TCP/IP

协议族提供了点对点的连结机制并且将传输数据帧的封装、寻址、传输、路由以及接收方式都予以标准化。

TCP/IP

年发布的网络互连模型其含义就是为所有公司使用一个统一的规范来控制网络这样所有公司遵循相同的通信规范网络就能互联互通了。

OSI

模型定义了网络互连的七层框架物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层每一层实现各自的功能和协议并完成与相邻层的接口通信。

OSI

表OSI

应用层HTTP、SMTP、SNMP、FTP、Telnet、SIP、SSH、NFS、RTSP、XMPP、Whois、ENRP、等等表示层XDR、ASN.1、SMB、AFP、NCP、等等会话层ASAP、SSH、RPC、NetBIOS、ASP、Winsock、BSD

Sockets、等等传输层TCP、UDP、TLS、RTP、SCTP、SPX、ATP、IL、等等网络层IP、ICMP、IGMP、IPX、BGP、OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、ARP、RARP、X.25、等等数据链路层以太网、令牌环、HDLC、帧中继、ISDN、ATM、IEEE

802.11、FDDI、PPP、等等物理层例如铜缆、网线、光缆、无线电等等

TCP/IP

模型共有七层从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。

但是这显然是有些复杂的所以在

TCP/IP

模型中的各种协议依其功能不同被分别归属到这四层之中常被视为是简化过后的七层

OSI

等是用来读取来自传输层的数据或者将数据传输写入传输层传输层的主要协议有

ICMP、IP、IGMP主要负责网络中数据包的传送等链路层有时也称作数据链路层或网络接口层主要协议有

ARP、RARP

通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡它们一起处理与传输媒介如电缆或其他物理设备的物理接口细节。

一TCP/IP

应用层包括所有和应用程序协同工作并利用基础网络交换应用程序的业务数据的协议。

一些特定的程序被认为运行在这个层上该层协议所提供的服务能直接支持用户应用。

应用层协议包括

HTTP万维网服务、FTP文件传输、SMTP电子邮件、SSH安全远程登陆、DNS域名解析以及许多其他协议。

二TCP/IP

传输层的协议解决了诸如端到端可靠性问题能确保数据可靠的到达目的地甚至能保证数据按照正确的顺序到达目的地。

传输层的主要功能大致如下

1为端到端连接提供传输服务

协议是一个面向连接的、可靠的传输协议它提供一种可靠的字节流能保证数据完整、无损并且按顺序到达。

TCP

尽量连续不断地测试网络的负载并且控制发送数据的速度以避免网络过载。

另外TCP

UDP

协议不会对数据包是否已经到达目的地进行检查并且不保证数据包按顺序到达。

总体来说TCP

协议传输效率高但可靠性略低适用于传输可靠性要求不高、体量小的数据比如

三TCP/IP

协议网络层的作用是在复杂的网络环境中为要发送的数据报找到一个合适的路径进行传输。

简单来说网络层负责将数据传输到目标地址目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某一个地址。

另外网络层负责寻找合适的路径到达对方计算机并把数据帧传送给对方网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。

