网络

网络

应用层

应用层的任务就是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用,应用层协议定义的的是应用进程间的通信和交互规则,对于不同的网路需要不同的应用层协议。我们把应用层交互的数据叫做报文。

传输层

网络层只是把分组发送到目的主机,但是真正通信并不是主机中的进程。传输层提供了进程间的逻辑通信,传输层向高层用户屏蔽了下面网络层的核心细节,使应用程序看起来好像在两个传输实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

UDP 和 TCP 的特点

  • 用户数据协议 UDP 是无连接的,尽最大的可能提供交付,没有拥塞控制,面向报文(对应用层序传输下来的报文即不拆分也不合并,只是添加 UDP 首部),支持一对一,一对多,多对一,多对多的通信。
  • 传输控制协议 TCP 是面向连接的,提供可靠的交付,有流量控制,拥塞控制,提供全双工通信,面向字节流(把应用层传下来的报文看成字节流,把字节流组织成大小不等的数据块),每一条 TCP 连接只能点对点的通信。

TCP 首部格式

  • 序号: 用来对字节流进行编号。
  • 确认号:期望下次收到的报文段的序号。
  • 数据偏移: 指数据部分距离报文段起始处的偏移量,实际上指的是首部的长度。
  • 确认ACK: 当 ACK = 1 的确认号字段有效,否则无效,TCP 规定,在连接建立之后所有传输的报文段都必须把 ACK 设置为 1。
  • 同步SYN: 在连接建立时用来同步序号。当 SYN = 1,ACK = 0 时表示这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接则响应报文中 SYN = 1,ACK = 1。
  • 终止FIN: 用来释放一个连接,当 FIN = 1 的时候,表示报文端已经发送完毕,并要求释放连接。
  • 窗口: 窗口作为接收方让发送方设置其发窗口的依据。之所以要有要有这个限制,是因为接受方的数据缓存空间是有限的。

TCP 的三次握手

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假设 A 为客户端,B 为服务端

  • 首先 B 处于监听状态,等待客户的连接请求。
  • A 向 B 发送连接请求报文,SYN = 1, ACK = 0,选择一个初始的序号 x
  • B 收到请求报文之后,如果同意连接,则向 A 发送连接确认的报文,SYN = 1,ACK = 1,确认号为 x + 1,同时选择一个初始序号 y。
  • A 收到 B 的连接确认报文之后,还要向 B 发处确认,ACK = 1, 确认号为 y + 1,序号为 x + 1
  • B 收到 A 的确认后,连接建立

三次握手的原因

  • 第三次握手是为了防止失效的连接请求到达服务器,让服务器错误的打开连接。
  • 客户端发送的连接请求在网络中滞留,那么会隔很长的时间才能收到服务端发来回来的连接确认。客户端等待一个超时重传时间之后,就会重新请求连接。但是这个滞留的连接请求最后还是会到达服务器,如果不进行三次握手,那么服务器就会打开两个连接。如果有第三次握手,客户端会忽略服务器之后发送的对滞留连接请求的确认连接确认,不进行第三次握手,因此就不会再次打开连接。

TCP 四次挥手

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以下描述不讨论序号和确认号,因为序号和确认号的规则比较简单。并且不讨论 ACK,因为 ACK 在连接建立之后都为 1。

  • A 发送连接释放报文,FIN=1。
  • B 收到之后发出确认,此时 TCP 属于半关闭状态,B 能向 A 发送数据但是 A 不能向 B 发送数据。
  • 当 B 不再需要连接时,发送连接释放报文,FIN=1。
  • A 收到后发出确认,进入 TIME-WAIT 状态,等待 2 MSL(最大报文存活时间)后释放连接。
  • B 收到 A 的确认后释放连接。

四次挥手的原因

客户端发送了 FIN 连接释放报文之后,服务器收到了这个报文,就进入了 CLOSE-WAIT 状态。这个状态是为了让服务器端发送还未传送完毕的数据,传送完毕之后,服务器会发送 FIN 连接释放报文。

TIME_WAIT

客户端接收到服务器端的 FIN 报文后进入此状态,此时并不是直接进入 CLOSED 状态,还需要等待一个时间计时器设置的时间 2MSL。这么做有两个理由:

  • 确保最后一个确认报文能够到达。如果 B 没收到 A 发送来的确认报文,那么就会重新发送连接释放请求报文,A 等待一段时间就是为了处理这种情况的发生。
  • 等待一段时间是为了让本连接持续时间内所产生的所有报文都从网络中消失,使得下一个新的连接不会出现旧的连接请求报文。

网络层

在计算机网络进行通信的两个计算机之间可能会经过多个数据链路,可能还要经过多个通信子网,网络层的任务就是选择合适的网络路由和交换节点,确保数据的及时发送。在发送数据的时候把运输层的数据报封装成组和包进行传送,网络层使用的协议是 IP 协议,因此分组也叫数据报。

数据链路层

将网络层交下来的IP数据组装成帧。在两个相邻节点的链路上传送帧。

物理层

实现相邻计算机节点之间比特流的透明传输,尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。

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