名词
- 域名、网址、ip地址、MAC地址、socket（主机+端口）
- 互联网，子网络，网关
- 以太网协议、广播、ARP协议、IP协议、UDP协议、TCP协议、路由协议、DHCP协议、DNS协议、HTTP协议
- 上网设置：本机的IP地址、子网掩码、网关的IP地址、DNS的IP地址
互联网的核心是一系列协议，总称为”互联网协议”（Internet Protocol Suite）。它们对电脑如何连接和组网，做出了详尽的规定。理解了这些协议，就理解了互联网的原理。
根域名的知识
- ICANN 负责管理全世界域名系统的运作。它的一项主要工作，就是规定顶级域名（top level domain，简写为 TLD）（-.com、.net等）。
- ICANN 的政策是，每个顶级域名都找一个托管商，该域名的所有事项都由托管商负责。Verisign 是 ICANN 最大的托管商（.com、.net 、.name、.gov）。
- 根域名： 理论上，所有域名查询都必须先查询根域名，因为只有根域名才能告诉你，某个顶级域名由哪台服务器管理。事实上也确实如此，ICANN 维护着一张列表，里面记载着顶级域名和对应的托管商。由于 根域名列表 很少变化，大多数《 DNS 服务商》都会提供它的缓存，所以根域名的查询事实上不是那么频繁。
- DNS 根区： 根域名列表 的正式名称是 DNS 根区（DNS root zone），ICANN 官网可以查看这个根区文件。该文件保存所有顶级域名的托管信息，举例来说，顶级域名.com可以查到13个域名服务器。
- 根域名服务器： 保存 DNS 根区文件的服务器，就叫做 DNS 根域名服务器（root name server）。一般来说，《本机》都保存一份根域名服务器的 IP 地址的缓存，叫做 name.cache 文件。
DNS 原理入门
- DNS （Domain Name System 的缩写）的作用非常简单，就是根据域名查出IP地址。你可以把它想象成一本巨大的电话本。
- 域名的层级： www.example.com（www.example.com.root） 即 主机名（www）.次级域名（example）.顶级域名（com）.根域名（root一般省略）
- DNS服务器的查询过程： DNS服务器根据域名的层级，进行分级查询。所谓”分级查询”，就是从根域名开始，依次查询每一级域名的NS记录，直到查到最终的IP地址，过程大致如下。
- 从”根域名服务器”查到”顶级域名服务器”的NS记录和A记录（IP地址）
- 从”顶级域名服务器”查到”次级域名服务器”的NS记录和A记录（IP地址）
- 从”次级域名服务器”查出”主机名”的IP地址
- “根域名服务器”的NS记录和IP地址一般是不会变化的，所以内置在DNS服务器里面。
- 根据内置的根域名服务器IP地址，DNS服务器向所有这些IP地址发出查询请求，询问math.stackexchange.com的顶级域名服务器com.的NS记录。最先回复的根域名服务器将被缓存，以后只向这台服务器发请求。
- 然后，DNS服务器向这些顶级域名服务器发出查询请求，询问math.stackexchange.com的次级域名stackexchange.com的NS记录。
- 然后，DNS服务器向上面这四台NS服务器查询math.stackexchange.com的主机名。
- DNS的记录类型： A：地址记录（Address），返回域名指向的IP地址。NS：域名服务器记录（Name Server），返回保存下一级域名信息的服务器地址。MX：邮件记录（Mail eXchange），返回接收电子邮件的服务器地址。等等。
- DNS工具： dig ,host ,nslookup ,whois
TCP 协议简介
协议的作用
简单说，TCP 协议的作用是，保证数据通信的完整性和可靠性，防止丢包。
数据包的大小
以太网数据包的负载是1500字节，TCP 数据包的负载在1400字节左右。
数据包的编号（SEQ）
发送的时候，TCP 协议为每个包编号（sequence number，简称 SEQ），以便接收的一方按照顺序还原。万一发生丢包，也可以知道丢失的是哪一个包。
第一个包的编号是一个随机数。为了便于理解，这里就把它称为1号包。假定这个包的负载长度是100字节，那么可以推算出下一个包的编号应该是101。这就是说，每个数据包都可以得到两个编号：自身的编号，以及下一个包的编号。接收方由此知道，应该按照什么顺序将它们还原成原始文件。
数据包的组装
TCP 并没有提供任何机制，表示原始文件的大小，这由应用层的协议来规定。比如，HTTP 协议就有一个头信息Content-Length，表示信息体的大小。
对于操作系统来说，就是持续地接收 TCP 数据包，将它们按照顺序组装好，一个包都不少。
操作系统一旦组装好 TCP 数据包，就把它们转交给应用程序。TCP 数据包里面有一个端口（port）参数，就是用来指定转交给监听该端口的应用程序。
应用程序收到组装好的原始数据，以浏览器为例，就会根据 HTTP 协议的Content-Length字段正确读出一段段的数据。这也意味着，一次 TCP 通信可以包括多个 HTTP 通信。（肯定是一对多的关系，这样不会丢包）
慢启动和 ACK
服务器发送数据包，当然越快越好，最好一次性全发出去。但是，发得太快，就有可能丢包。带宽小、路由器过热、缓存溢出等许多因素都会导致丢包。线路不好的话，发得越快，丢得越多。