网络层协议的代表包括ICMP、IP、IGMP

四TCP/IP

链路层有时也称作数据链路层或网络接口层用来处理连接网络的硬件部分。

该层既包括操作系统硬件的设备驱动、NIC网卡、光纤等物理可见部分还包括连接器等一切传输媒介。

在这一层数据的传输单位为比特。

其主要协议有

ARP、RARP

的要么去研究一下包是如何被网卡转换成电信号发送出去的要么就仅仅把它当做电脑里有个小人在开枪吧

有一天一个新伙伴

加入了但聪明的你们很快发现可以每个人开两个网口用一共三根网线彼此相连。

随着越来越多的人加入你发现身上开的网口实在太多了而且网线密密麻麻混乱不堪。

而实际上一台电脑根本开不了这么多网口所以这种连线只在理论上可行所以连不上的我就用红色虚线表示了就是这么严谨哈哈

于是你们发明了一个中间设备你们将网线都插到这个设备上由这个设备做转发就可以彼此之间通信了本质上和原来一样只不过网口的数量和网线的数量减少了不再那么混乱。

你给它取名叫集线器它仅仅是无脑将电信号转发到所有出口广播不做任何处理你觉得它是没有智商的因此把人家定性在了物理层。

BCDE

ABCD但现在需要一个更专业的全局唯一的名字作为标识你把这个更高端的名字称为

MAC

的消息现在却要发给连接到集线器中的所有电脑这样既不安全又不节省网络资源。

数据链路使用交换机解决

虽然只比集线器多了这一点点区别但看起来似乎有智能了你把这东西叫做交换机。

也正因为这一点点智能你把它放在了另一个层级数据链路层。

交换机内部维护一张MAC

地址端口bb-bb-bb-bb-bb-bb1cc-cc-cc-cc-cc-cc3aa-aa-aa-aa-aa-aa4dd-dd-dd-dd-dd-dd5

假如你仍然要发给

地址bb-bb-bb-bb-bb-bb在地址表中并没有映射关系于是将此包发给了所有端口也即发给了所有机器。

之后只有机器

随着机器数量越多交换机的端口也不够了但聪明的你发现只要将多个交换机连接起来这个问题就轻而易举搞定

你完全不需要设计额外的东西只需要按照之前的设计和规矩来按照上述的接线方式即可完成所有电脑的互联所以交换机设计的这种规则真的很巧妙。

你想想看为什么比如

要发数据给

地址端口bb-bb-bb-bb-bb-bb1cc-cc-cc-cc-cc-cc3aa-aa-aa-aa-aa-aa4dd-dd-dd-dd-dd-dd5ee-ee-ee-ee-ee-ee6ff-ff-ff-ff-ff-ff6gg-gg-gg-gg-gg-gg6hh-hh-hh-hh-hh-hh6

MAC

地址端口bb-bb-bb-bb-bb-bb1cc-cc-cc-cc-cc-cc1aa-aa-aa-aa-aa-aa1dd-dd-dd-dd-dd-dd1ee-ee-ee-ee-ee-ee2ff-ff-ff-ff-ff-ff3gg-gg-gg-gg-gg-gg4hh-hh-hh-hh-hh-hh6

这在只有

台电脑的时候还好甚至在只有几百台电脑的时候都还好所以这种交换机的设计方式已经足足支撑一阵子了。

但很遗憾人是贪婪的动物很快电脑的数量就发展到几千、几万、几十万。

传输层IP

此时你动了歪脑筋你发现了问题的根本在于连出去的那根红色的网线后面不知道有多少个设备不断地连接进来从而使得地址表越来越大。

那我可不可以让那根红色的网线接入一个新的设备这个设备就跟电脑一样有自己独立的

MAC

FFFF-FFFF-开头的统一从路由器出去发给某一群设备后面会提到这其实是子网的概念那你就需要要求某一子网下统统买一个厂商制造的设备要么你就需要要求厂商在生产网络设备烧录

MAC

11000000101010000000000000000001

11000000.10101000.00000000.00000001

192.168.0.1

地址的寻找。

那报文交给路由器之后路由器又是怎么把数据包准确转发给指定设备的

现在两个设备之间传输除了加上数据链路层的头部之外还要再增加一个网络层的头部。

但假如

C。

由于最底层的传输仍然需要依赖以太网所以数据包是分成两段的。

路由器到

好了上面说的两种情况A-BA-C相信细心的读者应该会有不少疑问下面我们一个个来展开。

答案子网

分别同这个子网掩码进行与运算相等则是在一个子网不相等就是在不同子网就这么简单。

电脑192.168.0.1

发数据包已经可以成功发到路由器这里了最后一个问题就是路由器怎么知道收到的这个数据包该从自己的哪个端口出去才能直接或间接地最终到达目的地

MAC

地址表的是路由表并不是一对一这种明确关系我们下面看一个路由表的结构。

目的地址子网掩码下一跳端口192.168.0.0255.255.255.00192.168.0.254255.255.255.2550192.168.1.0255.255.255.01192.168.1.254255.255.255.2551

