應用層

http/https

https://blog.csdn.net/z_ar_d/article/details/146561799?spm=1011.2415.3001.10575&sharefrom=mp_manage_link

DNS

會有鏈接的（畫大餅）

補充

基于tcp的：SMTP(25)\POP3(110)\SSH(22)\FTP(20\21)ssl\tls

基于UDP：DHCP(C68\S67)\NTP(123)\TFTP(69)

傳輸層

TCP

TCP/IP 協議棧中的 TCP（Transmission Control Protocol） 通過以下核心機制確保數據的可靠傳輸：

1. 序列號與確認機制

• 序列號（Sequence Number）：TCP 為每個字節的數據分配一個唯一的序列號，確保接收方可以按序重組數據。
• 確認號（Acknowledgment Number）：接收方通過 ACK 報文告知發送方已成功接收的數據字節位置（下一個期望接收的字節序號）。
• 累積確認（Cumulative ACK）：接收方只需確認最后一個連續接收的字節，簡化確認流程。

2. 超時重傳

• 重傳定時器：發送方發送數據后啟動定時器，若超時未收到 ACK，則重新發送未確認的數據段。
• 自適應重傳算法：TCP 動態調整超時時間（RTO，Retransmission Timeout），根據網絡延遲變化優化重傳策略。

3. 流量控制（滑動窗口機制）

• 滑動窗口（Sliding Window）：接收方通過窗口大小告知發送方當前可接收的數據量，避免接收方緩沖區溢出。
• 動態調整窗口：窗口大小隨接收方緩沖區剩余空間動態變化，發送方根據 ACK 中的窗口字段調整發送速率。

4. 擁塞控制

• 慢啟動（Slow Start）：初始階段逐步增加發送窗口，探測網絡容量。
• 擁塞避免（Congestion Avoidance）：當網絡出現擁塞（如丟包）時，降低發送速率，避免進一步惡化。
• 快速重傳與快速恢復：若接收方連續收到 3 個重復 ACK，判定數據包丟失，立即重傳并調整窗口，減少不必要的等待。

5. 錯誤檢測與校驗

• 校驗和（Checksum）：TCP 對首部和數據進行校驗，檢測傳輸中是否發生錯誤，錯誤數據段會被丟棄并重傳。

6. 連接管理

• 三次握手（Three-Way Handshake）：建立連接時，雙方通過 SYN、SYN-ACK、ACK 報文確認彼此可達。
• 四次揮手（Four-Way Handshake）：斷開連接時，雙方通過 FIN、ACK 報文確保數據全部傳輸完畢。

總結

TCP 通過序列號與確認保證數據按序到達，超時重傳處理丟失數據，滑動窗口控制流量避免過載，擁塞控制優化網絡利用率，校驗和檢測錯誤，以及連接管理確保可靠的端到端通信。這些機制共同作用，使 TCP 成為互聯網中最常用的可靠傳輸協議。

網絡層

ARP

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析協議）是計算機網絡中用于將 IP 地址轉換為物理 MAC 地址的核心協議，屬于 TCP/IP 協議棧的網絡層與數據鏈路層之間的橋梁。

ARP 的核心功能

• IP 地址到 MAC 地址的映射
• 數據鏈路層（如以太網）通過 MAC 地址識別設備，而網絡層使用 IP 地址。ARP 負責將目標 IP 地址解析為對應的 MAC 地址，確保數據幀能正確送達。
• 跨層通信的關鍵
• 當主機發送數據時：
  • 網絡層封裝 IP 數據包（含目標 IP 地址）。
  • 數據鏈路層需將 IP 數據包封裝為數據幀（需目標 MAC 地址）。
  • ARP 通過廣播或緩存查詢獲取目標 MAC 地址。

ARP 的工作流程

1. ARP 請求（Broadcast）

• 場景：主機 A（IP: 192.168.1.1，MAC: AA-AA-AA）要向主機 B（IP: 192.168.1.2）發送數據，但 ARP 緩存中無主機 B 的 MAC 地址。
• 步驟：
• 主機 A 發送ARP 請求廣播幀（目標 IP=192.168.1.2，目標 MAC=FF:FF:FF:FF:FF:FF）。
• 局域網內所有主機接收并解析請求。
• 主機 B 發現請求目標 IP 是自己，發送ARP 應答單播幀（源 IP=192.168.1.2，源 MAC=BB-BB-BB）。
• 主機 A 將主機 B 的 IP-MAC 映射存入 ARP 緩存。

