网络五层模型

TCP/IP五层模型

应用层:

HTTP,HTTPS协议,其中HTTP没有对数据进行加密操作,但是HTTPS对数据进行了加密操作
其中HTTP端口号一般是80/8080等等,HTTPS端口号是443,SSH端口号一般是22,ftp是21
HTTP协议报头:

首行:请求方法,url,协议版本
请求报头:
HOST:主机
Connection:长连接还是短连接
Content-Length:标示body的长度
Accept-Encoding:客户告诉服务器编码类型和语言类型
Cookie:在客户端保存少量信息,实现会话的功能
空行
body

传输层:

UDP协议:

UDP报头格式

16位源端口号                  16位目的端口号
16位UDP长度                   16位UDP检验和(保证基本的数据正确性数据可以丢失,但不能把错的                       数据传给应用层)
数据

UDP的特点:
无连接:知道对方的的IP和端口号就直接进行发送数据,不管对方有没有连接
面向数据报:不管应用层给自己交付的报文长度是多少都不会进行组装和拆分,假如发送方一次发送了100个字节,那么接收方也必须对接受的数据一次性接受100字节
不可靠传输:UDP没有实现确认机制和重传机制,因此如果数据发生丢失则不会告诉给上层的应用层
UDP的缓冲区
UDP是调用sendto将数据直接交给内核,内核将数据交给网络层协议进行后续传输动作,UDP有接受缓冲区,当数据在接收方的缓冲区已经满的时候,此时如果再给对方进行数据发送,数据就会丢失
UDP是基于全双工的,通信双方既可以读,也可以写
UDP传输数据
UDP在传输数据的时候最大长度是16位,也就是在传输的过程中最大长度就是64K,如果传输裹过程中数据大于64K,此时就需要应用层将数据进行分包,在到达对方的时候进行解包

TCP协议

HTTP协议报头:

16位源端口号                              16位目的端口号
32位序列号
32位确认序列号
4位首部长度      保留6位        标识位     16位窗口大小
16位检验和                                16位紧急指针
选项
数据

其中16位的源端口号表示的是来自上层协议中的那个进程,目的端口号表示要交给接受端那个进程.32位序列号和确认序列号保证数据的请求和应答的正确性.同时也可以保证数据的按需到达,由于序列号和序列号也保证了数据的重传机制,也不用再担心丢包问题

TCP建立连接和释放连接

连接的建立:
客户端向服务器端发送一个SYN请求报文,此时客户端进入SYN_SEND状态,服务器接收到这个数据之后给客户端发送一个ACK确认应答报文,表示自己也已经收到客户端的SYN报文,同时也会发送一个SYN请求报文,同时服务器进入SYN_RECV状态,此时当客户端接收到这个报文之后给服务器端发送一个ACK,此时客户端进入ESTABLISHED,服务器接收到这个报文之后也会进入ESTABLISHED状态
为什么要进行三次握手,为什么要等待2*MSL
假如只有两次握手,服务器放给客户端的确认信号丢失,此时客户端会认为服务器端没有接受到自己的报文,于是不停给服务器发送无效的报文,势必造成服务器的负担
在进行四次握手的时候,当客户端给服务器发送的最后一个报文ACK丢失,此时服务器端没有接受到客户机的ACK,此时他会给服务器发送一个FIN,服务器接收到这个FIN后对客户端进行确认应答,发送一个ACK,此时两次下来刚好就是2*MSL

TCP保证可靠性的传输手段

确认应答

客户端每次给服务器发送SYN,服务器给客户端发送的ACK,同时将自己的应答信号也会带着给发送过去,从而保证了客户端请求,服务器端应答机制,而TCP报头中刚好有序号和确认序号,从而保证了可靠性传输

超时重传

当主机A给主机B发送一个数据的时候,此时由于网络的原因造成主机B发送给主机B的确认应答报文丢失,主机B会受到大量的重复的报文,此时主机A会等待特定时间,最后直到最大时间内还没有受到主机B发送给自己的确认应答的时候,此时就会认为对方已经断开连接,于是主机A会强制关闭连接

流量控制

在TCP报头中包括了一个窗口大小的字段用来表示自己可以接收的最大报文数量.当主机A向主机B发送一个报文的时候,每次都会看一下主机B的接受窗口,主机B接收到主机A发送给自己的数据之后,此时会将自己的接受窗口写入到TCP报头中窗口字段中,A接受到主机B发送给自己的报文之后,首先先看一下对方窗口大小,如果这个窗口大小比较小了,此时主机A会加快自己发送速度,如果发现接受方的接受窗口比较小的时候,此时就会减慢自己的发送速度,当发现对方的接受窗口为0的时候,此时就会停止自己发送报文.当过一段时间的时候,此时发送方A会给接收方B发送探测数据,以便知道对方的接受窗口的大小