TCP 协议为了做到效率与可靠性的统一，设计了一个慢启动（slow start）机制。开始的时候，发送得较慢，然后根据丢包的情况，调整速率：如果不丢包，就加快发送速度；如果丢包，就降低发送速度。
默认情况下，接收方每收到两个 TCP 数据包，就要发送一个确认消息。”确认”的英语是 acknowledgement，所以这个确认消息就简称 ACK。
ACK 携带两个信息。
- 期待要收到下一个数据包的编号
- 接收方的接收窗口的剩余容量
由于 TCP 通信是双向的，所以双方都需要发送 ACK。两方的窗口大小，很可能是不一样的。
数据包的遗失处理
前面说过，每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到，那么 ACK 的编号就不会发生变化。
如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK，或者超时了还没有收到任何 ACK，就会确认丢包，即5号包遗失了，从而再次发送这个包。通过这种机制，TCP 保证了不会有数据包丢失。
互联网协议入门
五层模型
互联网的核心是一系列协议，总称为”互联网协议”（Internet Protocol Suite）。它们对电脑如何连接和组网，做出了详尽的规定。理解了这些协议，就理解了互联网的原理。
互联网的实现，分成好几层。如何分层有不同的模型，有的模型分七层，有的分四层。我觉得，把互联网分成五层，比较容易解释。
“实体层”（Physical Layer）、”链接层”（Link Layer）、”网络层”（Network Layer）、”传输层”（Transport Layer）、”应用层”（Application Layer）。
实体层
就是把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。（可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。）
链接层
在”实体层”的上方，确定了0和1的分组方式。
以太网
早期的时候，每家公司都有自己的电信号分组方式。逐渐地，一种叫做”以太网”（Ethernet）的协议，占据了主导地位。
以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做”帧”（Frame）。每一帧分成两个部分：标头（Head）和数据（Data）。
“标头”包含数据包的一些说明项，比如发送者、接受者、数据类型等等；”数据”则是数据包的具体内容。
MAC地址
发送者和接受者是如何标识呢？以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有”网卡”接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做MAC地址。
首先，一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址？回答是有一种ARP协议，可以解决这个问题。
广播
有了MAC地址，系统怎样才能把数据包准确送到接收方？
回答是以太网采用了一种很”原始”的方式，它不是把数据包准确送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。这种发送方式就叫做”广播”（broadcasting）。
“广播”的发送方式局限在同一个子网络内。不同的子网络采用”路由”方式发送。”路由”：指如何向不同的子网络分发数据包。
这就导致了”网络层”的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做”网络地址”，简称”网址”。
“网络层”出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。
网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。
网络层
规定网络地址的协议，叫做IP协议。它所定义的地址，就被称为IP地址。
目前，广泛采用的是IP协议第四版，简称IPv4。这个版本规定，网络地址由32个二进制位组成。
习惯上，我们用分成四段的十进制数表示IP地址，从0.0.0.0一直到255.255.255.255。这个地址分成两个部分，前一部分代表网络，后一部分代表主机。
处于同一个子网络的电脑，它们IP地址的网络部分必定是相同的。
怎样才能从IP地址，判断两台计算机是否属于同一个子网络呢？这就要用到另一个参数”子网掩码”（subnet mask）。
所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。
方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
IP数据包与以太网数据包如何组合？IP数据包直接放进以太网数据包的”数据”部分，因此完全不用修改以太网的规格。
ARP协议
ARP协议 –从IP地址得到MAC地址。
这里又可以分成两种情况。第一种情况，如果两台主机不在同一个子网络，那么事实上没有办法得到对方的MAC地址，只能把数据包传送到两个子网络连接处的”网关”（gateway），让网关去处理。
第二种情况，如果两台主机在同一个子网络，那么我们可以用ARP协议，得到对方的MAC地址。（以广播的方式发出一个ARP数据包）
