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9. 计算机网络

时间:2023-02-20 09:26:07浏览次数:32  
标签:发送 ACK 报文 TCP 计算机网络 服务器 客户端

网络分层概念

OSI 七层模型 是国际标准化组织提出一个网络分层模型
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

TCP/IP 四层模型 是目前被广泛采用的一种模型,我们可以将 TCP / IP 模型看作是 OSI 七层模型的精简版本,由以下 4 层组成:
应用层
传输层
网络层
网络接口层

应用层位于传输层之上,主要提供两个终端设备上的应用程序之间信息交换的服务,它定义了信息交换的格式,消息会交给下一层传输层来传输。
传输层的主要任务就是负责向两台终端设备进程之间的通信提供通用的数据传输服务
运输层主要使用以下两种协议:
传输控制协议 TCP(Transmisson Control Protocol)--提供 面向连接 的,可靠的 数据传输服务。
用户数据协议 UDP(User Datagram Protocol)--提供 无连接 的,尽最大努力的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性)。
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务,网络层的还有一个任务就是选择合适的路由,使源主机运输层所传下来的分组,能通过网络层中的路由器找到目的主机。网络层常见协议 :IP:网际协议,ARP 协议,NAT:网络地址转换协议
我们可以把网络接口层看作是数据链路层和物理层的合体。
数据链路层(data link layer)通常简称为链路层( 两台主机之间的数据传输,总是在一段一段的链路上传送的)。数据链路层的作用是将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧,在两个相邻节点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息,地址信息,差错控制等)。
物理层的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送,尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异

TCP和UDP区别及使用场景。

TCP:相当于打电话
连接,稳定
三次握手、四次挥手
客户端、服务端
传输完成,释放连接,效率低

UDP:相当于发短信
不连接,不稳定
客户端、服务端:没有明确的界限
不管有没有准备好,都可以发给你
导弹

三次握手四次挥手

三次握手:服务端新建套接字,绑定地址信息后开始监听,进入LISTEN状态。客户端新建套接字绑定地址信息后调用connect,发送连接请求SYN,并进入SYN_SENT状态,等待服务器的确认。服务端一旦监听到连接请求,就会将连接放入内核等待队列中,并向客户端发送SYN和确认报文段ACK,进入SYN_RECD状态。客户端收到SYN+ACK报文后向服务端发送确认报文段ACK,并进入ESTABLISHED状态,开始读写数据。服务端一旦收到客户端的确认报文,就进入ESTABLISHED状态,就可以进行读写数据了

四次挥手:客户端主动调用close时,向服务端发送结束报文段FIN报,同时进入FIN_WAIT1状态;服务器会收到结束报文段FIN报,服务器返回确认报文段ACK并进入CLOSE_WAIT状态,此时如果服务端有数据要发送的话,客户端依然需要接收。客户端收到服务器对结束报文段的确认,就会进入到FIN_WAIT2状态,开始等待服务器的结束报文段;服务器端数据发送完毕后,当服务器真正调用close关闭连接时,会向客户端发送结束报文段FIN包,此时服务器进入LAST_ACK状态,等待最后一个ACK的带来;客户端收到服务器发来的结束报文段, 进入TIME_WAIT, 并发出送确认报文段ACK;服务器收到了对结束报文段确认的ACK,进入CLOSED状态,断开连接。而客户端要等待2MSL的时间,才会进入到CLOSED状态

为什么握手是三次,而挥手时需要四次呢?

其实在TCP握手的时候,接收端将SYN包和ACK确认包合并到一个包中发送的,所以减少了一次包的发送。对于四次挥手,由于TCP是全双工通信,主动关闭方发送FIN请求不代表完全断开连接,只能表示主动关闭方不再发送数据了。而接收方可能还要发送数据,就不能立即关闭服务器端到客户端的数据通道,所以就不能将服务端的FIN包和对客户端的ACK包合并发送,只能先确认ACK,等服务器无需发送数据时在发送FIN包,所以四次挥手时需要四次数据包的交互

为什么握手是三次,而不是两次或者四次?

两次不安全,四次没必要。tcp通信需要确保双方都具有数据收发的能力,得到ACK响应则认为对方具有数据收发的能力,因此双方都要发送SYN确保对方具有通信的能力。第一次握手是客户端发送SYN,服务端接收,服务端得出客户端的发送能力和服务端的接收能力都正常;第二次握手是服务端发送SYN+ACK,客户端接收,客户端得出客户端发送接收能力正常,服务端发送接收能力也都正常,但是此时服务器并不能确认客户端的接收能力是否正常;第三次握手客户端发送ACK,服务器接收,服务端才能得出客户端发送接收能力正常,服务端自己发送接收能力也都正常。

三次握手可以携带数据吗?