拥塞控制

网卡罗上连接了许多的数据,如果一开始的时候各个主机直接给网络发送很多的数据,此时势必会造成网络拥塞.TCP规定了一个拥塞窗口,表示当前网络能够接受的做大数据,每次发送方在发送的时候都会将对方的窗口大小和拥塞窗口进行比较,将较小的数据作为自己的发送窗口.
同时在发送的时候规定拥塞窗口大小为1,每接收到一个应答便将拥塞窗口加1,当拥塞窗口的大小大于一个阀值的时候,此时将变为线性增长,同时每次超时重传的时候阀值会降为原来的一半.同时将硬塞窗口变为1

TCP保证性能传输

滑动窗口

滑动窗口左边表示的是已经确认过的,滑动窗口内表示的是已经发出去,但是没有进行确认的,滑动窗口右边的表示的是未发送的数据

延迟应答

接受方接受到数据后先不对发送方进行确认,经过一段时间后才对对方发送的数据进行一起确认.

捎带应答

每次接收方在对对方的发送数据进行确认的时候,此时也将自己需要发送给接受方的数据也全部发送给接收方

TCP和UDP的区别

TCP是面向字节流的,一次读取多少由系统去界定
UDP是面向数据报的,发送和接受的时候必须按一定的大小进行发送和接受,不能对数据进行封装以及拆分
TCP是保证可靠性的,它为了实现可靠性采用了超时重传,确认应答,流浪控制,拥塞控制等手段,同时为了实现性能可靠性,TCP采用了滑动窗口,捎带应答,延迟应答等等机制
UDP没有实现可靠性,它在发送的过程中如果数据发生了丢失,此时就需要上层去确认重传机制
TCP主要使用与一些可靠传输场景,比如文件传输等等,但是它实现复杂,传输速度较为慢,UDP主要适用于对速度要求较高的场景,比如视频的传输等等

网络层

为什么要有网络?
之所以要有网络层,是因为数据在发送方传输层的时候只有自己的源端口和目标端口,但是不知道对方的IP以及数据应该如何到达对方的目的端口都是不知道的,有了网络层,此时加上路由器就会将数据从远端通过路由转发算法对其进行转发,一直到达对方所在的局域网
数据从上层的传输层传下来的时候,此时山层协议有很多,为了区分数据来自上层的哪个协议此时就在IP层的报头中添加了一个8位协议,表示自己接受的数据来自上层协议的那个协议,同时在IP层也有对应的IPV4和IPV6,为了区别两者,也就增加了一个4位版本,同时由于数据进行了封装,那么如和区别自己是正文还是报头信息,此时就需要将自己的数据进行区分,于是便有了首部长度这个字段(4位),同时也有一个8位服务类型,同时16位的总长度表示数据段加上首部整体的长度,由于数据来自上层,有可能数据太大了,于是就需要将数据进行分片,来自上层的同一个数据在经过分片后它的标识是一样的,但是为了防止在IP层对数据进行胡乱的分片,此时就有了3位的表示字段表示是否允许分片.同时既然进行了分片,此时接受方接受到数据后就要进行组装,在进行组装的时候肯定要知道那个数据在前,那个数据在后,于是就需要一个片偏移表示数据的位置,同时在IP层数据要进行路由转发,于是每一个数据都得有自己的一个生存时间,同时也得对首部信息进行校验.既然进行路由转发,此时就需要知道源IP,目的IP,同时也有选项字段(最多40)字节

4位版本            4位首部长度      8位服务类型          16位总长度
16位标识符                  3位标识             13位的片偏移
8位生存时间                  8位协议            16位首部校验和32位源IP地址32位的目的IP地址选项数据

网段划分

为什么要有网段划分:
之所以要有网段划分是因为网络中有很多的主机,而在这么多的主机中要去找一个主机,那可能会耗费大量的人力物力,所以为了方便找到网络中的每一个主机
IP包括网络号和主机号,其中网络号是为了保证两个网段具有不同的标识,端口号是为了保证在同一个网络之间的主机有不同的标识
其中同一个子网中的主机之间网络号相同,主机号不同