写在面前
大家好，我是李孟宦，号主小智前同事~
随着ICT（information and communications technology）技术的发展，即使是制造行业的我们，仍然可以感受到IT与通讯技术带给我们的便利，随着IT与OT融合的不断加深，掌握网络基本知识是很多技术人员必备的技能，因此我们特意总结了部分知识点，看看你对网络的理解合格了吗？
今天的主要内容有：
00 前期热文回顾
01 五层网络协议的理解
02 每一层对应的网络协议都有哪些
03 你对IP地址分类的理解
04 交换、路由与VLAN
05 TCP和UDP的主要特点与区别
06 TCP与UDP分别对应的常见应用协议
07 TCP的三次握手与四次挥手
08 关于Socket
09 DNS解析过程
00 前期热文回顾
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MES下的数据采集——扫码器的串口通讯
[ 附labview下载 ]LabVIEW与RS232串口通信
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OPC UA&与OPC Classic之间的数据转换
OPC UA-面向未来的工业通讯规范
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网络的OSI七层模型和TCP/IP五层模型 | 网络基础（三）
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Ping网络中各种互通与不通的总结分析，同vlan不同网段能否ping通？
一文弄懂vlan、子网掩码、MAC地址、网关、DNS、三层交换机
MES、SCADA、PLC项目调试，遇到网络丢包怎么办？
01 五层网络协议的理解
学习计算机网络时我们一般采用折中的办法，也就是中和 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构，这样既简洁又能将概念阐述清楚。
- 1. 应用层
应用层（application-layer）的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程（进程：主机中正在运行的程序）间的通信和交互的规则。对于不同的网络应用需要不同的应用层协议。在互联网中应用层协议很多，如域名系统 DNS，支持万维网应用的 HTTP 协议，支持电子邮件的 SMTP 协议等等。我们把应用层交互的数据单元称为报文。
- 2. 运输层
运输层（transport layer）的主要任务就是负责向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。“通用的”是指并不针对某一个特定的网络应用，而是多种应用可以使用同一个运输层服务。由于一台主机可同时运行多个线程，因此运输层有复用和分用的功能。所谓复用就是指多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务，分用和复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
- 3. 网络层
在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组和包进行传送。在 TCP / IP 体系结构中，由于网络层使用 IP 协议，因此分组也叫 IP 数据报，简称数据报。
- 4. 数据链路层
数据链路层（data link layer）通常简称为链路层。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧，在两个相邻节点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如：同步信息，地址信息，差错控制等）。在接收数据时，控制信息使接收端能够知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样，数据链路层在收到一个帧后，就可从中提出数据部分，上交给网络层。控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。如果发现差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以避免继续在网络中传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正数据在链路层传输时出现差错（这就是说，数据链路层不仅要检错，而且还要纠错），那么就要采用可靠性传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使链路层的协议复杂些。
- 5. 物理层
在物理层上所传送的数据单位是比特。物理层（physical layer）的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。使其上面的数据链路层不必考虑网络的具体传输介质是什么。“透明传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化，对传送的比特流来说，这个电路好像是看不见的。
02 每一层对应的网络协议都有哪些
计算机五层网络体系中涉及的协议非常多，下面就常用的做了列举：
03 你对IP地址分类的理解
IP 地址是指互联网协议地址，是 IP 协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。IP 地址编址方案将 IP 地址空间划分为 A、B、C、D、E 五类，其中 A、B、C 是基本类，D、E 类作为多播和保留使用，为特殊地址。每个 IP 地址包括两个标识码（ID），即网络 ID 和主机 ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络 ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机 ID 与其对应。A~E 类地址的特点如下：A 类地址：以 0 开头，第一个字节范围：0~127；B 类地址：以 10 开头，第一个字节范围：128~191；C 类地址：以 110 开头，第一个字节范围：192~223；D 类地址：以 1110 开头，第一个字节范围为 224~239；E 类地址：以 1111 开头，保留地址
