计算机网络(笔记)

网络模型结构

OSI七层模型	TCP/IP四层模型	功能	基本单位
应用层	应用层	文件传输，电子邮件，文件服务
表示层		数据格式化，代码转换，数据加密
会话层		负责在数据传输中设置和维护两台计算机之间的通信连接
传输层	传输层	提供端到端的通信
网络层	网络层	逻辑编址、分组传输、路由选择	数据包
数据链路层	网络接口层	数据封装，错误检测和纠正	帧
物理层		传输比特流	比特

TCP

TCP：传输控制协议。

面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

将应用层的数据流分割成报文段并发送给目标节点的TCP层。

数据包都有序号，对方收到则发送ACK确认，否则重传。

使用校验和来校验数据在传输过程中是否有误。

数据包格式

以IP加端口的形式，唯一确定网络中通信的进程，也称为Socket。

Flags

URG：紧急指针标志
ACK：确认序号标志
PSH：push标志
RST：重置连接标志
SYN：同步序号，用于建立连接过程
FIN：finish标志，用于释放连接

三次握手

TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。

第一次握手：建立连接时，客户端发送SYN ( seq = x )包到服务器，同时进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。

第二次握手：服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN ( ack = x + 1 )，同时自己也发送一个SYN ( seq = y )包，即SYN + ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手：客户端收到服务器的SYN + ACK包，向服务器发送确认包ACK ( ack = y + 1 )，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

为什么需要三次握手才能建立起连接？

为了确定双方Sequence Number的初始值。

1. 客户端发送它的Sequence Number初始值。
2. 服务端确认收到。
3. 服务端发送它的Sequence Number初始值。
4. 客户端确认收到。

2、3两步可以进行合并，即服务端发一个TCP数据包就可以完成确认和发送自己的Sequence Number两项任务，所以就是三次握手。

异常情况

第一次握手

Client会超时重传，直到收到Server的确认。

第二次握手

Server会超时重传，直到收到Client的确认。

第三次握手

Client发完ACK后，单方面进入ESTABLISHED状态，而Server还处在SYN_RECV状态，未建立起连接。

1. 假设双方都没有数据发送，Server会超时重传，直到收到Client的确认，收到后Server也进入ESTABLISHED状态，连接建立完成。
2. 假设此时Client有数据发送，B收到A的数据包，自然会切换至ESTABLISHED状态，并接受数据。
3. 如果Server有数据要发送，因连接还没有建立成功，无法发送数据，Server超时重传SYN + ACK，直到收到Client的确认，连接建立完成。

SYN Flood

增加允许半开连接最大数量。

回收最早的半开TCP连接。

回发SYN Cookie，若为正常连接，则会回发确认消息，直接建立连接。

建立连接后，Client出现故障怎么办？

向对方发送保活探测报文，如果未收到响应则继续发送。

尝试次数达到保活探测数仍未收到响应则中断连接。

四次挥手

第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server 到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。

第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。Client等待2MSL后也进入CLOSED状态。

为什么会有TIME_WAIT状态

确保对方有足够的时间收到ACK包，如果传输错误，对方会进行重传，一来一回正好2MSL。

避免新旧连接混淆。

为什么需要四次挥手才能断开连接？

因为TCP是全双工的，所以发送方和接受方都需要发送FIN报文和ACK报文。

服务器出现大量CLOSE_WAIT状态的原因

对方关闭连接，而我方却没有及时关闭连接。

1. 检查释放资源的代码。
2. 检查处理请求的线程配置。

滑动窗口

数据分为四类：

1. 发送并得到确认的。
2. 发送但是没有得到确认的。
3. 没有发送，但是准备发送的。
4. 没有发送，也没有准备发送的。

类别2和类别3是发送窗口。

收到确认后，发送窗口开始滑动。

UDP

UDP：用户数据报协议。

特点

非连接协议。

不维护连接状态，支持同时向多个客户端传输相同的消息。

数据包报头只有8个字节，额外开销较小。

吞吐量只受限于数据生成速率、传输速率和机器性能。

尽最大努力交付，不保证可靠交付，不需要维持复杂的链接状态表。

面向报文，不对应用程序提交的报文信息进行拆分或合并。

TCP和UDP的区别

1. TCP面向连接，UDP无连接。
2. TCP可靠，UDP不可靠。
3. TCP利用序列号保证了消息的有序性，UDP不具有有序性。
4. TCP速度比较慢（需要握手），UDP速度快。
5. 根据报文的头部来分析，TCP重量级，UDP轻量级。