思维导图模式 -- 深度理解及复习 网络 知识

Posted 2021-07-20 满眼*星辰

目录

• 思维导图
• 基本概念
• • 协议
  • OIS七层
  • TCP / IP
  • 数据传输的 5 个要素
  • 数据传输过程
  • 端口号
  • • 作用
    • 端口号与程序关系
    • 端口号分类
  • IP vs MAC
• UDP
• • 包含信息
  • 特点
  • 存储大小
  • 基于UDP的协议
• TCP
• • 包含信息
  • TCP 10 大特性
  • • 1.确认应答
    • 2.超时重传
    • 3.连接管理
    • 4. 滑动窗口
    • 5. 流量控制
    • 6. 拥塞控制
    • 7. 延迟应答
    • 8. 捎带应答
    • 9. 面向数据流
    • 10. TCP 异常处理
  • 基于TCP应用层协议
  • TCP vs UDP
• IP
• • 协议内容
  • 网段划分
  • 内网网段
• 数据链路层
• • MAC地址 vs IP地址
  • MTU
  • ARP协议
• 浏览器中输入url后, 发生的事情

思维导图

基本概念

协议

提前的一种约定就叫作协议。（用于保证网络传输双方能够正常通讯的）

OIS七层

应用层：针对特定应用的协议
表示层：设备固有的数据格式和网络标准格式的转换
会话层：用来关闭通讯双方之间的会话
传输层：保证通讯双方的数据能够正常传输
网络层：地址的管理和路由选择
数据链路层：确保两个相邻节点间的数据传递
物理层：将数字信号转换成光电信号

TCP / IP

应用层：HTTP(80)、FTP(21)、SSH(22)、TELNET(23)、DNS(53)
传输层：TCP、UDP
网络层：IP
数据链路层：MAC

数据传输的 5 个要素

1.源地址 IP
2.源地址端口号
3.目的地 IP
4.目的地端口号
5.协议类型

数据传输过程

封装：从应用层一步步到物理层的过程【装快递】
分用：从物理成再到应用层的过程【拆快递】

端口号

作用

找到应用程序

端口号与程序关系

一对一或多对一

端口号分类

知名端口号： 0-1023
普通端口号：1024-65535

IP vs MAC

IP：32位（互联网协议地址，不可修改），MAC：48位（网卡地址，出厂全球唯一，但可修改）
IP冲突：上不了网；MAC冲突：如果不在同一内网，无影响；在同一内网，间歇性收到消息。

UDP

包含信息

16位源端口号、16位目的端口号、16位UDP长度、16位效验和、数据

特点

UDP：无连接、不可靠、面向数据报、无发送缓冲区，有接收缓冲区

存储大小

16位的长度（数据+头部），UDP的最大包必须是16位可以表示的，理论可以传输的大小为64K

如果UDP编程的数据包大于64K的解决方案：

1. 在应用层进行数据包的拆分和组合（程序员定义）
2. 不进行手动处理，交给TCP/IP协议去处理，他会在网络层进行分包和组包

基于UDP的协议

NFS: 网络文件系统
TFTP: 简单文件传输协议
DHCP: 动态主机配置协议
BOOTP: 启动协议(用于无盘设备启动)
DNS: 域名解析协议

TCP

包含信息

源/目的端口号: 表示数据是从哪个进程来, 到哪个进程去

32位序号/32位确认号：标识唯一TCP

4位TCP报头长度

6位标志位：
URG：表示紧急消息；
ACK：确认应答表示；
PSH：用来表示让接收端将消息从缓冲区取走；
RST：复位标识符；
SYN：同步标识符。TCP初次连接；
FIN：结束表示。TCP断开连接

16位窗口大小：它记录的是接收缓冲区窗口的大小，这个是动态改变的

16位校验和: 用来确定当前数据是否是正确的

16位紧急指针: 标识哪部分数据是紧急数据;

40字节头部选项

TCP 10 大特性

1.确认应答

（保障稳定性最关键的措施）

2.超时重传

策略：
a）动态的重传频率，每次重复的时间间隔是上一次的一倍
b）当重试一定次数之后就会停止重传

3.连接管理

初始状态：
双方都为 closed （关闭）状态
启动服务器后，服务器变为 listen （监听）状态

三次握手：
客户端syn_send(发送) —— SYN(同步标识符) —— 服务器端syn_rcvd（recivied接收）
服务器端 syn_rcvd(recivied接收) —— SYN(同步标识符) + ACK(确认应答) —— 客户端 established(成立)
客户端 established(成立) —— ACK(确认应答) —— 服务器端 established(成立)

数据传输：
客户端 —— data数据 —— 服务器端
服务器端 —— ACK(确认应答) —— 客户端

四次挥手：
客户端 fin_wait_1 (等待结束1) —— FIN(结束标识符) —— 服务器端 close_wait(等待关闭)
服务器端 close_wait(等待关闭) —— ACK(确认应答) —— 客户端 fin_wait_2 (等待结束2)
服务器端 last_ack(最后应答) —— FIN(结束标识符) —— 客户端 time_wait (等待时间)
客户端 time_wait (等待时间) —— ACK(确认应答) —— 服务器端 closed(关闭)

结束状态：
客户端关闭 closed(关闭)

