目錄
一. 實現網絡通信需要哪些支持
1.通信設備
- 網卡：PC機自帶
- 路由器，交換機
- 光纖、電纜、基站
2.通信協議
- 操作系統自帶協議棧；（Linux的特點：豐富的網絡協議）
- 裸機開發需要獨立的協議棧
二. 協議棧
物理層是第一層。在上面的是上面一層，在下面的是下面一層。
哪個協議在哪一層：FTP,NFS / SMTP（郵件協議）,DNS / TCP,UDP / IP,ARP,RARP / IEEE（以太網協議）
1.分層的好處/爲什麼要分層？
- 各層之間是獨立的
- 靈活性好
- 結構上可分隔開
- 易於實現和維護
- 能促進標準化工作
使每一層協議能複用，並得到更好的維護
2.分層的作用
協議棧實現數據的壓縮加密和解壓解密
沒一層都會加相應的數據，到最後加完了一起發給別人，別人再一層層消減數據。
3.各層作用
（1）物理層
將通信介質的信號轉換爲數字信號（二進制0101）
（2）數據鏈路層
實現局域網通信。局域網是通過mac地址（物理網卡）通信的（192.168.1.177是局域網IP）
（3）網路層
生成IP地址，使用路由（通過公網IP訪問全世界，公網IP每天看不一樣的）
（4）傳輸層
做數據傳輸，封裝了TCO和UDP協議。TCP（可靠，速度慢），UDP（不可靠，速度快），端口（讓不同的應用程序同時使用網絡）
（5）會話層
控制發包的數據，可以控制它的快慢
（6）表示層
發送數據的格式
（7）應用層
應用層使用數據做一系列的功能
三. IP地址
1.IP地址
可以通過IP地址找到一臺機器，端口號找到這臺機器上與之通信的軟件
實際上是32位二進制數 （01100100.00000100.00000101.00000110）100.4.5.6
0.0.0.0 - 255.255.255.255
2.公網IP（廣域網通信）
用來做世界任意兩臺電腦之間的通信
- a類 1.0.0.1 —126.255.255.254
- b類 128.0.0.1—191.255.255.254
- c類 192.0.0.1—223.255.255.254
- d類 224.0.0.1—239.255.255.254組播,VRRP協議，keepalive高可用
- e類 240.0.0.1—255.255.255.254 科研
3.私網IP（局域網通信）
不能隨便亂設！一定要在下面範圍內
- A 10.0.0.0~10.255.255.255
- B 172.16.0.0~172.31.255.255
- C 192.168.0.0~192.168.255.255
4.如何解決IP地址慌？
- ipv4升級到ipv6（32位升級到128位）（但成本太高，全世界都要換硬件等）
- 網絡地址轉換NAT（Network Address Translation）：將內網ip轉爲公網ip（根據內網看哪個公網可以用，讓公網給你分配個可以用的）
5.子網掩碼的作用
- 決定一個網段的大小（可用ip的數量）（子網掩碼位數不一定要是8的倍數）
- 192.168.11.0/24 ===》 192.168.11.0 netmask 255.255.255.0
192.168.11.0 網絡號
192.168.11.1 起始地址
192.168.11.254 結束地址
192.168.11.255 廣播地址 - 相當於256 - 2 = 254個可用IP
- 192.168.11.0/24 ===》 192.168.11.0 netmask 255.255.255.0
- 同一個網段的ip地址，才能直接相互通信，不同網段的ip地址，需要路由器才能相互通信！
6.DNS協議：域名解析
把域名解析成ip地址（www.baidu.com就是域名）
公網IP一直在變，讓域名和動態IP改變，這樣IP一變，域名就會重新綁定，通過一直不變的域名可以訪問你想要訪問的地方。
7.ARP協議
把ip地址解析成mac地址（物理地址，全球唯一）（局域網通信必須通過MAC地址）
四. TCP協議：傳輸控制協議
1.特點
面向連接、可靠的字節流傳輸
2.TCP的報文段格式
（1）端口號
- 端口號的作用：確定和機器上哪個應用程序通信（指定80端口號，即用HTTP通信）
- 端口號的取值範圍
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- 註明端口號不能佔！
- 一般都在動態端口號裏面選
- 特殊端口號
- 端口：21 服務：FTP
- 端口：22 服務：Ssh
- 端口：53 服務：Domain Name Server（DNS）
- 端口：80 服務：HTTP
（2）序列號seq（隨機生成）
拆包時保證數據不紊亂
（3）TCP標識位
表示這個發的包是幹什麼的
- SYN：建立鏈接
- ACK：迴應標識
- FIN： 斷開鏈接
- PSH： 數據包
- URG： 緊急指針
- RST ： 重置（重傳）
（4）滑動窗口機制
一種緩衝機制，先把數據全都放到滑動窗口裏面，然後一點一點發。當網絡不好時，會降速，壓縮數據。根據網速帶寬的大小，網絡的快慢分解數據包，把數據包分解爲適應這樣網速帶寬。
（5）檢驗方式
目的：保證數據做到正確傳輸
UDP實現正確傳輸可以依靠下面的方式（知識面廣度，優缺點）
- 奇偶校驗Parity Check
- bcc異或校驗法(block check character)
- crc循環冗餘校驗(Cyclic Redundancy Check)
- md5校驗和數字簽名
- 海明碼校驗
（6）數據大小
- 局域網的鏈路層傳輸數據的最大長度是1518bit，包括幀的頭尾部長度18bit（頭14+尾4），IP頭部長度爲20bit，TCP頭尾部長度爲20bit，UDP頭尾部長度爲8bit