我们学习一种新的表示方法由于子网掩码其实就表示前多少位表示子网的网段所以如

192.168.0.0/24

目的地址下一跳端口192.168.0.0/240192.168.0.254/320192.168.1.0/241192.168.1.254/321

号端口192.168.1.xxx

号端口。

下一跳列还没有值我们先不管配合着结构图来看这里把子网掩码和默认网关都补齐了

MAC

查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去不在任何一个子网范围走其路由器的默认网关也是查到了

注网络层IP

协议本身没有传输包的功能包的实际传输是委托给数据链路层以太网中的交换机来实现的。

交换机中有MAC

地址表是通过以太网内各节点之间不断通过交换机通信不断完善起来的。

arp

知道了以上这些目前网络上两个节点是如何发送数据包的这个过程就完全可以解释通了

这时路由器

2所以其路由表有了下一条地址这一个概念所以它的路由表就变成了这个样子。

如果匹配到了有下一跳地址的一项则需要再次匹配找到其端口并找到下一跳

MAC

也就是说找来找去最终必须能映射到一个端口号然后从这个端口号把数据包发出去。

目的地址下一跳端口192.168.0.0/240192.168.0.254/320192.168.1.0/241192.168.1.254/321192.168.2.0/24192.168.100.5192.168.100.0/242192.168.100.4/322

