计算机网络学习02

以你之姓@ 2024-03-22 09:39 32阅读 0赞

***1、TCP 与 UDP 的区别？***

*  **是否面向连接 ：** UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。而 `TCP` 提供`面向连接`的服务，在传送数据之前`必须先建立连接`，`数据传送结束后要释放连接`。
 *  **是否是可靠传输：** 远地主机在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认，并且不保证数据不丢失，不保证是否顺序到达。`TCP` 提供`可靠`的传输服务，TCP 在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制。通过 `TCP` 连接传输的数据，**无差错、不丢失、不重复、并且按序到达**。
 *  **是否有状态 ：** 这个和上面的“是否可靠传输”相对应。`TCP` 传输是`有状态`的，这个**有状态说的是 TCP 会去记录自己发送消息的状态比如消息是否发送了、是否被接收了等等**。为此 ，TCP 需要维持复杂的连接状态表。而 UDP 是无状态服务，简单来说就是不管发出去之后的事情了（这很渣男！）。
 *  **传输效率 ：** 由于使用 TCP 进行传输的时候多了连接、确认、重传等机制，所以 `TCP` 的**传输效率要比 `UDP` 低很多**。
 *  **传输形式 ：** `TCP` 是面向`字节流`的，`UDP` 是面向`报文`的。
 *  **首部开销 ：** `TCP` 首部开销（20 ～ 60 字节）比 `UDP` 首部开销（8 字节）**要大**。
 *  **是否提供广播或多播服务 ：** `TCP` 只支持`点对点通信`，`UDP` 支持`一对一、一对多、多对一、多对多`；
 *  …

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***2、什么时候选择 TCP，什么时候选 UDP?***

*  **UDP 一般用于即时通信**，比如： 语音、 视频 、直播等等。这些场景对传输数据的准确性要求不是特别高，比如你看视频即使少个一两帧，实际给人的感觉区别也不大。
 *  **TCP 用于对传输准确性要求特别高的场景**，比如文件传输、发送和接收邮件、远程登录等等。

***3、HTTP 基于 TCP 还是 UDP？***

`HTTP/3.0` 之前是**基于 TCP 协议**的，而 **`HTTP/3.0`** 将`弃用 TCP`，改用 `基于 UDP 的 QUIC 协议` 。此变化解决了 HTTP/2 中存在的队头阻塞问题。由于 HTTP/2 在单个 TCP 连接上使用了多路复用，受到 TCP 拥塞控制的影响，少量的丢包就可能导致整个 TCP 连接上的所有流被阻塞。另外，HTTP/2.0 需要经过经典的 TCP 三次握手过程（一般是 3 个 RTT）。由于 `QUIC` 协议的特性，**HTTP/3.0 可以避免 TCP 三次握手的延迟，允许在第一次连接时发送数据（0 个 RTT ，零往返时间）**。

***4、使用 TCP 的协议有哪些?使用 UDP 的协议有哪些?***

**运行于 TCP 协议之上的协议 ：**

*  HTTP 协议 ：超文本传输协议（HTTP，HyperText Transfer Protocol)是一种用于传输超文本和多媒体内容的协议，主要是为 Web 浏览器与 Web 服务器之间的通信而设计的。当我们使用浏览器浏览网页的时候，我们网页就是通过 HTTP 请求进行加载的。
 *  HTTPS 协议 ：更安全的超文本传输协议(HTTPS,Hypertext Transfer Protocol Secure)，身披 SSL 外衣的 HTTP 协议
 *  FTP 协议：文件传输协议 FTP（File Transfer Protocol）是一种用于在计算机之间传输文件的协议，可以屏蔽操作系统和文件存储方式。注意 ⚠️：**FTP 是一种不安全的协议，因为它在传输过程中不会对数据进行加密**。建议在传输敏感数据时使用更安全的协议，如 SFTP。
 *  SMTP 协议：简单邮件传输协议（SMTP，Simple Mail Transfer Protocol）的缩写，是一种用于发送电子邮件的协议。注意 ⚠️：SMTP 协议只负责邮件的发送，而不是接收。要从邮件服务器接收邮件，需要使用 POP3 或 IMAP 协议。
 *  POP3/IMAP 协议： 两者都是负责邮件接收的协议。IMAP 协议是比 POP3 更新的协议，它在功能和性能上都更加强大。IMAP 支持邮件搜索、标记、分类、归档等高级功能，而且可以在多个设备之间同步邮件状态。几乎所有现代电子邮件客户端和服务器都支持 IMAP。
 *  Telnet 协议：用于通过一个终端登陆到其他服务器。Telnet 协议的最大缺点之一是所有数据（包括用户名和密码）均以明文形式发送，这有潜在的安全风险。这就是为什么如今很少使用 Telnet，而是使用一种称为 SSH 的非常安全的网络传输协议的主要原因。
 *  SSH 协议 : SSH（ Secure Shell）是目前较可靠，专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议。利用 SSH 协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露问题。SSH 建立在可靠的传输协议 TCP 之上。
 *  …