- TCP在局域網中傳輸數據的最長長度=1518-18-20-20 = 1460bit
- 廣域網傳輸不限定大小，因爲超過限定大小，會進行拆包發送
3.如何連接
（1）建立連接：三次握手
記錄對方的ip和端口，正式通信時會自動的使用記錄的ip和端口
- 第一次握手：建立連接時，客戶端發送syn包（syn=j）到服務器，並進入SYN_SENT狀態，等待服務器確認；SYN：同步序列編號（Synchronize Sequence Numbers）。
- 第二次握手：服務器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務器進入SYN_RECV狀態；
- 第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK包，向服務器發送確認包ACK(ack=k+1），此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED（TCP連接成功）狀態，完成三次握手
簡述：客戶端發起連接，先發一個SYN包，發送一個連接請求，再發一個序列號seq，保證我收到的是我想要連接的機器給我回復的包。服務器回覆一個ACK包，表示已經建立和客戶端的讀寫通道，再發一個SYN包，跟客戶端建立連接，雙發建立連接後，客戶端再回一個ACK包。
三次握手缺點：容易被攻擊
- dos攻擊：不斷給服務器發SYN包（連接請求），接着忽略服務器發回的ack包。讓服務器不斷等待客戶端，達到負載
- 解決：等一段時間沒有迴應，就不再等待，斷開連接。或忽略一直給自己發請求的IP。
- ddos攻擊：開源破解軟件，讓下載軟件的客戶端向服務器發SYN包。
（2）斷開連接：四次揮手
- 客戶端進程發出連接釋放報文，並且停止發送數據。釋放數據報文首部，FIN=1，其序列號爲seq=u（等於前面已經傳送過來的數據的最後一個字節的序號加1），此時，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態。 TCP規定，FIN報文段即使不攜帶數據，也要消耗一個序號。
- 服務器收到連接釋放報文，發出確認報文，ACK=1，ack=u+1，並且帶上自己的序列號seq=v，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態。TCP服務器通知高層的應用進程，客戶端向服務器的方向就釋放了，這時候處於半關閉狀態，即客戶端已經沒有數據要發送了，但是服務器若發送數據，客戶端依然要接受。這個狀態還要持續一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態持續的時間。
- 客戶端收到服務器的確認請求後，此時，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態，等待服務器發送連接釋放報文（在這之前還需要接受服務器發送的最後的數據）。
- 服務器將最後的數據發送完畢後，就向客戶端發送連接釋放報文，FIN=1，ack=u+1，由於在半關閉狀態，服務器很可能又發送了一些數據，假定此時的序列號爲seq=w，此時，服務器就進入了LAST-ACK（最後確認）狀態，等待客戶端的確認。
- 客戶端收到服務器的連接釋放報文後，必須發出確認，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態。注意此時TCP連接還沒有釋放，必須經過2∗∗MSL（最長報文段壽命）的時間後，當客戶端撤銷相應的TCB後，才進入CLOSED狀態。
- 服務器只要收到了客戶端發出的確認，立即進入CLOSED狀態。同樣，撤銷TCB後，就結束了這次的TCP連接。可以看到，服務器結束TCP連接的時間要比客戶端早一些。
簡述：客戶端發一個FIN包請求斷開連接，服務器回一個ACK包斷開客戶端項服務器的連接。服務器再發一個FIN請求斷開連接，同時要發一個ACK包確定對方是之前跟自己斷開連接的客戶端，客戶端再回一個ACK包確定斷開連接。
（3）爲什麼是三次握手和四次揮手？
（4）dos、ddos攻擊
4.如何保證可靠有序的傳輸
- 三次握手建立連接
- 拆包時SYN的設置確保了包的順序正確
- 通過校驗機制確保發送數據的準確
- 應答機制，也就是將數據發送給對方後，對方必須應答是否發送成功
- 使用“滑動窗口”機制，根據網絡的好壞，控制發送的分組數據的大小
五. UDP協議：用戶數據報協議
1.特點
無連接不可靠傳輸
2.UDP報文格式
- 局域網：UDP傳輸數據的最長長度 = 1518 - 18 -20 - 8 =1472bit
- 廣域網：用UDP協議發送時，用sendto函數最大能發送數據的長度爲：65535- IP頭(20) - UDP頭(8)＝65507字節。用sendto函數發送數據時，如果發送數據長度大於該值，則函數會返回錯誤
3.協議特點
- 無連接的:發送數據之前不需要建立連接，減少了開銷和發送數據之前的延時。（時效性比FTP協議好）
- 視頻用UDP傳，QQ消息也用UDP傳（因爲快，即使），文件傳輸用TCP傳
- 盡最大努力交付:不保證可靠的交付，主機不需要維持複雜的鏈接狀態表。
- 面向報文的:發送方的UDP對應用程序交下來的報文，在添加首部後就向下交付給IP層。既不拆分，也不合並，而是保留這些報文的邊界，因此，應用程序需要選擇合適的報文大小。
- 沒有擁堵控制（發完就收發完就收，不會堵塞）
- 支持一對一、多對一和多對多的交互通信（TCP只能一對一）
六. TCP與UDP
傳輸方式：面向報文（發的報文格式）
首部開銷：就是報文格式在數據前面加的東西