计算机网络学习笔记

计算机网络是通用，可编程的硬件组成的，并且这些设备可互连，并且可以传输不同类型的数据

计算机网络不是只有软件概念，还有硬件设备，例如：网卡，网线，路由器等等

网络作用范围：广域网（WAN），城域网（MAN），局域网（LAN）

计算机网络发展历史

ARPANET（1969年，美国国防部创建的单个网络）

三层结构互联网（现代互联网雏形，当时主要用于连接美国学校，实验室的计算机，主干网，地区网，校园网）

多层次ISP互联网（ISP指网络服务提供商（Internet Service Provider），常见网络服务提供商有中国移动，中国电信，中国联通等等）

多层次ISP互联网，分主干ISP（主要跨国通信），地区ISP（主要局部地区通信，例如广东移动，北京电信等等）

中国创建了多个公共互联网，例如：中国电信互联网（CHINANET），中国移动互联网（CMNET），中国联通互联网（UNINET），中国教育与科研计算机网（CERNET），中国科学技术网（CSTNET）等等

计算机网络层次结构（确保数据通信顺通，识别目标计算机的状态，数据是否存在错误）

层次结构大概分3个，网络应用，数据通信，物理网络

层次细分的话，有七层，也就是OSI七层模型（OSI国际标准定义的），而且每个层都是独立的（不干预其他层），只完成不同的工作

OSI七层模型：应用层（为计算机提供服务），表示层（数据处理），会话层（管理通信会话），传输层（管理通信连接），网络层（数据路由），数据链路层（管理节点之间的数据通信，例如传输数据到另一个局域网），物理层（计算机物理设备）

OSI七层模型并没有成为广泛使用的标准，而是采用TCP/IP四层模型

TCP/IP四层模型：应用层（对于OSI七层模型的应用，表示，会话，HTTP协议），传输层（OSI七层模型的传输层，TCP/UDP协议），（OSI七层模型的网络层，IP/ICMP协议）网络层，（数据链路层和物理层，ARP/RARP协议）网络接口层

计算机网络性能指标

bps=bit/s，1秒多少比特位，比特率

时延：发送时延（数据bit除以bps），排队时延（数据等待被网络设备处理的时间），处理时延（数据到达目标机器后处理需要的时间），传输时延（传输路径除以bps）

总时延 = 发送时延+排队时延+传输时延+处理时延

往返时间RTT（Route-Trip Time）：数据报文在通信中来回一次的时间（可通过ping命令来查看RTT）

物理层（连接不同的物理设备，传输比特流）

物理层传输介质：双绞线（又分屏蔽和无屏蔽，区别就是增加了一层屏蔽层），同轴电缆，光纤（通过光传输，光纤内部是具有高折射率的纤芯，能折射光）

电缆使用铜作为传输介质，光纤通过光来作为传输介质

铜线中的电信号传播速度大约为2.3*10^8m/s

光纤中光信号的传播速度是2.0*10^8m/s

因此实质上电缆的传播速度比光纤快，因为光纤是利用光的反射来传输到远方的，实质光走的距离更长

但是电缆的铜在远距离的情况下，会导致衰减（主要有2个原因导致，介质损耗（通过电磁波传导，会在介质中产生电场的电荷规则排序，这会消耗能量）和导线损耗），需要通过中继器来延续信号

因此在跨市，跨城，跨省，跨国使用都是光纤（光纤的带宽比电缆好，也是一个原因），但是短距离，得益于电缆的传播速度，会更好，因此局域网内部大多使用电缆来传输（因为解析光信号，还需要个光信号调制调解器，计算机无法直接使用光纤传输的数据）

比特流：通过高低电平来表示比特流，来传输数据

信道（往一个方向传输信息的媒体，一个通信电路最少要有一个发送信道和接收信道）

信道的分类：单工通信信道（只能往一个方向通信的信道，没有反馈的信道，例如电视机的电视闭路线），半双工通信信道（可以发送和接收信息，但是不能同时发送，同时接收），全双工通信信道（可以同时发送，同时接收）

物理层会实现信道分用复用技术（提升信道的利用率）

频分复用，时分复用，波分复用，码分复用

数据链路层（封装成帧，透明传输，差错监测）

数据帧：数据链路层中数据的基本单位，数据发送方会在网络层的一段数据的前后添加特定标记，而这一段数据就是数据帧，数据接收方根据特定标记来识别数据帧，是数据链路层内部数据处理成帧

