客户端的链路层，包通过链路层发送到路由器 ？