这时如果

A192.168.0.1通过子网掩码255.255.255.0计算出自己与

F192.168.2.2并不在同一个子网内于是决定发送给默认网关192.168.0.254

ARP

地址192.168.2.2注意这里千万不要以为填写的是默认网关的

MAC

进行网络通信时数据包会按照分层顺序与对方进行通信。

发送端从应用层往下走接收端从链路层往上走。

从客户端到服务器的数据每一帧数据的传输的顺序都为应用层

运输层

数据通过互联网传输的时候不可能是光秃秃的不加标识如果这样数据就会乱。

所以数据在发送的时候需要加上特定标识加上特定标识的过程叫做数据的封装在数据使用的时候再去掉特定标识去掉特定标识的过程就叫做分用。

TCP/IP

图TCP/IP

位的端口号来表示不同的应用程序并且都会将源端口和目的端口存入报文首部中。

在网络层封装时IP

首部会标识处理数据的协议类型或者说标识出网络层数据帧所携带的上层数据类型如

TCP、UDP、ICMP、IP、IGMP

等多种不同协议的报文因此也必须在以太网的帧首部中加入某种形式的标识以指明所处理的协议类型为此以太网的报文帧的首部也有一个

IPv4、ARP、IPV6、PPPoE

数据封装和分用的过程大致为发送端每通过一层会增加该层的首部接收端每通过一层则删除该层的首部。

总体来说TCP/IP

分层管理、数据封装和分用的好处分层之后若需改变相关设计只需替换变动的层。

各层之间的接口部分规划好之后每个层次内部的设计就可以自由改动。

层次化之后设计也变得相对简单各个层只需考虑分派给自己的传输任务。

TCP/IP

实际上在传输过程中数据报文会在不同的物理网络之间传递还是以一个

HTTP

数据包在不同物理网络之间的传输过程中网络层会通过路由器去对不同的网络之间的数据包进行存储、分组转发处理。

构造互连网最简单的方法是把两个或多个网络通过路由器进行连接。

路由器可以简单理解为一种特殊的用于网络互连的硬件盒其作用是为不同类型的物理网络提供连接以太网、令牌环网、点对点的链接和

物理网络之间通过路由器进行互连随着增加不同类型的物理网络可能会有很多个路由器但是对于应用层来说仍然是一样的TCP

协议栈为大家屏蔽了物理层的复杂性。

总之物理细节和差异性的隐藏使得互联网

TCP/IP

传输层的三次握手建立连接四次挥手释放连接。

不过在此之前还得先介绍一下

TCP

协议层只关心如何使数据能够跨越本地网络边界的问题而不关心数据如何传输。

整体

TCP/IP

协议栈共同配合一起解决数据如何通过许许多多个点对点通路顺利传输到达目的地。

一个点对点通路被称为一

TCP/IP

协议提供了一种面向连接的、可靠的字节流服务其数据帧格式大致如下图所示

图传输层

传输过程中在发送端出的字节流中传输报文中的数据部分的每一个字节都有它的编号。

序号Sequence

Number占

Number对上层提供有序的数据流。

发送端可以用序号来跟踪发送的数据量接收端可以用序号识别出重复接收到的

TCP

包从而丢弃重复包对于乱序的数据包接收端也可以依靠序号对其进行排序。

四确认序号Acknowledgment

控制位确认序号的值表示一个准备接收的包的序列码注意它所指向的是准备接收的包也就是下一个期望接收的包的序列码。

举个例子假设发送端如

位具体的标志位为URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。

6

表TCP

时接收方在收到数据后立即将数据交给上层而不是直到整个缓冲区满。

RST占

位置位

连接用于重置一个已经混乱的连接也可用于拒绝一个无效的数据段或者拒绝一个连接请求。

如果数据段被设置了

RST

时表明这是一个连接请求报文。

对方若同意建立连接则应在响应报文中使

SYN1

个字节。

此字段用来进行流量控制。

流量控制的单位为字节数这个值是本端期望一次接收的字节数。

九校验和

的那个段中指明这个选项字段表示当前连接方所能接受的最大报文段的长度。

TCP

报文首部的后面接着的是数据部分不过数据部分是可选的。

在一个连接建立和一个连接终止时双方交换的报文段仅有

TCP

首部。

如果一方没有数据要发送也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据比如在处理超时的过程中也会发送不带任何数据的报文段。

