计算机网络知识点总结

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计算机网络知识点总结

网络模型

OSI七层模型

  • 第七层：应用层
    • 应用层（Application Layer）提供为应用软件而设的接口，以设置与另一应用软件之间的通信。例如: HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等。
  • 第六层：表达层
    • 表达层（Presentation Layer）把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式。
  • 第五层：会话层
    • 会话层（Session Layer）负责在数据传输中设置和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接。
  • 第四层：传输层
    • 传输层（Transport Layer）把传输表头（TH）加至数据以形成Segment。传输表头包含了所使用的协议等发送信息。例如:传输控制协议（TCP）等。

  • 第三层：网络层

    • 网络层（Network Layer）决定数据的路径选择和转寄，将网络表头（NH）加至数据包，以形成分组Packet。网络表头包含了网络数据。例如:互联网协议（IP）等。

  • 第二层：数据链路层

    • 数据链路层（Data Link Layer）负责网络寻址、错误侦测和改错。当表头和表尾被加至数据包时，会形成Frame。
  • 第一层：物理层
    • 物理层（Physical Layer）在局部局域网上传送数据帧（data frame），它负责管理计算机通信设备和网络媒体之间的互通。

程序的数据首先会打到TCP的Segment中，然后TCP的Segment会打到IP的Packet中，然后再打到以太网Ethernet的Frame中，传到对端后，各个层解析自己的协议，然后把数据交给更高层的协议处理。

TCP/IP协议

状态机

三次握手与四次挥手

  • 对于建链接的3次握手，主要是要初始化Sequence Number 的初始值。通信的双方要互相通知对方自己的初始化的Sequence Number（缩写为ISN：Inital Sequence Number）——所以叫SYN，全称Synchronize Sequence Numbers。也就上图中的 x 和 y。这个号要作为以后的数据通信的序号，以保证应用层接收到的数据不会因为网络上的传输的问题而乱序（TCP会用这个序号来拼接数据）。

  • 对于4次挥手，其实你仔细看是2次，因为TCP是全双工的，所以，发送方和接收方都需要Fin和Ack。只不过，有一方是被动的，所以看上去就成了所谓的4次挥手。如果两边同时断连接，那就会就进入到CLOSING状态，然后到达TIME_WAIT状态。

四次挥手过程

FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。

  • 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，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），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，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

SYN 攻击

如果server端接到了clien发的SYN后回了SYN-ACK后client掉线了，server端没有收到client回来的ACK，那么，这个连接处于一个中间状态，即没成功，也没失败。于是，server端如果在一定时间内没有收到的TCP会重发SYN-ACK。在Linux下，默认重试次数为5次，重试的间隔时间从1s开始每次都翻售，5次的重试时间间隔为1s, 2s, 4s, 8s, 16s

攻击方式： 给服务器发了一个SYN后，就下线了，于是服务器需要默认等63s才会断开连接

MSL & time_wait

TIME_WAIT状态就是“主动断开的一方”在发送完最后一次ACK后进入的等待状态。

TIME_WAIT的超时时间是2倍的MSL。MSL是Maximum Segment Lifetime的缩写，表示报文的最大生存时间，这个时间和系统的TCP实现有关，每个系统是不一样的。

为什么要这有TIME_WAIT?为什么不直接给转成CLOSED状态呢？

1）TIME_WAIT确保有足够的时间让对端收到了ACK，如果被动关闭的那方没有收到Ack，就会触发被动端重发Fin，一来一去正好2个MSL

2）有足够的时间让这个连接不会跟后面的连接混在一起

TCP重传机制

SeqNum和Ack是以字节数为单位，所以ack的时候，不能跳着确认，只能确认最大的连续收到的包。这里主要介绍SACK方法。

SACK

在TCP头里加一个SACK的东西，ACK还是Fast Retransmit的ACK，SACK则是汇报收到的数据碎版。

TCP设立SACK缓冲区，将收到的SACK片段放入缓冲区中，ACK返回时将已缓存的SACK区间给发送端。

拥塞控制

TCP使用多种拥塞控制策略来避免雪崩式拥塞。TCP会为每条连接维护一个“拥塞窗口”来限制可能在端对端间传输的未确认分组总数量。这类似TCP流量控制机制中使用的滑动窗口。TCP在一个连接初始化或超时后使用一种“慢启动”机制来增加拥塞窗口的大小。

拥塞窗口

在TCP中，拥塞窗口（congestion window）是任何时刻内确定能被发送出去的字节数的控制因素之一，是阻止发送方至接收方之间的链路变得拥塞的手段。他是由发送方维护，通过估计链路的拥塞程度计算出来的，与由接收方维护的接收窗口大小并不冲突。

当一条连接创建后，每个主机独立维护一个拥塞窗口并设置值为连接所能承受的MSS的最小倍数，之后的变化依靠线增积减机制来控制，这意味如果所有分段到达接收方和确认包准时地回到发送方，拥塞窗口会增加一定数量。该窗口会保持指数增大，直到发生超时或者超过一个称为“慢启动阈值（ssthresh）”的限值。如果发送方到达这个阈值时，每收到一个新确认包，拥塞窗口只按照线性速度增加自身值的倒数。

当发生超时的时候，慢启动阈值降为超时前拥塞窗口的一半大小、拥塞窗口会降为1个MSS，并且重新回到慢启动阶段。

系统管理员可以设置窗口最大限值，或者调整拥塞窗口的增加量，来对TCP调优。

在流量控制中，接收方通过TCP的“窗口”值（Window Size）来告知发送方，由发送方通过对拥塞窗口和接收窗口的大小比较，来确定任何时刻内需要传输的数据量。

慢启动

慢启动初始启动时设置拥塞窗口值（cwnd）为1、2、4或10个MSS。拥塞窗口在每接收到一个确认包时增加，每个RTT内成倍增加

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