软件测试之学习计算机网络知识

计算机网络三要素：

1. 计算机设备
2. 通讯线路与网络连接设备
3. 计算机网络通讯协议

计算机网络概述:

计算机网络学习的核心内容就是网络协议的学习。网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或者说是约定的集合。因为不同用户的数据终端可能采取的字符集是不同的，两者需要进行通信，必须要在一定的标准上进行。一个很形象地比喻就是我们的语言，我们大天朝地广人多，地方性语言也非常丰富，而且方言之间差距巨大。A地区的方言可能B地区的人根本无法接受，所以我们要为全国人名进行沟通建立一个语言标准，这就是我们的普通话的作用。同样，放眼全球，我们与外国友人沟通的标准语言是英语，所以我们才要苦逼的学习英语。

计算机网络协议同我们的语言一样，多种多样。而ARPA公司与1977年到1979年推出了一种名为ARPANET的网络协议受到了广泛的热捧，其中最主要的原因就是它推出了人尽皆知的TCP/IP标准网络协议。目前TCP/IP协议已经成为Internet中的“通用语言”，下图为不同计算机群之间利用TCP/IP进行通信的示意图。

计算机网络层的形成：

为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了“开放系统互联参考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：

• 物理层（Physics Layer）：中继器，集线器、网线、HUB
• 数据链路层（Data Link Layer）：网卡，网桥，交换机
• 网络层（Network Layer）：路由器，防火墙、多层交换机
• 传输层（Transport Layer）：进程和端口 tcp  udp
• 会话层（Session Layer）：建立会话，SESSION认证、断点续传
• 表示层（Presentation Layer）：编码方式，图像编解码、URL字段传输编码
• 应用层（Application Layer）：应用程序，如FTP，SMTP，HTTP

OSI七层网络模型图：

开放系统互连基本参考模型，只要遵守这个OSI标准，任何两个系统都能进行通信. OSI是七层协议体系结构，而TCP/IP是一个四层协议体系结构，于是我们采取折中的方法，学习计算机网络原理的时候往往用的是五层协议的体系结构 : 物理层，数据链路层，网络层，传输层和应用层

物理层：

计算机的世界里只有0和1，正如你现在所看这篇文章的文字，存储在计算机中也是一大串0和1的组合. 但是这些数字不能在真实的物理介质中传输的，而需要把它转换为光信号或者电信号，所以这一层负责将这些比特流(0101)与光电信号进行转换.

如果没有物理层，那么也就不存在互联网，不存在数据的共享，因为数据无法在网络中流动.

简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层记住两个重要的设备名称，中继器（Repeater，也叫放大器）和集线器。

数据链路层：

数据在这一层不再是以比特流的形式传输，而是分割成一个一个的帧再进行传输.

有关数据链路层的重要知识点：

1> 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；

　　2> 基本数据单位为帧；帧就是由数据组成的数据块

　　3> 主要的协议：以太网协议；

　　4> 两个重要设备名称：网桥和交换机。

网络层：

如果只有数据链路层没有网络层，数据就只能在同一条链路上传输，不能跨链路传输. 有了网络层，数据便能跨域不同的数据链路传输.

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是“路径选择、路由及逻辑寻址”。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。

有关网络层的重点为：

　　1> 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能；

2> 基本数据单位为IP数据报；

3> 包含的主要协议：

IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;

ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;

ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;

RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。

4> 重要的设备：路由器。

传输层

这一层是重中之重，因为数据链路层，网络层这两层的数据传输都是不可靠的，尽最大能力交付的. 什么意思的? 就是它们不负责提交给你的就是正确的数据. 然而这一层的TCP协议将要提供可靠传输

这一层主要重点是两个协议 : UDP 和 TCP

用户数据报协议UDP：

UDP主要特点 :

• 无连接
• 尽最大努力交付
• 面向报文 : 应用层交下来的报文直接加上UDP头部就往IP层扔，不合并也不拆分
• 没有拥塞控制
• 支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
• 首部开销小，只有8个字节

UDP首部

UDP首部格式

• 源端口 : 源端口号. 在需要对方回信时选用，不需要则全0
• 目的端口 : 目的端口号. 这在终点交付报文时必须要使用到
• 长度 : UDP数据报的长度，最小值为8(仅有首部)
• 检验和 : 与IP数据报只检验首部不同的是，UDP需要把首部和数据部分一起检验

传输控制协议TCP

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。

CP主要特点 

• 面向连接的运输层协议
• 每一条TCP连接只能有2个端点，TCP是点对点的
• 提供可靠交付
• 全双工通信
• 面向字节流

TCP的工作流程

TCP协议的三次握手和四次挥手：

注：seq:”sequance”序列号；ack:”acknowledge”确认号；SYN:”synchronize”请求同步标志；；ACK:”acknowledge”确认标志”；FIN：”Finally”结束标志。

TCP连接建立过程：首先Client端发送连接请求报文，Server段接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文后也向Server段发生ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了。

TCP连接断开过程：假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说”我Client端没有数据要发给你了”，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，”告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息”。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，”告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了”。Client端收到FIN报文后，”就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。“，Server端收到ACK后，”就知道可以断开连接了”。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！

为什么要三次挥手？

在只有两次“握手”的情形下，假设Client想跟Server建立连接，但是却因为中途连接请求的数据报丢失了，故Client端不得不重新发送一遍；这个时候Server端仅收到一个连接请求，因此可以正常的建立连接。但是，有时候Client端重新发送请求不是因为数据报丢失了，而是有可能数据传输过程因为网络并发量很大在某结点被阻塞了，这种情形下Server端将先后收到2次请求，并持续等待两个Client请求向他发送数据…问题就在这里，Cient端实际上只有一次请求，而Server端却有2个响应，极端的情况可能由于Client端多次重新发送请求数据而导致Server端最后建立了N多个响应在等待，因而造成极大的资源浪费！所以，“三次握手”很有必要！

更加接地气的解释就是 : A打电话给B

第一次握手 : 你好，我是A，你能听到我说话吗

第二次握手 : 听到了，我是B，你能听到我说话吗

第三次握手 : 听到了，我们可以开始聊天了

三次握手其实就是为了检测双方的发送和接收能力是否正常，你说呢?

为什么要四次挥手？

试想一下，假如现在你是客户端你想断开跟Server的所有连接该怎么做？第一步，你自己先停止向Server端发送数据，并等待Server的回复。但事情还没有完，虽然你自身不往Server发送数据了，但是因为你们之前已经建立好平等的连接了，所以此时他也有主动权向你发送数据；故Server端还得终止主动向你发送数据，并等待你的确认。其实，说白了就是保证双方的一个合约的完整执行！

使用TCP的协议：FTP（文件传输协议）、Telnet（远程登录协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、POP3（和SMTP相对，用于接收邮件）、HTTP协议等。

更加接地气的解释 :

第一次挥手 : A告诉B，我没数据发了，准备关闭连接了，你要发送数据吗

第二次挥手 : B发送最后的数据

第三次挥手 : B告诉A，我也要关闭连接了

第四次挥手 : A告诉B你可以关闭了，我这边也关闭了