第一次、第二次握手不可以携带数据,而第三次握手是可以携带数据的。假设第一次可以携带数据,如果有人恶意攻击服务器,每次都在第一次握手中的SYN报文放入大量数据,重复发送大量SYN报文,此时服务器会花费大量内存空间来缓冲这些报文,服务器就更容易被攻击了

TCP可靠性保证手段

基于数据块传输 :应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块,再传输给网络层,数据块被称为报文段或段。

对失序数据包重新排序以及去重:TCP 为了保证不发生丢包,就给每个包一个序列号,有了序列号能够将接收到的数据根据序列号排序,并且去掉重复序列号的数据就可以实现数据包去重。

校验和 : TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错,TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。

超时重传 : 当发送方发送数据之后,它启动一个定时器,等待目的端确认收到这个报文段。接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认信息(ACK)。如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认消息,那么对应的数据包就被假设为已丢失并进行重传。

流量控制 : TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间,TCP 的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议(TCP 利用滑动窗口实现流量控制)。

拥塞控制 : 当网络拥塞时,减少数据的发送

拥塞控制,流量控制。

TCP 利用滑动窗口实现流量控制。流量控制是为了控制发送方发送速率,保证接收方来得及接收。为什么需要流量控制? 这是因为双方在通信的时候,发送方的速率与接收方的速率是不一定相等,如果发送方的发送速率太快,会导致接收方处理不过来。如果接收方处理不过来的话,就只能把处理不过来的数据存在 接收缓冲区(Receiving Buffers) 里(失序的数据包也会被存放在缓存区里)。如果缓存区满了发送方还在狂发数据的话,接收方只能把收到的数据包丢掉。出现丢包问题的同时又疯狂浪费着珍贵的网络资源。因此,我们需要控制发送方的发送速率,让接收方与发送方处于一种动态平衡才好。
为了进行拥塞控制,TCP 发送方要维持一个 拥塞窗口(cwnd) 的状态变量。拥塞控制窗口的大小取决于网络的拥塞程度,并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收方的接受窗口中较小的一个。

TCP 的拥塞控制采用了四种算法,即 慢开始 、 拥塞避免 、快重传 和 快恢复。在网络层也可以使路由器采用适当的分组丢弃策略(如主动队列管理 AQM),以减少网络拥塞的发生。

HTTP和HTTPS区别?Cookie和Session区别?

https协议需要到ca申请证书,一般免费证书较少,因而需要一定费用。
http是超文本传输协议,信息是明文传输,https则是具有安全性的ssl加密传输协议。
http和https使用的是完全不同的连接方式,用的端口也不一样,前者是80,后者是443。
http的连接很简单,是无状态的;HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议,比http协议安全。
HTTP 的 URL 以 http:// 开头,而 HTTPS 的 URL 以 https:// 开头
在 OSI 网络模型中,HTTPS的加密是在传输层完成的,因为SSL是位于传输层的,TLS的前身是SSL,所以同理https:https是基于安全套接字的http协议,也可以理解为是http+ssl/tls(数字证书)的组合

1、数据存放位置不同:
cookie数据存放在客户的浏览器上,session数据放在服务器上。

2、安全程度不同:
cookie不是很安全,别人可以分析存放在本地的COOKIE并进行COOKIE欺骗,考虑到安全应当使用session。

3、性能使用程度不同:
session会在一定时间内保存在服务器上。当访问增多,会比较占用你服务器的性能,考虑到减轻服务器性能方面,应当使用cookie。
4、数据存储大小不同:
单个cookie保存的数据不能超过4K,很多浏览器都限制一个站点最多保存20个cookie,而session则存储与服务端,浏览器对其没有限制。
5、会话机制不同
session会话机制:session会话机制是一种服务器端机制,它使用类似于哈希表(可能还有哈希表)的结构来保存信息。
cookies会话机制:cookie是服务器存储在本地计算机上的小块文本,并随每个请求发送到同一服务器。 Web服务器使用HTTP标头将cookie发送到客户端。在客户端终端,浏览器解析cookie并将其保存为本地文件,该文件自动将来自同一服务器的任何请求绑定到这些cookie。

HTTP请求报文,浏览器输入网址后发生的事情,GET和POST的区别?

GET和POST有一个重大区别,简单的说:
GET产生一个TCP数据包;POST产生两个TCP数据包。
对于GET方式的请求,浏览器会把http header和data一并发送出去,服务器响应200(返回数据);
而对于POST,浏览器先发送header,服务器响应100 continue,浏览器再发送data,服务器响应200 ok(返回数据)。

ARQ 协议了解吗?

自动重传请求(Automatic Repeat-reQuest,ARQ)是 OSI 模型中数据链路层和传输层的错误纠正协议之一。它通过使用确认和超时这两个机制,在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输。如果发送方在发送后一段时间之内没有收到确认信息(Acknoledgements,就是我们常说的 ACK),它通常会重新发送,直到收到确认或者重试超过一定的次数。

ARQ 包括停止等待 ARQ 协议和连续 ARQ 协议

停止等待 ARQ 协议
停止等待协议是为了实现可靠传输的,它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送,等待对方确认(回复 ACK)。如果过了一段时间(超时时间后),还是没有收到 ACK 确认,说明没有发送成功,需要重新发送,直到收到确认后再发下一个分组;在停止等待协议中,若接收方收到重复分组,就丢弃该分组,但同时还要发送确认。
连续 ARQ 协议
连续 ARQ 协议可提高信道利用率。发送方维持一个发送窗口,凡位于发送窗口内的分组可以连续发送出去,而不需要等待对方确认。接收方一般采用累计确认,对按序到达的最后一个分组发送确认,表明到这个分组为止的所有分组都已经正确收到了

标签:发送,ACK,报文,TCP,计算机网络,服务器,客户端
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