端口
我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程）使用。这个参数就叫做”端口”（port），它其实是每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。
“传输层”的功能，就是建立”端口到端口”的通信。相比之下，”网络层”的功能是建立”主机到主机”的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。因此，Unix系统就把主机+端口，叫做”套接字”（socket）。
传输层
现在，我们必须在数据包中加入端口信息，这就需要新的协议。最简单的实现叫做UDP协议，它的格式几乎就是在数据前面，加上端口号。
UDP数据包，也是由”标头”和”数据”两部分组成。然后，把整个UDP数据包放入IP数据包的”数据”部分。
UDP协议的优点是比较简单，容易实现，但是缺点是可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。
TCP协议能够确保数据不会遗失。它的缺点是过程复杂、实现困难、消耗较多的资源。
TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的”数据”部分。TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。
应用层
“应用层”的作用，就是规定应用程序的数据格式。
举例来说，TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。
它的数据就放在TCP数据包的”数据”部分。
用户的互联网协议
切换到用户的角度，看看用户是如何从上至下，与这些协议互动的。
数据包的目标地址，实际上分成两种情况：
场景 数据包地址
同一个子网络 对方的MAC地址，对方的IP地址
非同一个子网络 网关的MAC地址，对方的IP地址
用户的上网设置
- 静态IP地址：* 本机的IP地址、* 子网掩码、* 网关的IP地址、* DNS的IP地址；手动设置这四个参数。
- 动态IP地址：所谓”动态IP地址”，指计算机开机后，会自动分配到一个IP地址，不用人为设定。它使用的协议叫做DHCP协议。
这个协议规定，每一个子网络中，有一台计算机负责管理本网络的所有IP地址，它叫做”DHCP服务器”。新的计算机加入网络，必须向”DHCP服务器”发送一个”DHCP请求”数据包，申请IP地址和相关的网络参数。
前面说过，如果两台计算机在同一个子网络，必须知道对方的MAC地址和IP地址，才能发送数据包。但是，新加入的计算机不知道这两个地址，怎么发送数据包呢？ - DHCP协议
它是一种应用层协议，建立在UDP协议之上，所以整个数据包是这样的：- 最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
- 后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。
- 最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。
接下来，DHCP服务器读出这个特殊包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。
新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数。
上层协议数据包 在 下层协议数据包 的数据部分。
一个实例：访问网页
打开浏览器，在地址栏输入网址：www.google.com 后的通信过程。
- DNS协议，知道了对方的IP地址。
- 子网掩码，判断这个IP地址是不是在同一个子网络，确定接收方的MAC地址将是网关的MAC地址。
- 构造数据包：根据 以太网数据包的数据部分的最大长度、IP数据包的总长度，拆分数据包。（并根据 TCP协议 对 TCP数据包进行编号？）
- 服务器端响应，经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。
网络访问控制策略，您通过电脑浏览器访问的部分网站域名已被拦截（chrome拦截现象：访问网站后会提示找不到服务器IP）。DNS解析时控制？
如何验证 Email 地址：SMTP 协议入门教程
SMTP 是”简单邮件传输协议”（Simple Mail Transfer Protocol）的缩写，基于 TCP 协议，用来发送电子邮件。
验证 Email 邮箱的基本思路如下。
- 找到邮箱所在域名的 SMTP 服务器 –nslookup命令
- 连接该服务器 –Telnet 或 Netcat 命令
- 询问有没有该邮箱
- 如果服务器返回 250 或 251 状态码，邮箱就是真的；如果返回 5xx（500～599），就是假的。
SMTP 协议的常用命令
- EHLO –向邮件服务器提供连接的域名，也就是邮件将从哪台服务器发来。 如：EHLO example.com
- MAIL FROM –向邮件服务器提供邮件的来源邮箱。 如：MAIL FROM:mail@example.com
- RCPT TO –验证邮件地址是否存在。 如：RCPT TO:test@gmail.com
一般来说，状态码 250 和 251 都表示邮箱存在；QUIT命令关闭 TCP 连接。