tcpip協議

　　幾個概念

1.分層（我們使用四層模型更爲貼合我們的實際網絡）

分層是爲什麼，其實和公司中職位是一樣的，不同職位的人做不同的事情，然後不同職位的人合起來，一起完成了數據傳輸的事情。

鏈路層  在這個層面，主機與主機的交互只認得硬件mac編號，並不認識IP。

網絡層 IP   ICMP  IGMP

運輸層 TCP  UDP

應用層 Telnet遠程登陸，FTP文件傳輸協議（我們這個端口和那個端口的連接是用來幹什麼的，傳輸文件？那麼可以使用FTP。傳輸文本？那麼可以使用HTTP。應用層就是實際上對具體的程序之間的交互功能進行定義的層。）

 2.  接口 互聯網上的每個接口必須有一個唯一的 I P地址

使用T C P / I P協議的應用程序通常採用兩種應用編程接口（ A P I）：

s o c k e t和T L I（運輸層接口：Transport Layer Interface）。

3. 封裝 T C P傳給I P的數據單元稱作 T C P報文段或簡稱爲 T C P段（T C P s e g m e n t）。 

 I P傳給網絡接口層的數據單元稱作 I P數據報(IP datagram)。通過以太網傳輸的比特流稱作幀(Fr a m e )。

 

 

 IP：網絡協議

一.基本概念

 

所有的 T C P、U D P、I C M P及I G M P數據都以I P數據報格式傳輸。IP的就像給網絡上每個機器一個門牌號，網絡層，你可以把它理解爲郵件運輸工，它的職能就是負責把一包東西，從這個門牌運輸到另外一個門牌。

 

不可靠（u n r e l i a b l e）的意思是它不能保證 I P數據報能成功地到達目的地。如果發生某種錯誤時，如某個路由器暫時用完了緩衝區， I P有一個簡單的錯誤處理算法：丟棄該數據報，然後發送 I C M P消息報給信源端。任何要求的可靠性必須由上層來提供（如T C P）。

 

無連接  I P數據報可以不按發送順序接收。如果一信源向相同的信宿發送兩個連續的數據報（先是 A，然後是B），每個數據報都是獨立地進行路由選擇，可能選擇不同的路線，因此 B可能在A到達之前先到達。

. 多路訪問協議：

 

a) ALOHA協議： 純 ALOHA協議和 時隙 ALOHA協議

 

b) 載波偵聽多路訪問協議 （CSMA）：1-堅持式 CSMA、⾮堅持式 CSMA、p-堅持式 CSMA、

 

　　帶有衝突檢測的 CSMA（CSMA/CD）

　　CSMA/CA（避免衝突的 CSMA 協議）：發送⽅先激發 RTS短幀，接收⽅收到後發送 CTS短幀，使接收⽅周圍的站點在發送期間保持沉默避免衝突

 

但同樣存在面向連接的虛電路和無連接的數據包。

二.路由算法

對應網絡上也存在自適應算法（動態路由，根據網絡狀態刷新路由表）和非自適應算法（靜態路由，可靠）。

（Dijkstra最短通路算法，距離矢量DistanceVector算法，鏈路狀態算法）

內部⽹關路由協議 （ IGP，也叫域內路由協議） ：

 

a) 路由信息協議（ RIP）：基於距離⽮量算法，例如 Bellman-ford 算法

 

b) 開放最短路徑優先協議（ OSBF）：基於鏈路狀態算法，例如 Dijkstra 算法

 

三.網絡接口

 

IPv4 頭標格式 ：

 

a) 版本號 ： 4bit，IPv4 填 4            b) 頭標⻓度 ：4bit，單位爲 4 字節，範圍 5-15，缺省值爲 5

 

c) 服務類型 （TOS）：8bit ，0          d) 總⻓度 ：16bit ，單位字節， 描述 IP 分組的總⻓， 包括頭和數據， 最⼤ 65535 字節，

 

e) 標識符 ： 16bit，⽤於唯⼀標識分組　　　　   f) 標誌 ：3bit ，第 1 位未定義，第 2 位 DF 爲 0 表示可分段，第 3 位 MF 爲 1 表示還有分段

 

g) 段偏移 ： 13bit，單位爲 8 字節 ，取值 0-8191 　h) ⽣存期（ TTL）：8bit ，單位秒

 

i) 協議 ：8bit ，表示⾼層協議類型　　　　　　　　j) 分組頭校驗 ：16bit ，每 16 位相加，進位加到結果，最後取反

 

k) 源 IP 地址 和⽬的 IP 地址 ：各32bit

 

網際協議 IP 是 TCP/IP 體系中兩個最主要的協議之一。與 IP 協議配套使用的還有三個協議：

地址解析協議 ARP(Address Resolution Protocol)

網際控制報文協議 ICMP (Internet Control Message Protocol)

網際組管理協議 IGMP (Internet Group Management Protocol)

 

 

 

 

TCP傳輸層

 

傳輸層相比於網絡層最大的不同就是引入了端口的概念。網絡層只管發送地址和目的地址。但是發送主機上有可能有多個程序和同一個接收主機進行傳輸數據，怎麼區分這多個程序呢？就引入了端口的概念。

 