总体来说TCP

MSS最大数据包长度选项来控制的通常这种机制也被称为一种协商机制MSS

TCP

2重传机制。

设置定时器等待确认包如果定时器超时还没有收到确认包则报文重传。

6TCP

连接的建立时双方需要经过三次握手而断开连接时双方需要经过四次分手那么其三次握手和四次分手分别做了什么又是如何进行的

通常情况下建立连接的双方由一端打开一个监听套接字ServerSocket来监听来自请求方的

TCPSocket连接当服务器端监听开始时必须做好准备接受外来的连接在

Java

()来完成。

开始监听之后服务器端就做好接受外来连接的准备如果监听到建立新连接的请求会开启一个传输套接字称之为被动打开Passive

Java

创建服务端socket监听8080端口ServerSocket

serverSocket

{System.out.println(服务器正在侦听...);//

阻塞直到有客户端连接Socket

serverSocket.accept();System.out.println(收到新的连接);//

thread

ServerThread(socket);thread.start();}}

catch

处理异常如被中断异常、套接字相关异常等System.out.println(服务器启动失败

e.getMessage());e.printStackTrace();}}

}客户端在发起连接建立时Java

连接。

套接字监听方在收到请求之后监听方和发起方客户端之间就会建立一条的连接通道该通道由双方

(Active

Server.getBytes());System.out.println(Message

sent

socket.getInputStream();BufferedReader

reader

MSS最大报文段长度可选项的值表示客户端发送出去的最大数据块的长度。

2第二次握手Server

ESTABLISHED表示自己方向的连接通道已经建立成功Client

Server

完成了三次握手后双方就进入了数据传输的阶段。

数据传输完成后连接将断开连接断开的过程需要经历四次挥手。

TCP

连接开始断开或者拆接的过程在这个过程中连接的每个端的都能独立地、主动的发起断开的过程

TCP

1第一次挥手主动断开方可以是客户端也可以是服务器端向对方发送一个

FIN

确认报文的含义是“我同意你的连接断开请求”。

之后被动断开方就进入了

CLOSE-WAIT关闭等待状态TCP

协议服务会通知高层的应用进程对方向本地方向的连接已经关闭对方已经没有数据要发送了若本地还要发送数据给对方对方依然会接受。

被动断开方的

CLOSE-WAIT

报文后被动断开方还可以继续完成业务数据的发送待剩余数据发送完成后或者

CLOSE-WAIT关闭等待截止后被动断开方会向主动断开方发送一个

FINACK

的时间后如果期间没有收到其他报文则证明对方已正常关闭主动断开方的连接最终关闭。

ACK

对应于一次消息的来回一个发送和一个回复所需的最大时间。

如果直到

FIN

秒。

总体来说TIME_WAIT2MSL等待状态的时间长度一般维持在

1-4

的连接建立的三次握手及拆除过程的四次挥手的面试问题是技术面试过程中的出现频率很高的重点和难点问题常见问题大致如下

FIN

结束请求报文时很可能业务数据没有发送完成并不能立即关闭连接被动方只能先回复一个

ACK

报文我收到了只有等到我所有的业务报文都发送完了我才能真正的结束在结束之前我会发你

FINACK

报文的你先等着”。

所以被动断开方的确认报文需要拆开成为两步故总体就需要四步挥手。

而在建立连接场景中Server

报文之间不会有其他报文需要发送故而可以合二为一可以直接发送一个

SYNACK

三次握手完成两个重要的功能一是双方都做好发送数据的准备工作而且双方都知道对方已准备好二是双方完成初始

Client

认为连接已经成功地建立了可以开始发送数据帧。

这个过程中如果确认应答

SYNACK

的时间是为了确保两端都能最终关闭。

假设网络是不可靠的被动断开方发送

FINACK

状态。

只有这样双方都能够确保关闭。

反过来说如果主动断开方在发送完

ACK

这段时间内旧连接所产生的所有数据报文都已经从网络中消失了从而确保了下一个新的连接中不会出现这种旧连接请求报文。

Client

端出了故障接着就关闭连接。

如果觉得保活计时器的两个多小时的间隔太长可以自行调整

TCP

状态的时间四次挥手连接释放时有用到。

重传计时器使用于当希望收到另一端的确认。

超时重传、拥塞避免

时有用到。

坚持计时器使窗口大小信息保持不断流动即接收端发送了接收窗口为

时有用到。

保活计时器可检测到一个空闲连接的另一端何时崩溃或重启。

TCP

图中红色部分为已发送但未收到确认的数据发送缓存中的其余部分为准备发送的数据。

数据和

的表示按序到达但未接受应用程序读取的数据接收窗口中的红色部分是不按序到达的数据。

TCP

字节。

端口是传输层与应用层的服务接口。

传输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现序号

seq占

时接收方应该尽快将这个报文段交给应用层不用等缓存填满优先级更高报文段优先交给应用层。

复位

RST

时表明发端完成发送任务要求释放连接。

窗口接收窗口即允许对方发送的数据量。

检验和检验首部

数据紧急指针URG

时有效指出本报文段中紧急数据的字节数从数据的第一个字节开始。

选项

最大报文段长度

Size)发送方告诉接收方自身缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是

MSS

字节)选择确认接收方收到了和前面的字节流不连续的两字节。

如果这些字节的序号都在接收窗口之内那么接收方就先收下这些数据但要把这些信息准确地告诉发送方使发送方不要再重复发送这些已收到的数据。

TCP

连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态很短暂基本上很难看到这种状态的除非你特意写了一个客户端测试程序故意将三次

TCP

状态消耗了过多的资源CPU、内存等造成死机等问题无法为正常用户提供服务。

可使用

SYN

客户端和服务器端都可以终止该连接连接结束后主机中的资源被释放。

TCP

1。

服务器端回复一个确认报文段客户到服务器这个方向的连接就释放了

ACK

时间后关闭连接因为如果服务器端没有收到客户端回复的确认报文段会再次发出连接释放报文段2MSL

后没有收到服务器端再次发出的连接释放报文段说明服务器端已关闭。

[例题]

确认序号即期待的下一个报文段的开始字节由于主机乙正确接收了两个段所以乙收到了

200

粗实线为客户端三次握手与四次挥手的状态转移粗虚线为服务器端三次握手与四次挥手的状态转移。

增加伪首部

window)接收方根据接收缓存设置的值通知发送方反映接收方容量。

拥塞窗口

window)发送方根据自己估算的网络拥塞程度而设置的窗口值反应网络当前容量。

初始值

SMSSSENDER

收到了比确认报文段所期待的报文段序号更大的报文段而未收到确认报文段所期待的报文段则再次发送确认报文段。

如前面的序号

4。

【冗余确认是原因可能是乱序到达和丢包两次的话可能是乱序到达造成的三次的话绝大部分是丢包了需要快速重传。

】

快速重传TCP

发送过了通知这时接收到发送方的探测报文段就知道它的通知丢失了A

注TCP

零窗口也必须接收以下几种报文段零窗口探测报文段、确认报文段和携带紧急数据的报文段。

[例题]

