网络协议

努力的小刘氓
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一 网络分层的含义

OSI七层模型

OSI(Open System Interconnection)<开放式系统互联通信>, 它是理想化的模型，将 网络进行分层(也就是将网络通信的过程分为七个层级)，其目的是将复杂的流程简单化，从而实现分而治之。

下层是为上层提供服务的

物数网传会表应

  1. 物理层：（核心就是传递比特流的，如何将数据从一个点传递到另一个点） 传输的介质 （双绞线、光纤。。。）
  2. 数据链路层：（设备之间的数据传递了，将传递的数据封装成帧）
  3. 网络层：（寻址，找到对方能进行传输，控制速度）
  4. 传输层：（分段、分片、排号，数据丢失如何处理）
  5. 会话层：（负责建立，管理会话的，断开会话）
  6. 表示层：（数据是如何表示的，可以对数据进行编码、解码。。。）
  7. 应用层：（用户最终使用的接口）

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TCP/IP模型

  • 网络接口层 （物理层、数据链路层）    数据包 + 增加mac 地址  -》 数据帧
  • 网络层                         数据段 + ip地址  -》 数据包
  • 传输层                         原文内容 + 端口号，拆分 -》 数据段
  • 应用层 （会话层，表示层，应用层）   原文内容

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二 地址

通信是通过ip地址查找对应的mac来进行通信的。 IP地址 是可变的(类似我们收件地址)MAC地址是不可变的。IP地 址是逻辑地址而MAC地址是物理地址

IP地址

IPV4 网际协议版本4 ，地址由 32 位二进制数值组成 例如: 192.168.1.1 ，大概42亿个

IPV6 网际协议版本6 ，地址由 8个16进制数组成，共128位。

例如:2408:8207:788b:2370:9530:b5e7:9c53:ff87 大约 (2^128 = 3.4*10^38)

32位二进制数就是有32个0或者1
例如：11111111 11111111 11111111 11111111
为了便于书写，所以我们的ip，掩码之类的都用十进制来书写，
分成4个八位，于是上面的例子换写成十进制就是：255.255.255.255

MAC地址

设备通信都是由内部的网卡设备来进行的，每个网卡都有自己 的mac地址(原则上唯一)

三 物理设备

物理层

  • 中继器：通过网线进行传输，最大距离是100m。 默认中继器只有两个口，可以链接双方，实现信号放大的功能
  • 集线器：多口的中继器， 在同一个网络中实现多人的互联。 不记录互相的端口mac地址。 缺点就是广播发送数据，有的人不需要也会收到消息

链路层

  • 交换机： 多个端口，将物理设备和端口关联在一起。只有第一次是通过广播的方式 ， 后续通信可以直接找到对应的人

网络层

  • 路由器： 检测数据的 ip 地址是否属于自己网络，如果不是 会发送到另一个网络。没有 wan 口的路由器可以看成交换 机。 路由器一般充当网关，路由器会将本地IP地址进行 NAT(Network Address Translation) 转换为公网IP地址。

三层的工作模型  通过网卡来进行通信 mac地址，找到对方的mac地址才能够通信

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TCP/IP参考模型

Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制 协议/网际协议。TCP/IP 协议实际上是一系列网络通信协议的 统称，最核心的两个协议是 TCP 和 IP

什么是协议

协议就是约定和规范，在五层模型中能称之为协议 的都在三层以上

数据链路层、物理层 :物理设备

网络层:

  • IP 协议:寻址通过路由器查找，将消息发送给对方路由 器，通过 ARP 协议,发送自己的mac地址
  • ARP 协议:Address Resolution Protocol 从ip地址获 取mac地址 (局域网)