**运行于 UDP 协议之上的协议 ：**

*  DHCP 协议：动态主机配置协议，动态配置 IP 地址
 *  DNS ： 域名系统（DNS，Domain Name System）将人类可读的域名 (例如，**www.baidu.com**) 转换为机器可读的 IP 地址 (例如，**220.181.38.148**)。 我们可以将其理解为专为互联网设计的电话薄。实际上 DNS 同时支持 UDP 和 TCP 协议。
 *  …

***5、IP 协议的作用是什么？***

IP（Internet Protocol，网际协议） 是 TCP/IP 协议中最重要的协议之一，**属于网络层的协议**，主要作用是**定义数据包的格式、对数据包进行路由和寻址**，以便它们可以跨网络传播并到达正确的目的地。

目前 IP 协议主要分为两种，一种是过去的 `IPv4`，另一种是较新的 `IPv6`，目前这两种协议都在使用，但后者已经被提议来取代前者。

***6、什么是 IP 地址？IP 寻址如何工作？***

每个连入互联网的设备或域（如计算机、服务器、路由器等）都被分配一个 IP 地址（Internet Protocol address），作为唯一标识符。

每个 IP 地址都是一个字符序列，如 192.168.1.1（IPv4）、2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334（IPv6） 。

**当网络设备发送IP数据包**时，`数据包`中包含了 `源IP地址` 和 `目的IP地址` 。源IP地址用于标识数据包的发送方设备或域，而目的IP地址则用于标识数据包的接收方设备或域。**这类似于一封邮件中同时包含了目的地地址和回邮地址**。

网络设备根据目的IP地址来判断数据包的目的地，并将数据包转发到正确的目的地网络或子网络，从而实现了设备间的通信。

这种基于IP地址的寻址方式是互联网通信的基础，它**允许数据包在`不同的网络`之间传递**，从而实现了全球范围内的网络互联互通。

`IP地址`的`唯一性`和`全局性`保证了网络中的每个设备都可以通过其独特的IP地址进行标识和寻址。

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***7、什么是 IP 地址过滤？***

**IP 地址过滤（IP Address Filtering）** 简单来说就是**限制或阻止特定IP地址或IP地址范围的访问**。

例如，你有一个图片服务突然被某一个 IP 地址攻击，那我们就可以禁止这个 IP 地址访问图片服务。

IP地址过滤是一种简单的网络安全措施，实际应用中一般会结合其他网络安全措施，如认证、授权、加密等一起使用。单独使用 IP地址过滤并不能完全保证网络的安全。

***8、IPv4 和 IPv6 有什么区别？***

IPv4（Internet Protocol version 4） 是目前广泛使用的 IP 地址版本，其格式是四组由点分隔的数字，例如：123.89.46.72。IPv4 使用 32 位地址作为其 Internet 地址，这意味着共有约 **42 亿（ 2^32）** 个可用 IP 地址。  
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这么少当然不够用啦！**为了解决 IP 地址耗尽的问题**，最根本的办法是采用具有更大地址空间的新版本 IP 协议 - IPv6（Internet Protocol version 6）。

IPv6 地址使用更复杂的格式，该格式使用由单或双冒号分隔的一组数字和字母，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 。IPv6使用 128 位互联网地址，这意味着越有 **2^128（3 开头的 39 位数字，恐怖如斯）** 个可用 IP 地址。