数据帧也分MAC帧（没有帧尾，因为MAC帧之间是96比特时间，帧头也是没有的，而是让物理层给MAC帧添加8bts的前导码），PPP帧（有帧头和帧尾，帧头到帧尾就是这个帧的长度）

封装成帧：数据链路层会将网络层交付的数据报文添加帧头和帧尾，让其成为帧

帧头和帧尾都是特定的控制字符（比特流），帧头（SOH）：00000001，帧尾（EOT）:00000100

透明传输：数据链路层对网络层提供的数据没有限制（控制字符在帧数据中，但是不会去当成数据去处理，就好像帧头和帧尾不存在一样）

字节填充（对数据内部的数据填充ESC转义字符），比特填充（零比特填充法：在每5个连续的1后面插入比特0）

数据链路层规定了帧的数据的长度限制，就是最大传输单元MTU（Maximun Transfer Unit）

以太网的MTU（MAC帧）是1500字节

路径MTU：由链路中MTU的最小值决定

差错监测：因为物理层只负责传输比特流，没有控制出错的功能，因此数据链路层提供了差错监测的功能

奇偶校验码：在发送的每个字节后加上一位，让字节中为1的数可以是奇数或者偶数，通过奇偶校验来确定数据是否出错，具体可以看https://zhizheng123.test.com/archives/77.html这篇文章，讲TCP的可靠性那里

奇偶校验码的缺点就是如果发生2位的出错，就无法校验出来错误

循环冗余校验码CRC（根据传输或者保存的数据来产生固定位数的校验码，校验码再附加到数据的后面）

模二除法：通过异或来表示0或者1，例如00就是0，01就是1，异为1，或为0

选择用于校验的多项式，并且在数据后面添加多个0，添加多个0的数据，通过模二除法来除以校验的多项式的位串，得到的余数将填充到原来数据的添加多个0的位置，来得到可校验的位串

假设校验的多项式为X3+X2+1，那么就是原数据后面添加3个0（添加多少个0取决多项式的最高阶，二进制位的最高位也取决于最高阶（最高幂次）二进制位数等于最高阶+1，这里就是表示的二进制位为4位的二进制数），二进制位串位计算就是1x3+1x2+0x1+1x0，就是1101

例如原数据为1010110，CRC校验码计算就是1010110000除以1101，得到的余数0001就是CRC校验码，在将原来填充0的位置填充CRC，就是10101100001，这个比特流就是要传输的数据

接收数据进行校验通过，传输的数据除以位串，来得到余数，根据余数来进行判断校验（余数为0则表示数据正确）

数据链路层只检测数据的错误，不会进行数据的纠错，数据错了，数据链路层将会丢弃错误的数据或者重新传输数据

MAC地址（物理地址，硬件地址，每个设备都有唯一的MAC地址，用48个比特位来表示，使用16进制）

MAC地址表：映射MAC地址到硬件接口上

以太网协议是数据链路层的协议，以太网协议是局域网技术，以太网协议用于完成相邻设备的数据帧传输

网络层（数据路由，数据在网络传输的路径，跨局域网，跨节点）

路由器的顶层是网络层，没有使用到传输层和应用层

网络层的ip协议，子网划分

虚拟互连网络（物理网络复杂，使用IP协议时，将无需关心物理网络的差异）

网络层利用IP协议来将使用IP协议的计算机连接起来，就好像这些计算机只需要连接一个虚拟互连网络一样，无需关心底层经过了哪些网关，路由器，ISP等等，将专注于数据的转发工作

IP协议

IP地址（v4只有32位，v6有128位），ipv4使用点分十进制表示，使用4组从0到255的数字表示ip地址，ipv6使用冒分十六进制，用8组4位的16进制表示ipv6地址

IP协议处理数据是数据链路层处理完毕的数据帧的数据，又叫IP数据报，IP数据报包含了目标的IP地址，源IP地址，IP数据，协议数据等等

IP数据报的4位版本，就是IP协议的版本，使用4位二进制表示，通信双方必须一致（否则无法通信），例如版本4（v4），版本6（v6）

IP数据报的4位首部长度，是表示IP首部的长度，使用4bit表示，4位填满就是1111，就是15bit，IP数据报限制每行是4个字节（32位bits），154就是60字节，因此首部最大可以是60个字节，IP数据报最短部分有5行，54，就是20字节，20字节是IP首部长度最小的值，这个看起来可能有点乱，下面解一下为啥是这样

