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Azreal7 authored Jan 14, 2025
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### 回顾:Web页面请求的历程

<img src="C:\Users\hp\Documents\WeChat Files\wxid_j96pgjli7gpn12\FileStorage\Temp\6fd3891e11fa99841d0d1ea302bab4d.jpg" alt="6fd3891e11fa99841d0d1ea302bab4d" style="zoom:50%;" />

##### 准备:DHCP、UDP、IP和以太网

使用以太网电缆将电脑与以太网交换机连接起来、交换机又与路由器连接。

路由器与ISP连接,为学校提供DNS服务,且DNS服务器不在学校网络中。

电脑刚与交换机连接时,没有IP地址不能做任何事情,因此交换机采取的相关动作是**运行DHCP协议**,通过其获取IP地址和其他信息。

###### DHCP协议工作过程

1. 电脑操作系统生成一个**DHCP请求报文**,将其放入具有目的端口67(DHCP服务器)和源端口68(DHCP客户)的**UDP报文段**。该UDP报文段放在一个目的地址为**广播地址**,源地址为**0.0.0.0****IP数据报**中。
2. 包含DHCP请求的报文的IP数据报被放置在**以太网帧**中,以太网帧的目的MAC地址也是**广播地址**,源MAC地址为电脑的接口MAC地址。
3. 包含DHCP请求的广播以太网帧由于是第一个从电脑到交换机的帧,因此每一层交换机中都采用广播的形式发送。
4. 路由器在其接口接收到广播以太网帧,该帧中包含DHCP请求,因此从帧中抽出IP数据报,该数据报的广播IP目的地指示IP数据报应该由节点的高层协议处理,因此数据报的载荷**被分解**向上到达UDP,DHCP请求报文从UDP报文段中抽取出来,DHCP服务器得到DHCP请求报文。
5. 假设路由器中的DHCP服务器能够以**CIDR**块68.85.2.0/24分配IP地址,并且DHCP服务器分配68.85.2.101给电脑,DHCP服务器生成包含这个IP地址以及DNS服务器地址的IP地址、默认网关路由器的IP地址和子网块(网络掩码)的一个**DHCP ACK报文段**。该报文被放入一个UDP报文段中,UDP报文段被放入IP数据报中,IP数据报被放入以太网帧中。以太网帧源地址是路由器接口MAC地址,目的MAC地址是电脑的MAC地址。
6. 以太网帧被发给交换机,因为交换机**自学习**的性质,因此帧成功转发。
7. 电脑收到以太网帧后,从以太网帧中抽取IP数据报、再从中抽取UDP报文段、再抽取出DHCP ACK报文。电脑的DHCP客户记录下它的IP地址和它DNS服务器的IP地址,且在其**IP转发表**中安装默认网关的地址,之后电脑将对网关发送目的地址为子网以外的所有数据报。

##### 仍在准备:DNS和ARP

电脑键入www.google.com到Web服务器,开启了一长串事件。

Web浏览器通过生成一个**TCP套接字**开始了该过程,套接字向网站发送**HTTP请求**。为了生成套接字,电脑需要知道www.google.com的IP地址,因此要用到**DNS协议**

8. 电脑操作系统生成一个**DNS查询报文**,把网站地址放在DNS报文的问题段中,报文放置在一个由53号端口(DNS服务器)目的端口的UDP报文段。UDP报文段放入目的IP地址为步骤5中返回的DNS服务器地址和源IP地址为68.85.2.101的IP数据报中。
9. 电脑将包含DNS请求报文的数据报放入一个以太网帧中,该帧先发送到网关路由器,但是电脑只从DHCP ACK报文获得了网关的IP地址,不知道MAC地址,因此需要使用**ARP协议**
10. 电脑生成一个具有默认网关地址为目的IP地址的**ARP查询报文**,将报文放在目的地址为广播地址的以太网帧中,并向交换机发送,这样就可以广播给所有连接的设备。
11. 网关路由器收到ARP查询报文的帧,发现在ARP报文中目标IP地址匹配其接口的IP地址,因此准备一个**ARP回答**,指示其对应IP地址的MAC地址。将ARP回答放在以太网帧中,目的地址为主机MAC地址,向交换机发送该帧,交换机发送给电脑。
12. 电脑收到ARP回答报文的帧,抽取网关路由器的MAC地址。
13. 主机将包含DNS查询的以太网帧寻址到网关路由器的MAC地址,向交换机发送该帧,交换机发送给网关。