04 交换、路由与VLAN
交换机和路由器分别的实现原理是什么？分别在哪个层次上面实现的？
交换机用在局域网中，交换机通过记录局域网内各节点机器的MAC地址就可以实现传递报文,无需看报文中的IP地址。路由器识别不同网络的方法是通过识别不同网络的网络ID号(IP地址的高端部分)进行的，所以为了保证路由成功，每个网络都必须有一个唯一的网络编号。
路由器通过察看报文中IP地址来决定路径，向那个子网(下一跳)路由。也就是说交换机工作在数据链路层看MAC地址，路由器工作在网际层看IP地址。但是由于现在网络设备的发展，很多设备既有交换机的功能有由路由器的功能(交换式路由器)使得两者界限越来越模糊。
交换和路由的区别？
交换技术和路由技术的最大区别在于他们寻址的方式以及报文的转发方式上，交换技术是发生在2层也就是数据链路层上，是直接利用mac地址建立会话；
路由技术发生在网络层，需要通过ip地址建立路由表，然后进行数据通信。在报文的转发方式上，交换技术是使用先收再转，路由技术是采用边收边转。路由器的基本功能是数据包的转发。
什么是VLAN？
VLAN又称虚拟局域网，是指在网络层对局域网进行划分，一个VLAN组成一个逻辑子网，即一个独立的广播域，各子网自己产生的广播网络流量被限制在各子网内部，降低数据帧的碰撞率，它可以覆盖多个网络设备，允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。
VLAN的特点？
VLAN（虚拟局域网）的主要特点就是安全，信息只到达应该到达的地点。
05 TCP和UDP的主要特点与区别
TCP 的主要特点是什么？1. TCP 是面向连接的。（就好像打电话一样，通话前需要先拨号建立连接，通话结束后要挂机释放连接）；2. 每一条 TCP 连接只能有两个端点，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）；3. TCP 提供可靠交付的服务。通过 TCP 连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复、并且按序到达；4. TCP 提供全双工通信。TCP 允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP 连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双方通信的数据；5. 面向字节流。TCP 中的“流”（Stream）指的是流入进程或从进程流出的字节序列。“面向字节流”的含义是：虽然应用程序和 TCP 的交互是一次一个数据块（大小不等），但 TCP 把应用程序交下来的数据仅仅看成是一连串的无结构的字节流。
UDP 的主要特点是什么？
1. UDP 是无连接的；2. UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态（这里面有许多参数）；3. UDP 是面向报文的；4. UDP 没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如 直播，实时视频会议等）；5. UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信；6. UDP 的首部开销小，只有 8 个字节，比 TCP 的 20 个字节的首部要短。TCP 和 UDP 的区别？
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。TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的，面向连接的运输服务（TCP 的可靠体现在 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，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源），这难以避免增加了许多开销，如确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多处理机资源。 UDP 在传送数据之前不需要先建立连接，远地主机在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下 UDP 确是一种最有效的工作方式（一般用于即时通信），比如：QQ 语音、 QQ 视频 、直播等等。
06 TCP与UDP分别对应的常见应用协议
- 1. TCP 对应的应用层协议
FTP：定义了文件传输协议，使用 21 端口。常说某某计算机开了 FTP 服务便是启动了文件传输服务。下载文件，上传主页，都要用到 FTP 服务。Telnet：它是一种用于远程登陆的端口，用户可以以自己的身份远程连接到计算机上，通过这种端口可以提供一种基于 DOS 模式下的通信服务。如以前的 BBS 是-纯字符界面的，支持 BBS 的服务器将 23 端口打开，对外提供服务。SMTP：定义了简单邮件传送协议，现在很多邮件服务器都用的是这个协议，用于发送邮件。如常见的免费邮件服务中用的就是这个邮件服务端口，所以在电子邮件设置-中常看到有这么 SMTP 端口设置这个栏，服务器开放的是 25 号端口。POP3：它是和 SMTP 对应，POP3 用于接收邮件。通常情况下，POP3 协议所用的是 110 端口。也是说，只要你有相应的使用 POP3 协议的程序（例如 Fo-xmail 或 Outlook），就可以不以 Web 方式登陆进邮箱界面，直接用邮件程序就可以收到邮件（如是163 邮箱就没有必要先进入网易网站，再进入自己的邮-箱来收信）。HTTP：从 Web 服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。
- 2. UDP 对应的应用层协议
DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为 IP 地址。DNS 用的是 53 号端口。SNMP：简单网络管理协议，使用 161 号端口，是用来管理网络设备的。由于网络设备很多，无连接的服务就体现出其优势。TFTP(Trival File Transfer Protocal)：简单文件传输协议，该协议在熟知端口 69 上使用 UDP 服务。
07 TCP的三次握手与四次挥手
详细说下 TCP 三次握手的过程？
- 1. 三次握手
TCP 建立连接的过程叫做握手，握手需要在客户和服务器之间交换三个 TCP 报文段。
最初客户端和服务端都处于 CLOSED(关闭) 状态。本例中 A（Client） 主动打开连接，B（Server） 被动打开连接。一开始，B 的 TCP 服务器进程首先创建传输控制块TCB，准备接受客户端进程的连接请求。然后服务端进程就处于 LISTEN(监听) 状态，等待客户端的连接请求。如有，立即作出响应。第一次握手：A 的 TCP 客户端进程也是首先创建传输控制块 TCB。然后，在打算建立 TCP 连接时，向 B 发出连接请求报文段，这时首部中的同步位 SYN=1，同时选择一个初始序号 seq = x。TCP 规定，SYN 报文段（即 SYN = 1 的报文段）不能携带数据，但要消耗掉一个序号。这时，TCP 客户进程进入 SYN-SENT（同步已发送）状态。第二次握手：B 收到连接请求报文后，如果同意建立连接，则向 A 发送确认。在确认报文段中应把 SYN 位和 ACK 位都置 1，确认号是 ack = x + 1，同时也为自己选择一个初始序号 seq = y。请注意，这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时 TCP 服务端进程进入 SYN-RCVD（同步收到）状态。第三次握手：TCP 客户进程收到 B 的确认后，还要向 B 给出确认。确认报文段的 ACK 置 1，确认号 ack = y + 1，而自己的序号 seq = x + 1。这时 ACK 报文段可以携带数据。但如果不携带数据则不消耗序号，这种情况下，下一个数据报文段的序号仍是 seq = x + 1。这时，TCP 连接已经建立，A 进入 ESTABLISHED（已建立连接）状态。
为什么两次握手不可以呢？
为了防止已经失效的连接请求报文段突然又传送到了 B，因而产生错误。比如下面这种情况：A 发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在网路结点长时间滞留了，以致于延误到连接释放以后的某个时间段才到达 B。本来这是一个早已失效的报文段。但是 B 收到此失效的链接请求报文段后，就误认为 A 又发出一次新的连接请求。于是就向 A 发出确认报文段，同意建立连接。对于上面这种情况，如果不进行第三次握手，B 发出确认后就认为新的运输连接已经建立了，并一直等待 A 发来数据。B 的许多资源就这样白白浪费了。如果采用了三次握手，由于 A 实际上并没有发出建立连接请求，所以不会理睬 B 的确认，也不会向 B 发送数据。B 由于收不到确认，就知道 A 并没有要求建立连接。
为什么不需要四次握手？
有人可能会说 A 发出第三次握手的信息后在没有接收到 B 的请求就已经进入了连接状态，那如果 A 的这个确认包丢失或者滞留了怎么办？我们需要明白一点，完全可靠的通信协议是不存在的。在经过三次握手之后，客户端和服务端已经可以确认之前的通信状况，都收到了确认信息。所以即便再增加握手次数也不能保证后面的通信完全可靠，所以是没有必要的。
Server 端收到 Client 端的 SYN 后，为什么还要传回 SYN？
接收端传回发送端所发送的 SYN 是为了告诉发送端，我接收到的信息确实就是你所发送的信号了。SYN 是 TCP / IP 建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立正常的 TCP 网络连接时，客户机首先发出一个 SYN 消息，服务器使用 SYN-ACK 应答表示接收到了这个消息，最后客户机再以 ACK(Acknowledgement[汉译：确认字符，在数据通信传输中，接收站发给发送站的一种传输控制字符。它表示确认发来的数据已经接受无误]）消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的 TCP 连接，数据才可以在客户机和服务器之间传递。
详细说下 TCP 四次挥手的过程？
据传输结束后，通信的双方都可以释放连接。现在 A 和 B 都处于 ESTABLISHED 状态。
第一次挥手：A 的应用进程先向其 TCP 发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭 TCP 连接。A 把连接释放报文段首部的终止控制位 FIN 置 1，其序号 seq = u（等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号加 1），这时 A 进入 FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待 B 的确认。请注意：TCP 规定，FIN 报文段即使不携带数据，也将消耗掉一个序号。第二次挥手：B 收到连接释放报文段后立即发出确认，确认号是 ack = u + 1，而这个报文段自己的序号是 v（等于 B 前面已经传送过的数据的最后一个字节的序号加1），然后 B 就进入 CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP 服务端进程这时应通知高层应用进程，因而从 A 到 B 这个方向的连接就释放了，这时的 TCP 连接处于半关闭（half-close）状态，即 A 已经没有数据要发送了，但 B 若发送数据，A 仍要接收。也就是说，从 B 到 A 这个方向的连接并未关闭，这个状态可能会持续一段时间。A 收到来自 B 的确认后，就进入 FIN-WAIT-2(终止等待2)状态，等待 B 发出的连接释放报文段。第三次挥手：若 B 已经没有要向 A 发送的数据，其应用进程就通知 TCP 释放连接。这时 B 发出的连接释放报文段必须使 FIN = 1。假定 B 的序号为 w（在半关闭状态，B 可能又发送了一些数据）。