首部长度的单位是32bit（4字节），也就是说首部长度0001是表示IP首部有32bit，4个字节，首部长度1111就是4*15（15是二进制1111换算出来的），就是IP首部最大是60个字节

因为IP数据报最少要有5行，这5行就是最小首部（第六行是可选的），每行4个字节，4*5就是20个字节，IP首部长度最小表示得是20个字节，用4位首部长度表示就是0101（就是5，因为1就表示了4个字节）

IP数据包的总长度是用16位bit表示，因此最大值为65535（2的16次方），这个总长度表示IP首部+IP数据的总长度，因此一个IP数据包最大是65535字节

当IP数据包大于MTU时，数据链路层会将IP数据包分片，以确保符合MTU

IP首部还有个服务类型，用8位表示，前面3位表示优先级，后4位是标志，最后一位是保留位，前面3位，满载就是111，也就是说有7种优先级，这个优先级没有强制性，物理设备也不看

IP首部标识，占16位，是计数器，相同数据包的标识是相同的（每生产一个数据包就+1），用来数据包的分段，以确保IP数据包能通过MTU限制的数据链路，最后为了数据帧拼装成完整的IP数据包，通过标识来确定，这个标识会被复制到数据帧的标识字段中，相同标识就表示是相同的IP数据包，就可以拼装成完整的数据包了

IP首部标志，占3位，只有2位有意义，表示该IP数据包是否分片，第一位没有使用，第二位表示DF（Don’t Fragment），是否要进行分帧（DF=0时才允许分片），第三位表示MF(More Fragment)，是否后面数据报（MF=0时表示该数据包后面没有了，是最后的包），因此一个允许被分片，并且不是最后一个数据包时，标志表示为001，不允许分帧的话，超过MTU限制的数据包将被丢弃，并且向数据包的源头提示信息

IP首部片偏移，占13位，表示分片后，该片在原来ip数据包中的相对位置，片偏移是用8个字节为一个偏移单位，因此每个片的长度一定是8字节的倍数

生存时间TTL，占8位，表示该数据报文在网络中的寿命，经过一个设备TTL会减1，当TTL为0时，该数据报文将被设备丢弃，确保数据报不会一直在互联网的设备中传输，而消耗网络资源

协议，占8位，表示数据报携带的数据是什么协议的，让网络层知道应该将这个数据给哪个来进行处理，常见的协议取值，1为ICMP，2为IGMP,4为IP，6为TCP，17为UDP

首部检验和，占16位，用来校验数据报的首部，每经过一个设备，都会重新计算首部检验和，确保首部不出错，出错会被设备丢弃

IP源地址，占32位，表示发送该IP数据报的机器的IP地址

IP目标地址，占32位，表示该IP数据报需要到达的目标机器的IP地址

IP协议转发过程（逐跳（hop-by-hop））

MAC地址表工作过程：网卡发送数据帧，数据帧抵达路由器，路由器会取前6字节，来匹配MAC地址表，查找该MAC地址对于的网络接口，路由器就可以通过网络接口来对外发送数据帧

IP路由表和MAC地址表工作过程类似，IP路由表有目标IP地址，以及有要到达该目标IP地址的下一个地址，发出IP数据报，通过查询IP路由表得知，需要将改数据报发送给另一个IP，才能到达就会发送给另一个IP，另一个IP的设备查询路由表，需要给另一个IP，就发送给它，一直到抵达目的地，或者TTL死亡，计算机和路由器都有路由表

IP路由表是网络设备根据路由协议生成的，windows操作系统可通过route print命令查看本计算机的路由表

可以看到有5个属性，分别是网络目标（目标的IP）和网络掩码（表示IP地址的哪个标识是当前设备所在的子网），网关（将数据发送给哪个设备，网关又叫下一跳服务器），接口（发送数据包的网络接口，和当前网关是同一个子网）以及跃点数（到达目标需要经过的跃点数量，一个跃点就是一个路由器，TCP/IP协议会选择最低跃点数的路由）

网络掩码，又叫子网掩码，和IP地址搭配使用，子网掩码也是32位地址，用来屏蔽IP地址的一部分来区别是网络地址和主机地址，RFC950定义，表示网络地址的位都为1，表示主机地址的位都为0，例如192.168.1.2的子网掩码255.255.255.0，表示192.168.1是网络地址，最后的2才是主机地址，因此得到192.168.1.2是属于192.168.1.0这个网络下的，其中主机号为2

