计算机网络基础知识

TCP/IP 四层结构


ps: 上图中是图解HTTP中的划分

  • 应用层

    决定了向用户提供应用服务时通信的活动

  • 传输层

    提供处于网络连接中的两台计算机直接的数据传输

  • 网络层 或 网际层

    处理网络上流动的数据包

  • 网络接口层 对应 OSI 中的 链路层+物理层

    处理连接网络的硬件部分

应用层

HTTP协议
  • HTTP请求报文格式

  • HTTP响应报文格式

GET请求与POST请求的区别?

  • GET请求参数出现在url中，POST请求数据写入报文主体
  • GET请求封装在一个TCP报文中发出，POST 被浏览器拆分，先发首部，再发数据
  • GET请求时幂等的，POST不是

传输层

TCP
  • TCP 连接的建立

三次握手过程(三握手报文)及目的

目的：建立可靠的通信信道,简单地说，就是通信双方都确认自己与对方的接收与发送都是正常的。

序号 方向 动作 效果
1 Client -> Sever 发送带有SYN标志的数据包 Server确定自己接收正常；对方发送正常
2 Server -> Client 发送带有SYN和ACK标志的数据包 Client确定自己发送正常,接收正常；对方发送正常
3 Client -> Server 发送带有ACK标志的数据包 Server确认自己发送正常,接收正常；对方发送正常,接收正常

为什么要进行3次握手?

  • 防止之前的请求建立连接报文滞留网络中，当报文到达Server端是2，对报文确认，此时会打开2条连接。第三次握手的存在可以使客户端忽略服务端对滞留报文的确认。
  • 通过3次握手，双方才能初始化通信时的序号seq和ack，即ISN（Intial Sequence Number）和 MSS
  • 通过次握手，通信双方才能知道自己和对方 发送和接收功能都正常

Question:有没有其它握手方案?

  • 可以将第二次握手 Server -> Client 发送SYN,ACK 报文拆分成两次 一次发送 SYN 一次发送ACK
  • 三次握手已经是最佳方案,握手次数不能比3少,可以比3多,但握手次数多消耗资源也更多
  • TCP 连接的释放

四次挥手

对可靠的通信信道进行关闭

序号 方向 动作 效果
1 Client -> Server 发送带有FIN的数据包 Client提出关闭请求,进入只接收不发送状态
2 Server -> Client 发送带有ACK的数据包 Server回应收到关闭请求
3 Server -> Client 发送带有FIN的数据包 Server提出关闭请求
4 Client -> Server 发送带有ACK的数据包 Client发送最后一个ACK 通道关闭

为什么要进行四次挥手?

  • TCP连接是全双工的，双方都要主动关闭连接和确认对方关闭
  • 如果两边同时断开连接，就会进入CLOSING状态，然后到达TIME_WAIT状态，双方都会浪费2MSL时间
  • ps: RFC793 3.5节中提到，如果Server收到FIN后没有数据要发送了，那么就回复一个FIN，ACK 四次握手就变成了3次，(多次出现[ F.]、[F.]、[.]三个序列，即3次挥手）

TIME-WAIT 为何等待2MSL？

ps: MSL 为最长报文寿命

  • 保证最后一个ACK被服务端收到,没收到可以再发送,并重置2MSL定时器
  • 保证本地端口号在2MSL时间内不会被再次使用,避免新连接中出现旧连接的请求报文

如何避免TIME_WAIT

  • 调整Linux内核参数
    • 修改/etc/sysctl.conf 设置 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 复用TIME_WAIT状态下的socket
    • net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 加速TIME_WAIT状态下的socket回收
  • 设置Nginx等服务器
    • 设置keepalive 属性 让服务器不要主动关闭连接，除非连接超时
  • 使用RST报文来关闭连接
    • RST表示复位，用来异常的关闭连接，在TCP的设计中它是不可或缺的。就像上面说的一样，发送RST包关闭连接时，不必等缓冲区的包都发出去，直接就丢弃缓存区的包发送RST包。而接收端收到RST包后，也不必发送ACK包来确认。
  • 设置socket属性：SO_REUSEADDR
    • 这个套接字选项通知内核，如果端口忙，但TCP状态位于 TIME_WAIT ，可以重用 端口。如果端口忙，而TCP状态位于其他状态，重用端口时依旧得到一个错误信息， 指明"地址已经使用中"。如果你的服务程序停止后想立即重启，而新套接字依旧 使用同一端口，此时 SO_REUSEADDR 选项非常有用。必须意识到，此时任何非期 望数据到达，都可能导致服务程序反应混乱，不过这只是一种可能，事实上很不 可能。

CLOSE-WAIT 存在意义?

通知上层应用,通道即将关闭，尽快把剩余的数据发出，上层应用将剩余数据发送完成后，确认关闭后，Server才发出 FIN 报文

TCP提供可靠传输服务的原因

  • 可靠传输的工作原理

1.停止等待协议

每发送完一个分组就停下来,等待对方的确认,收到确认后再发送下一个分组

2.连续ARQ协议

发送方每收到一个确认就把发送窗口向前移动一个分组的位置

  • 可靠传输的实现

1.滑动窗口协议

2.超时重传机制

UDP

网络层

链路层÷