B 还必须重复上次已发送过的确认号 ack = u + 1。这时 B 就进入 LAST-ACK(最后确认)状态，等待 A 的确认。第四次挥手：A 在收到 B 的连接释放报文后，必须对此发出确认。在确认报文段中把 ACK 置 1，确认号 ack = w + 1，而自己的序号 seq = u + 1（前面发送的 FIN 报文段要消耗一个序号）。然后进入 TIME-WAIT(时间等待) 状态。请注意，现在 TCP 连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器设置的时间 2MSL（MSL：最长报文段寿命）后，A 才能进入到 CLOSED 状态，然后撤销传输控制块，结束这次 TCP 连接。当然如果 B 一收到 A 的确认就进入 CLOSED 状态，然后撤销传输控制块。所以在释放连接时，B 结束 TCP 连接的时间要早于 A。
TCP 协议是如何保证可靠传输的？
1. 数据包校验：目的是检测数据在传输过程中的任何变化，若校验出包有错，则丢弃报文段并且不给出响应，这时 TCP 发送数据端超时后会重发数据；2. 对失序数据包重排序：既然 TCP 报文段作为 IP 数据报来传输，而 IP 数据报的到达可能会失序，因此 TCP 报文段的到达也可能会失序。TCP 将对失序数据进行重新排序，然后才交给应用层；3. 丢弃重复数据：对于重复数据，能够丢弃重复数据；4. 应答机制：当 TCP 收到发自 TCP 连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒；5. 超时重发：当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段；6. 流量控制：TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP 的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，这可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出，这就是流量控制。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。
谈下你对流量控制的理解？TCP 利用滑动窗口实现流量控制。流量控制是为了控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收。接收方发送的确认报文中的窗口字段可以用来控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为 0，则发送方不能发送数据。
在浏览器中输入 URL 地址到显示主页的过程？
1. DNS 解析：浏览器查询 DNS，获取域名对应的 IP 地址：具体过程包括浏览器搜索自身的 DNS 缓存、搜索操作系统的 DNS 缓存、读取本地的 Host 文件和向本地 DNS 服务器进行查询等。对于向本地 DNS 服务器进行查询，如果要查询的域名包含在本地配置区域资源中，则返回解析结果给客户机，完成域名解析(此解析具有权威性)；如果要查询的域名不由本地 DNS 服务器区域解析，但该服务器已缓存了此网址映射关系，则调用这个 IP 地址映射，完成域名解析（此解析不具有权威性）。如果本地域名服务器并未缓存该网址映射关系，那么将根据其设置发起递归查询或者迭代查询；
2. TCP 连接：浏览器获得域名对应的 IP 地址以后，浏览器向服务器请求建立链接，发起三次握手；
3. 发送 HTTP 请求：TCP 连接建立起来后，浏览器向服务器发送 HTTP 请求；
4. 服务器处理请求并返回 HTTP 报文：服务器接收到这个请求，并根据路径参数映射到特定的请求处理器进行处理，并将处理结果及相应的视图返回给浏览器；
5. 浏览器解析渲染页面：浏览器解析并渲染视图，若遇到对 js 文件、css 文件及图片等静态资源的引用，则重复上述步骤并向服务器请求这些资源；浏览器根据其请求到的资源、数据渲染页面，最终向用户呈现一个完整的页面。
6. 连接结束。
08 关于Socket
- 即套接字，是应用层 与
TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，表现为一个封装了 TCP / IP协议族 的编程接口（API）
- Socket不是一种协议，而是一个编程调用接口（API），属于传输层（主要解决数据如何在网络中传输）
- 即：通过Socket，我们才能在Andorid平台上通过 TCP/IP协议进行开发
- 对用户来说，只需调用Socket去组织数据，以符合指定的协议，即可通信
- 成对出现，一对套接字：
Socket ={(IP地址1:PORT端口号)，(IP地址2:PORT端口号)}
复制代码
- 一个 Socket 实例 唯一代表一个主机上的一个应用程序的通信链路
09 DNS的解析过程
1. 主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。所谓递归查询就是：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询)，而不是让主机自己进行下一步查询。因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的 IP 地址，或者是报错，表示无法查询到所需的 IP 地址。2. 本地域名服务器向根域名服务器的查询的迭代查询。迭代查询的特点：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地服务器进行后续的查询。根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的 IP 地址告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。最后，本地域名服务器得到了所要解析的 IP 地址或报错，然后把这个结果返回给发起查询的主机。
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