##### 仍在准备:域内路由选择到DNS服务器

14. 网关路由器接受该帧并抽取包含DNS查询的IP数据报,路由器查找数据报的目的地址,并根据转发表决定应当发送到哪个路由器。IP数据报放置在链路层帧中。
15. 合适的路由器接收到该帧,抽取IP数据报,检查数据包的目的地址,根据转发表确定出接口,经过该接口朝着DNS服务器转发数据报。转发表是根据**因特网域间协议BGP**所填写的。
16. 最终包含DNS查询的IP数据报到达了DNS服务器,抽取出DNS查询报文,在数据库中找到对应的IP地址的**DNS源记录**。这种缓存数据源于google.com的**权威DNS服务器**。DNS服务器形成了一个包含主机名到IP地址映射的**DNS回答报文**,将该DNS回答报文放入UDP报文段中,报文段再放入寻址到电脑的IP数据报中,随后转发发送。
17. 电脑最终收到IP地址,准备接触www.google.com服务器。

##### Web客户-服务器交互:TCP和HTTP

18. 当电脑有了www.google.com的IP地址后,可以生成**TCP套接字**,该套接字向网站发送**HTTP GET报文**,当主机生成TCP套接字后,先与网站中TCP执行**三次握手**,首先电脑生成一个目的端口为80(针对HTTP)的**TCP SYN报文段**,放在具有目的地址为该网站IP的IP数据报中,数据报放在MAC地址为网关路由器MAC地址的帧中,并向交换机发送该帧。
19. 谷歌收到TCP SYN数据报,发送**TCP SYNACK**报文段,放入向电脑寻址的一个数据报中,放入链路层帧中,该链路适合将谷歌网站连接到其第一跳路由器。
20. TCP SYNACK报文段到达电脑的以太网卡后,进入连接状态。
21. 借助电脑上的套接字,电脑浏览器生成的获取URL的HTTP GET报文ieru套接字,GET报文生成一个TCP报文段载荷,放到数据报中并交付。
22. 谷歌的HTTP服务器接收到TCP套接字中的HTTP GET报文,生成一个**HTTP响应**报文,将请求的Web页面内容放入HTTP响应体中,发送金TCP套接字中。
23. Web网页的html传入电脑,显示Web网页。
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## 第一章:计算机网络和因特网

由于多为背景,只记录不熟悉的相关知识。

通过N条速率为R的路径,端到端时延为:$d_{端到端}=N\frac{L}{R}$,其中L为**分组长度**(单位**比特**),R为**链路传输速率**(单位**比特/秒**)

传输时延同上:$d_{传输}=\frac{L}{R}$

$d_{总时延} = d_{处理时延}+d_{排队时延}+d_{传输时延}+d_{传播时延}$

传输:将内容上传到链路

传播:链路内传

#### 排队时延和丢包

假设传输速率为**R**,所有分组都是由**L比特**组成的,比特到达队列的平均速率是$La$ **bps**,因此比率$\frac{La}{R}$为**流量强度**,其大于1时说明:比特到达队列的平均速率大于传输出去的速率,因此流量强度不能大于1。

### 协议层次及其服务模型

#### 协议分层

各层的所有协议被称为**协议栈**,因特网的协议栈由五个层次组成:物理层、链路层、网络层、运输层和应用层。自顶而下,各个层次内容如下:

##### 应用层

网络应用程序及其协议停留的地方,如HTTP、SMTP和FTP。

应用层的信息分组称为**报文**

##### 运输层

负责在应用程序端点之间传送应用层报文,分为两种传输协议:TCP和UDP。

运输层的分组称为**报文段**

##### 网络层

网络层负责将称为**数据报**的网络层分组从一台主机移动到另一台主机,一台源主机的运输层协议(TCP\\UDP)向网络层提交运输层报文段和目的地址。

##### 链路层

网络层需要靠链路层的服务,才能经一系列路由器转发到达目的节点。

链路层例子有以太网、WiFi和电缆接入网。

链路层分组称为****

##### 物理层

用电线传比特^^



### 面对攻击的网络

#### DoS攻击

**拒绝服务攻击**(DoS attack)主要由以下三种类型组成:

- 弱点攻击。向主机上运行的易受攻击的应用程序或操作系统发送制作精细的报文,如果适当顺序发送,服务器可能停止运行。
- 带宽洪泛。攻击者向目标主机发送大量分组,导致链路阻塞,合法分组无法正常到达服务器。
- 连接洪泛。攻击者在目标主机创建大量TCP连接,主机因这些连接陷入困境,并停止接受合法连接。

**分布式DoS**(DDoS)就是通过控制多个源同时发动DoS攻击。

#### 分组嗅探器

在无线传输设备附近放一台接收机,会捕获分组并且离线分析出敏感信息。

#### IP哄骗

伪装IP,骗取信息。

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