单方向传送另一方向只传送确认发送方接到确认后增加拥塞窗口大小。

接收方有足够大的缓存空间发送窗口取决于拥塞程度即

发送窗口

后加法增大。

达到网络拥塞状态后拥塞窗口回归到慢开始状态即初始值。

慢开始和拥塞避免

ssthresh执行拥塞避免算法加法增大17、18、19、…、24超时新的

ssthresh

发送方在未达到重传时间时收到接收方的冗余确认三个重复的加上之前收到的共

快重传和快恢复

ssthresh执行拥塞避免算法加法增大17、18、19、…、24收到

ssthresh

个重复确认所以采用的是慢开始与拥塞避免算法。

超时后进行下一轮新的

ssthresh

大小的段发送数据并一直有数据发送乙每收到一个数据段都会发出一个

接收窗口为

1、2、4之后进入拥塞避免阶段5、6、7、8、9、10、11之后拥塞窗口是

Min

字节的缺点是有时可能不够用但这样做是希望用户尽量减少开销。

最常用的首部长度是

字节即首部长度为

位用来获得更好的服务。

这个字段在旧标准中叫做服务类型但实际上一直没有被使用过。

1998

IETF

Services。

只有在使用区分服务时这个字段才起作用在一般的情况下都不使用这个字段。

总长度占

65535

而必须分片时这个标识字段的值就被复制到所有的数据报片的标识字段中。

相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重装成为原来的数据报。

标志flag占

最低位记为

位。

片偏移指出较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。

也就是说相对于用户数据字段的起点该片从何处开始。

片偏移以

字节64

这个字段。

其目的是防止无法交付的数据报无限制地在互联网中兜圈子例如从路由器

转发到

减去数据报在路由器所消耗掉的一段时间。

若数据报在路由器消耗的时间小于

秒就把

只检验数据报的首部但不包括数据部分。

这是因为数据报每经过一个路由器路由器都要重新计算一下首部检验和一些字段如生存时间、标志、片偏移等都可能发生变化。

不检验数据部分可减少计算的工作量。

源地址占

0把首部补成

110.255.250.111:40001那么我访问百度就是本地数据包发给路由器路由器转发数据包百度响应后发给路由器路由器收到后再根据是局域网内的哪个设备请求的再给予分发数据包进行回应。

子网划分与子网掩码

地址空间的利用率有时很低。

第二给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。

第三两级

类地址但是公司没有那么多台电脑但又可能会扩充这个时候可能会按照部门进行子网的划分增加部门内部人员或增加部门就比较方便此时单位内部的网络

网络号

位。

所划分的三个子网分别是145.13.3.0145.13.7.0

145.13.21.0。

在划分子网后整个网络对外部仍表现为一个网络其网络地址仍为

145.13.0.0

在收到外来的数据报后再根据数据报的目的地址把它转发到相应的子网。

2^{8}

255.255.252.0。

若该主机向其所在子网发送广播分组则目的地址可以是。

A.180.80.76.0

时查找路由表可能得到几个匹配结果应选择具有最长网络前缀的路由。

前缀越长地址块越小路由越具体。

路由器

132.19.237.5请问该分组应该被转发到哪一个下一跳路由器。

A.R1

255.255.255.248则该网络中的最大子网个数、每个子网内的最大可分配地址个数分别是。

A.328

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版本01004表示

https://blog.csdn.net/stone_tmp/article/details/118386484

TCP

协议详解自学笔记例题、代码、实战_tcp报文例题-CSDN博客

lady_killer9

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协议详解报文格式、分类、NAT、子网、CIDR、抓包分析_nat

CSDN

https://blog.csdn.net/lady_killer9/article/details/113482131