2. ARP 緩存（ARP Table）

• 作用：存儲近期解析過的 IP-MAC 映射，避免重復廣播。
• 條目生命周期：通常為幾分鐘（可通過arp -a查看）。
• 更新機制：若目標 IP 地址的 MAC 地址變化，會觸發新的 ARP 請求。

ARP 的典型應用場景

• 同一局域網通信
• 主機 A 與主機 B 直接通信時，需通過 ARP 解析對方 MAC 地址。
• 跨網絡通信（通過網關）
• 主機 A 訪問外網（如 IP: 8.8.8.8）時，先通過 ARP 獲取網關（路由器）的 MAC 地址，數據經網關轉發。
• ARP 緩存中毒攻擊
• 攻擊者偽造 ARP 應答，將目標 IP 地址映射到惡意 MAC 地址，導致數據被竊聽或中斷（如中間人攻擊）。

ARP 與其他協議的關系

• 與 RARP 的區別：
• ARP：IP → MAC（常用）。
• RARP：MAC → IP（已被 DHCP 取代）。
• 與 ICMP 的關系：
• ARP 是無連接協議，依賴鏈路層廣播；ICMP 用于網絡診斷（如 Ping）。

示例說明

• 問題：主機 A 無法訪問主機 B，可能原因：
• 主機 B 未開啟，無法響應 ARP 請求。
• ARP 緩存中主機 B 的 MAC 地址過期或錯誤。
• 存在 ARP 欺騙攻擊，導致數據發送到錯誤設備。

總結

ARP 是網絡通信的基礎協議，確保 IP 地址與物理地址的正確映射。合理利用 ARP 緩存可提升效率，但需注意防范 ARP 欺騙等安全風險。理解 ARP 有助于診斷網絡連接問題（如 “無法訪問目標主機”）和優化網絡配置。

ICMP

ICMP（Internet Control Message Protocol，互聯網控制消息協議）是 TCP/IP 協議棧中網絡層的核心協議之一，主要用于**網絡設備之間傳遞控制信息和錯誤報告。**它通過封裝在 IP 數據包中傳輸，是網絡診斷和維護的重要工具。

ICMP 的核心功能

• 錯誤報告
• 當網絡設備（如路由器）發現數據包無法轉發時，通過 ICMP 向源主機發送錯誤消息（如 “目的不可達”）。
• 網絡診斷
• 提供基礎診斷功能（如 Ping、Traceroute），幫助用戶驗證網絡連通性和路徑。
• 流量控制
• 通過 “源抑制” 消息通知發送方降低發送速率，避免網絡擁塞。
• 路徑信息傳遞
• 路由器通過 “重定向” 消息告知主機更優的下一跳地址。

ICMP 的消息類型

ICMP 消息分為差錯報告和查詢兩大類，常見類型如下：

類型	代碼	描述
3 - 目的不可達	0-15	目標網絡 / 主機 / 協議 / 端口不可達（如主機未開機、防火墻攔截）
11 - 超時	0-1	TTL 耗盡（如 Traceroute 利用此消息跟蹤路徑）或分片重組超時
5 - 重定向	0-3	路由器通知主機使用更優的下一跳地址
8 - 回顯請求	0	Ping 請求（如ping 192.168.1.1）
0 - 回顯應答	0	Ping 響應，確認目標可達

ICMP 的工作流程示例

場景：主機 A Ping 主機 B

• 主機 A 發送 ICMP 回顯請求（類型 8）數據包，目標 IP 為 B 的 IP 地址。
• 主機 B 接收到請求后，發送 ICMP 回顯應答（類型 0）給主機 A。
• 主機 A 根據應答判斷主機 B 是否可達。

場景：路由器返回 “目的不可達”

• 若主機 A 嘗試訪問不存在的 IP 地址，路由器會發送 ICMP 目的不可達消息（類型 3，代碼 1）。

ICMP 的典型應用場景

• 網絡連通性測試
• Ping 工具：通過回顯請求 / 應答驗證主機是否可達。
• 示例：ping -c 4 8.8.8.8（向谷歌 DNS 服務器發送 4 個 Ping 請求）。
• 路徑跟蹤
• Traceroute 工具：利用 ICMP 超時消息（類型 11）逐步顯示數據包經過的路由器。
• 示例：traceroute www.example.com。
• 故障診斷
• 分析 ICMP 錯誤消息定位問題（如防火墻規則、路由配置錯誤）。

ICMP 與其他協議的關系

• 與 IP 協議：ICMP 是 IP 層的一部分，所有 IP 實現必須支持 ICMP。
• 與 TCP/UDP：ICMP 不用于傳輸用戶數據，而是輔助 IP 層處理錯誤和控制信息。
• 與 ARP：ARP 負責 IP 到 MAC 的解析，ICMP 負責網絡層的控制和診斷。