傳輸層還有一個職能是定義發送方和接收方基本處理包的行爲。上面說到網絡層就相當於郵件運輸工，它只負責把一包東西從一個地方放到另外一個地方，但是，這包東西是否送達了，送達之後接收方又有什麼行爲。這些都可以在傳輸層進行定義。注意，這裏說的是可以，你也可以在傳輸層布不管這些，只做簡單的基本封裝四元組。你懂的，我說的就是UDP。

⽤戶數據包協議（ UDP）：不可靠，⾼效. 常用於實時視頻數據傳播。單元稱爲數據報

傳輸控制協議（ TCP）：傳輸的數據單元稱爲數據段

                                       數據流傳輸、可靠、全雙⼯、流量控制、擁塞控制

 

 

 

 

 

 

包的序號，用來解決網絡包亂序（reordering）問題。

Acknowledgement Number就是ACK——用於確認收到，用來解決不丟包的問題。

Window又叫Advertised-Window，也就是著名的滑動窗口（Sliding Window），用於解決流控的。

TCP Flag ，也就是包的類型，主要是用於操控TCP的狀態機的。

i. 源端⼝ /⽬的端⼝ ：各 16bit

 

ii. 序列號 /確認號 ：各 32bit

 

iii. 頭標⻓度 ：4bit ，單位是 4 字節

 

iv. 保留 ：6bit，置零

 

v. URG：1bit ，指示緊急指針有效

 

vi. ACK：1bit ，指示確認段有效

 

vii. PSH：1bit ，告訴主機⽴即將數據段遞交給應⽤進程

 

viii. RST：1bit ，重新連接

 

ix. SYN：1bit ，同步序列號，⽤於確認連接

 

x. FIN：1bit ，⽤於釋放連接

 

xi. 窗⼝⼤⼩ ：16bit，⽤於流量控制，指示確認後還可發送的字節數

 

xii. 檢驗和 /緊急指針 ：各16bit

 

 

 

 二、流量控制與滑動窗口

 

三、TCP建立連接和關閉的三次握手

 

client和server應該理解爲發送方（客戶端）和接收方（服務器）

建⽴連接：三步握⼿

a) 主機 1 向主機 2 發送序號 seq = x的連接請求 TPDU

b) 主機 2 答應連接請求， ack = x， seq = y

c) 主機 1 發送序列號 seq = x 的數據，並確認 ack = y

（TCP協議的狀態機）

 

 

三. 擁塞阻塞 明明網絡已經堵塞了，還一個勁地發送大量包，甚至重發，那麼這個時候，大家都沒得玩了。於是，TCP引入了擁塞窗口（cwnd）的概念。

流量控制：根據接收⽅的緩存容量來動態調整發送⽅的窗⼝⼤⼩，避免⼀個快速的發送⽅淹沒⼀個慢速的接收⽅

擁塞控制：根據⽹絡的承載容量來動態調整發送⽅的窗⼝⼤⼩，避免同⼀時刻發送⽅有太多的未被確認接收的

 算法：

慢啓動在剛剛連接網絡的時候，最好先慢慢檢測網絡情況，再確定發送包的數量。這就是我們說的慢啓動算法。

　　　發送方從1個包開始，收到ACK，下次就發送2個包，收到這兩個包的ACK（請注意，這裏有可能只有一個ACK），下次就發送4個包。

“每收到一個ACK，擁塞窗口就增加一個報文段”。

當然上圖的情況太理想，實際的情況，坑cwnd爲2的請求發出去兩個報文包的時候，先返回了一個ACK，然後cwnd這個時候就爲3，發送方就會繼續發送請求包。。。

 

 

 

 擁塞避免算法 

慢啓動使得cwnd是呈指數增長。一定不可能是無限增長的，這裏就有個閥值，超過這個閥值，就進入擁塞避免算法。

先說擁塞避免算法，擁塞避免算法說的是擁塞窗口的增加不再是“每收到一個ACK，擁塞窗口就增加一個報文段”。 而是“每收到一個ACK，cwnd = cwnd + 1/cwnd”。

 

 

快速回復算法

快速恢復算法是爲了不要有一個重傳就那麼大響應。能儘快恢復到網絡流暢時候穩定的狀態。

 

其他

DNS域名查詢類型 ：

 

a) 遞歸查詢 ：每⼀個被請求的服務器如果沒有記錄， 就會向其它服務器查詢， 並沿着

 

查詢路徑返回

 

b) 迭代查詢 ：本地服務器如果沒有記錄， 就向⾼級服務器查詢， 被請求的服務器如果

 

沒有記錄就返回⼀個可供查詢的服務器地址

 

FTP⽂件傳輸協議 ：

 

a) 主動模式 ：client 向 server 命令通道 21 端⼝， server 向 client 數據通道 20 端⼝

 

b) 被動模式 ：client 向 server 命令通道 21 端⼝， client 向 server 數據通道＞ 1023

電⼦郵件相關協議 ：

a) 消息交換的協議：

   i. 發送 email：簡單郵件傳輸協議（ SMTP）

   ii. 接收 email：

　　1. 郵局協議第 3 版（ POP3）

　　2. Internet 消息訪問協議（ IMAP）

b) 消息格式的協議：

   i. RFC 822：基本的 ASCII的⽂本郵件

   ii. 多⽤途 Internet 郵件擴展（ MIME ）