传输层
TCP 、 UDP

应用层:
HTTP、DNS、FTP、TFTP、SMTP 、DHCP

ARP

根据目的 IP 地址，解析目的 mac 地址

DHCP协议

通过DHCP自动获取网络配置信息 (动态主机配置协议 Dynamic Host Configuration

Protocol)我们无需自己手动配置 IP

DNS协议

DNS是Domain Name System的缩写，DNS服务器进行域名和与之对应的 IP 地址转换的服务器

顶级域名 .com、


二级域名 .com.cn、

三级域名 www.xxx.com.cn,

有几个点就是几级域名

访问过程:我们访问 xxx.com.cn

  • 操作系统里会对 DNS 解析结果做缓存，如果缓存中有直接 返回IP地址
  • 查找C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts 如果有 直接返回 IP 地址
  • 通过 DNS 服务器查找离自己最近的根服务器，通过根服务器 找到 .cn 服务器，将 ip 返回给 DNS 服务器
  • DNS 服务器会继续像此 ip 发送请求，去查找对应 .cn 下 .com 对应的 ip ...
  • 
获取最终的 ip 地址。缓存到 DNS 服务器上

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TCP协议和UDP协议（*）

两个协议都在传输层

tcp 面向连接的 （墨迹，可靠安全）， udp是面向无连接的 （快，可能会丢失）

TCP协议

tcp 传输控制协议 Transimision Control Protocal 可 靠、面向连接的协议,传输效率低 (在不可靠的IP层上建立可靠 的传输层)。 TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传 播。

TCP数据格式

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  • 源端口号、目标端口号，指代的是发送方随机端口，目标端 对应的端口
  • 序列号:32位序列号是用于对数据包进行标记，方便重组
  • 确认序列号:期望发送方下一个发送的数据的编号
  • 4位首部⻓度:单位是字节，4位最大能表示15，所以头部⻓ 度最大为60
  • URG :紧急信号、 ACK :确认信号、 PSH :应该从TCP缓冲区读走数据、 RST :断开重新连接、 SYN :建立连接、 FIN :表示要断开
  • 
窗口大小: 当网络通畅时将这个窗口值变大加快传输速度， 当网络不稳定时减少这个值。在TCP中起到流量控制作用。
  • 校验和:用来做差错控制，看传输的报文段是否损坏
  • 紧急指针:用来发送紧急数据使用

TCP 对数据进行分段打包传输，对每个数据包编号控制顺 序。

交互流程

1)建立连接

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  • 1我能主动给你打·电话吗?
  • 2当然可以啊!那我也能给 你打电话吗?

  • 3可以的呢，建立连接成功!

2)数据传输

image.png 3)断开链接

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UDP协议

UDP的数据格式

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udp用户数据报协议User Datagram Protocol ，是一个无连 接、不保证可靠性的传输层协议。你让我发什么就发什么!

使用场景:DHCP协议、DNS协议、QUIC（Quick UDP Internet Connection）协议等 (处理速度 快，可以丢包的情况)

滑动窗口

  • 滑动窗口:TCP是全双工的，所以发送端有发送缓存区;接 收端有接收缓存区，要发送的数据都放 到发送者的缓存区， 发送窗口(要被发送的数据)就是要发送缓存中的哪一部分
  • 核心是流量控制:在建立连接时，接收端会告诉发送端自己 的窗口大小( rwnd ),每次接收端收到数据后都会再次确认 (rwnd)大小，如果值为0，停止发送数据。 (并发送窗口 探测包，持续监测窗口大小)

粘包

  • Nagle 算法的基本定义是任意时刻，最多只能有一个未被确认的小段 (TCP内部控制)
  • Cork算法当达到MSS(Maximum Segment Size )值时统一进行 发送(此值就是帧的大小 - ip头 - tcp头 = 1460个字节)理论值

TCP拥塞处理

  • TCP 维护一个拥塞窗口cwnd (congestion window)变量 ，在传输过程中没有拥塞就将此值增大。如果出现拥塞(超 时重传 RTO(Retransmission TimeOut) )就将窗口值减 少。
  • cwnd < ssthresh 使用慢开始算法
  • cwnd > ssthresh使用拥塞避免算法
  • 
ROT时更新 ssthresh值为当前窗口的一半，更新cwnd = 1

image.png

image.png 快重传，可能在发送的过程中出现丢包情况。此时不要立即 回退到慢开始阶段，而是对已经收到的报文重复确认，如果 确认次数达到3此，则立即进行重传 快恢复算法 (减少超时 重传机制的出现)，降低重置 cwnd 的频率。

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