ICMP 的安全性與局限性

• 安全風險
• Ping Flood 攻擊：發送大量 ICMP 回顯請求，耗盡目標帶寬。
• Smurf 攻擊：利用廣播地址放大攻擊流量（已較少見）。
• 防范措施：通過防火墻禁用 ICMP 消息或限制速率。
• 局限性
• ICMP 消息本身不可靠，可能因網絡擁塞或過濾被丟棄。
• 某些網絡設備（如 NAT 網關）可能攔截 ICMP 消息，導致診斷失敗。

總結

ICMP 是網絡的 “神經系統”，通過傳遞控制和錯誤信息幫助維護網絡健康。掌握 ICMP 原理有助于診斷網絡問題（如主機不可達、路由黑洞），但需注意其安全性風險。常見工具如 Ping 和 Traceroute 是 ICMP 的典型應用，是網絡工程師的必備技能。

IGMP

IGMP（Internet Group Management Protocol）是TCP/IP 協議族中的網絡層協議（IP 協議號為 2），用于管理主機與組播路由器之間的組成員關系。其核心功能是讓組播路由器動態了解哪些主機屬于哪些組播組，從而高效轉發組播數據包。
1. 核心功能

• 成員關系管理：
  • 主機通過 IGMP 向路由器報告加入或離開某個組播組的請求。
  • 路由器通過定期查詢，維護各網段的組播組成員信息。
• 優化組播轉發：
  • 路由器僅向有成員的網段轉發組播數據，避免帶寬浪費。
    2. 版本演進
• IGMPv1：
  • 支持基本的加入 / 離開機制，但離開時需依賴超時機制檢測。
  • 查詢器選舉由組播路由協議（如 PIM）決定。
• IGMPv2：
  • 增加離開組消息，允許主機主動通知路由器退出組播組。
  • 引入特定組查詢，減少非組成員的響應流量。
  • 查詢器選舉改為最小 IP 地址優先，無需依賴外部協議。
• IGMPv3：
  • 支持源過濾（INCLUDE/EXCLUDE 模式），允許主機指定接收或拒絕特定源的組播流量。
  • 新增特定源組查詢，進一步優化流量控制。
    3. 工作機制
• 主機加入組播組：
  • 主機發送成員報告報文（Membership Report），聲明加入目標組播組。
• 主機離開組播組：
  • 主機發送離開組報文（Leave Group），路由器收到后發送特定組查詢，確認無其他成員后刪除該組。
• 路由器維護成員關系：
  • 路由器定期發送普遍組查詢（General Query），主機響應報告以維持成員資格。
  • 若主機未及時響應，路由器認為該組無成員，停止轉發數據。
    4. 報文類型
• 成員報告：主機加入組播組時發送，或響應查詢時確認成員身份。
• 普遍組查詢：路由器周期性發送，詢問所有組播組的成員狀態。
• 特定組查詢：路由器收到離開消息后，針對特定組播組發送的查詢。
• 特定源組查詢（v3）：針對特定組播組和源地址的查詢。
  5. 應用場景
• 流媒體傳輸（如視頻會議、在線直播）：高效分發數據到多個接收端。
• 在線游戲：實時同步多玩家數據。
• 企業內部通信：共享文件、軟件更新等。
  6. 與其他協議的關系
• 組播路由協議（如 PIM、DVMRP）：依賴 IGMP 提供的成員信息，構建組播轉發樹。
• IGMP 偵聽（IGMP Snooping）：交換機通過偵聽 IGMP 報文，優化二層組播轉發，減少不必要的流量泛洪。
  7. 注意事項
• 安全性：IGMP 缺乏認證機制，可能被濫用（如偽造成員報告引發流量攻擊）。
• 版本兼容性：高版本（如 v3）兼容低版本，但需注意配置一致性。
• IPv6 替代：IPv6 中使用 MLD（多播偵聽發現協議） 替代 IGMP。
  總結
  IGMP 是組播通信的核心協議，通過動態管理組成員關系，實現了高效的網絡資源利用。其版本演進逐步增強了靈活性和性能，適用于多種需要數據多播的場景。理解 IGMP 的工作機制有助于優化網絡配置，解決組播相關的故障（如流量缺失、帶寬浪費）。

網絡接口層

1. 物理層協議

• Ethernet（以太網）、Wi-Fi、光纖、DSL 等。

2. 數據鏈路層協議

• PPP（點對點協議）、SLIP（串行線路協議）、MAC 地址管理。