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除了更大的地址空间之外，IPv6 的优势还包括：

*  **无状态地址自动配置（Stateless Address Autoconfiguration，简称 SLAAC） ：** 主机可以直接通过根据接口标识和网络前缀生成全局唯一的 IPv6 地址，而无需依赖 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）服务器，简化了网络配置和管理。
 *  **NAT（Network Address Translation，网络地址转换） 成为可选项 ：** IPv6 地址资源充足，可以给全球每个设备一个独立的地址。
 *  **对标头结构进行了改进 ：** IPv6 标头结构相较于 IPv4 更加简化和高效，减少了处理开销，提高了网络性能。
 *  **可选的扩展头 ：** 允许在 IPv6 标头中添加不同的扩展头（Extension Headers），用于实现不同类型的功能和选项。
 *  **ICMPv6（Internet Control Message Protocol for IPv6） ：** IPv6 中的 ICMPv6 相较于 IPv4 中的 ICMP 有了一些改进，如邻居发现、路径 MTU 发现等功能的改进，从而提升了网络的可靠性和性能。
 *  …

***9、NAT 的作用是什么？***

NAT（Network Address Translation，网络地址转换） **主要用于在不同网络之间转换 IP 地址**。它允许将私有 IP 地址（如在局域网中使用的 IP 地址）映射为公有 IP 地址（在互联网中使用的 IP 地址）或者反向映射，从而实现局域网内的多个设备通过单一公有 IP 地址访问互联网。

**NAT 不光可以缓解 IPv4 地址资源短缺的问题，还可以隐藏内部网络的实际拓扑结构，使得外部网络无法直接访问内部网络中的设备，从而提高了内部网络的安全性。**

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***10、什么是 Mac 地址？***

MAC 地址的全称是 **媒体访问控制地址（Media Access Control Address）**。如果说，互联网中**每一个资源都由 IP 地址唯一标识（IP 协议内容）**，那么**一切网络设备都由 MAC 地址唯一标识**。

![在这里插入图片描述][37e3182d10c54fa5906cf6eb9ee6b6d5.png]

可以理解为，`MAC 地址是一个网络设备真正的身份证号，IP 地址只是一种不重复的定位方式`（比如说住在某省某市某街道的张三，这种逻辑定位是 IP 地址，他的身份证号才是他的 MAC 地址），也可以理解为 MAC 地址是身份证号，IP 地址是邮政地址。

MAC 地址也有一些别称，如 `LAN 地址、物理地址、以太网地址`等。

还有一点要知道的是，**不仅仅是网络资源才有 IP 地址，网络设备也有 IP 地址**，比如路由器。但从结构上说，路由器等网络设备的作用是组成一个网络，而且通常是内网，所以它们使用的 IP 地址通常是内网 IP，内网的设备在与内网以外的设备进行通信时，需要用到 NAT 协议。

MAC 地址的长度为 6 字节（48 比特），地址空间大小有 280 万亿之多（ 2 48 2^\{48\} 248），MAC 地址由 IEEE 统一管理与分配，理论上，**一个网络设备中的网卡上的 MAC 地址是永久的**。

不同的网卡生产商从 IEEE 那里购买自己的 MAC 地址空间（MAC 的前 24 比特），也就是前 24 比特由 IEEE 统一管理，保证不会重复。而后 24 比特，由各家生产商自己管理，同样保证生产的两块网卡的 MAC 地址不会重复。

`MAC 地址`具有`可携带性、永久性`，身份证号永久地标识一个人的身份，不论他到哪里都不会改变。

而 IP 地址不具有这些性质，当一台设备更换了网络，它的 IP 地址也就可能发生改变，也就是它在互联网中的定位发生了变化。

最后，记住，`MAC 地址`有一个`特殊地址`：`FF-FF-FF-FF-FF-FF（全 1 地址）`，该地址表示`广播地址`。

***11、ARP 协议解决了什么问题地位如何？***

ARP 协议，全称 地址解析协议（Address Resolution Protocol），它`解决的是网络层地址和链路层地址之间的转换问题。`

因为一个 IP 数据报在物理上传输的过程中，总是需要知道下一跳（物理上的下一个目的地）该去往何处，但 IP 地址属于逻辑地址，而 MAC 地址才是物理地址，`ARP 协议解决了 IP 地址转 MAC 地址的一些问题。`

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