经典面试题
TIME_WAIT -> CLOSE 为什么要经历两个MSL（最大生存时间）？
2MSL = ACK最大超时连接（1MSL） + 对方发给他消息的一个最大等待时间（1MSL）
（1）等ACK
（2）失败后，再发一个消息，再等重发的FIN

如果发现服务器端存在大量的CLOSE_WAIT说明程序有什么问题？
程序有BUG，程序中没有调用close()方法主动去关闭连接

3次挥手行不行？
有可能可以，如果服务器端的缓冲区内没有内容，那么可以通过捎带应答，使2，3步合并，从而只需3步就断开连接。

两次握手行不行？
不行，因为TCP是双全攻的，连接需要证明发送端的收发能力以及接收端的收发能力，两次握手不足以证明双方的收发能力

4. 滑动窗口

特点：一次发一批一批，保证数据高效的传递

快重传：当前面的数据被正常补齐之后，服务器端给客户端响应的ack都是最大的ack值

滑动窗口是越大越好吗？
太大的话，数据传输吞吐率较大，需要传递内容多，如果接收能力不强，会导致接收缓冲区爆满，从而大量信息舍弃，触发大量超时重传，形成恶循环。

5. 流量控制

特点：根据接收端的处理能力（接收缓冲区剩余空间）, 来决定发送端的发送速度

机制：当接收缓冲区大小为 0 时，停止消息发送，启动一个检测包来定时检测接收缓冲区剩余空间大小

6. 拥塞控制

特点：以当前网络环境的拥塞程度为导向，来决定发送端发送速度

慢开始：发包从1开始，以默认值16为临界值，当小于此值的时候，以指数增加的方式发包，当等于这个此值就有线性增长的方式发包，一直到有大量丢包的请求（发包已经到当前时间段的极致）；这个时候就会：将发包值置为1，再将临界值设置为最大发包值的一半，继续重复此过程，一直循环此过程

7. 延迟应答

特点：等待缓冲区的内容多被处理一些的时候，再给服务器应答剩余缓冲区大小，以此来提升性能

策略：
a）每隔一定次数之后延迟应答一次
b）每个一段时间延迟一次

注意事项：延迟应答的时间不能超过超时重传的时间

8. 捎带应答

特点：如果有大于一个消息需要同时输送，那么可以搭顺风车，一起组成一个包后进行传输

这让三次挥手有可能，如果缓冲区没有内容的话，服务器端要发送的 ack 和 fin 可以合并传输给客户端

9. 面向数据流

问题：粘包/半包

解决方案：

1. 使用固定大小的数据包（造成不必要的网络带宽压力）
2. 使用结束符来明确消息边界的方式来解决。例如：/n

10. TCP 异常处理

• 有缓冲时间的异常：关机【和正常的关闭是一样的】
• 没有缓冲时间的异常：断电、断网【TCP 健康检测机制】

基于TCP应用层协议

HTTP：简单的请求-响应协议
HTTPS：以安全为目标的 HTTP 通道
SSH：安全外壳协议
Telnet：Internet远程登录服务的标准协议
FTP：文件传输协议
SMTP：电子邮件传输的协议

TCP vs UDP

1. UDP是无连接的；TCP是有连接的
2. UDP是不稳定的；TCP是稳定的
3. UDP是面向数据报的；TCP是面向数据流的
4. UDP没有发送缓冲区；TCP有发送缓冲区
5. UDP是以高效性著称；TCP是以稳定性著称
6. 使用的场景不同
   如果对稳定性要求比较高，那么应该使用TCP
   如果对消息丢失不敏感，要求性能比较高，那么可以考虑使用UDP

IP

协议内容

4位版本号、4位头部长度、8位服务类型、16位总长度、3位标志字段、13位分片偏移、8位生存时间SSL

网段划分

最早划分 A-E 造成了很多 IP 浪费，后面使用 IP 地址+ 子网掩码按位与得到 网络号

内网网段

• 10.*：前8位是网络号，共 16,777,216 个地址
• 172.16. 到 172.31.，前12位是网络号，共1,048,517 个地址
• 192.168,*, 前16位是网络号，共65,536个地址，包含再这个范围中的，都成为私有IP，其余的则称为全局IP（或公网IP）
• 127.0.0.1：本地回环地址

数据链路层

MAC地址 vs IP地址

IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点;
MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点

MTU

大传输单元

MTU 对 UDP 的影响：
1500 - UDP（固定头部信息）8字节 - IP协议头部20字节 = 1472 字节

MTU对于TCP协议的影响：
MSS：TCP最大报文长度
MTU = IP Header + TCP Header + DAT(MSS)

ARP协议

定义：ARP不是一个单纯的数据链路层的协议, 而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议

作用：ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系

浏览器中输入url后, 发生的事情

1. 浏览器会先检查你的url地址的正确性
2. 浏览器会检查这个url有没有缓存，如果有缓存就取缓存
3. DNS域名解析，拿到IP进行访问
4. TCP 3次握手（TCP握手的内容传递和状态变化）
5. HTTP 协议 Resquest 内容发送 （首行，head，空行，body）
6. 服务器接收到请求，并且进行相应的业务处理
7. 服务器端将结果返回给客户端
8. 浏览器拿到返回的结果并调用浏览器的内核，实现前端页面的渲染
9. TCP 的4次挥手