逐跳的过程：网络层通过路由表，知道下一个发送哪个设备来转发数据，网络层将封装IP数据报给数据链路层，并且告知目标的MAC地址是什么，数据链路层将数据帧发送给目标MAC地址，当接收数据帧后，会将数据帧给网络层（这也是为啥路由器最高层是网络层的原因，路由器不需要那么高层的功能），网络层查询路由表，得知下一个目标设备，并且将数据报给数据链路层，告知目标的MAC地址是什么，数据链路层会将数据帧发送给目标设备一直到真正的目标设备为止

数据帧在每一逐跳中，都会对MAC地址发送改变，但是IP数据报的IP地址不会发生变化

ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）和RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）

ARP协议会将网络层的IP32位地址解析成数据链路层的MAC48位地址，ARP缓存表表示IP地址和MAC地址的映射关系，缓存表没有缓存时，ARP会广播，其他设备会回应，ARP将记录设备的IP和MAC地址，ARP缓存表的记录具有期限性

windows操作系统可通过arp -a命令查看本机的ARP缓存表

ARP协议报文是直接对数据链路层的数据帧进行封装的

ARP协议报文由2位的类型，28位的ARP请求应答，18位的PAD填充数据组成

其中28位的ARP请求应答报文，是由2位硬件类型，2位协议类型，4位标记，6位发送方的以太网地址，4位发送方的IP地址，6位的目标以太网地址，4位的目标IP地址组成

RARP的工作和ARP是逆操作，RARP协议是将数据链路层的MAC地址解析成IP地址，利用的也是ARP缓存表，RARP报文和ARP报文是一样的类型组成的

IP地址的子网划分

IP地址分类，将32位分成网络号，主机号

A类地址：8位网络号（前一位为0），24位主机号，最小网络号为0，最大网络号为127（01111111），最小主机号为0.0.0，最大主机号为255.255.255

B类地址：16位网络号（前二位为10），16位主机号，最小网络号为128.0，最大网络号为191.255，最小主机号为0.0，最大主机号为255.255

C类地址：24位网络号（前三位为110），8位主机号，最小网络号为192.0.0，最大网络号为223.225.255，最小主机号为0，最大主机号为255

特殊的主机号，主机号为0表示当前网段，主机号为1表示是广播地址，对当前网段的全部设备发送消息用的

特殊的网络号，A类地址中网络号全为0为特殊网络，例如0.0.0.0，A类地址中网络字段后7位为1是表示回环地址，例如127.0.0.1

B类地址网络号后14位都为0，例如128.0.0.1，C类网络号后21位为0，例如192.0.0.1

上面特殊的都是不可使用或者无法分配的

区别IP地址属于那一类地址，只需要将IP地址的前8位取出来，通过判断前1位到3位来知道，也是可以看前一段IP地址，例如192.168.1.1，这个明显超过A类，B类地址的最大网络号，因此是C类地址

127.0.0.1本地回环地址（Loopback Address），这个地址不属于任何一个地址类，它表示设备的本地虚拟接口，甚至无网卡也可以ping通该地址

还有D类地址，开头前4位是1110，E类地址前4位为1111，D类和E类地址用来特殊用途的，例如广播（D类），D类和E类是不区分网络地址和主机地址的

子网划分就是在网络号主机号的基础上添加子网号，通过子网掩码来匹配网络号

A类地址的子网掩码是255.0.0.0

B类地址的子网掩码是255.255.0.0

C类地址的子网掩码是255.255.255.0

子网掩码的二进制与IP地址的二进制进行与运算（位相同，并且为1返回1，位不相同，而且为0返回0），得到的运算结果转换为点分10进制，就是该IP属于这个IP的子网

无分类编址CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由选择，没有ABC这些网络分类，也没有子网划分）

CIDR将IP区分为网络前缀和主机号，网络前缀相同就表示是一个CIDR地址块，网络前缀不受限制

斜线记法，例如192.168.1.2/25，表示前25位为网络前缀，后7位为主机号（2的7次方，就是128，去掉最大和最小的，还有126个ip地址可以分配，而不需要像C类地址一样，直接就分配255-2个地址，造成地址浪费）

通过斜线记法占据网络前缀，主机号将可以灵活的占用，更有效分配IP地址，减少IP地址分配的浪费

CIDR的IP地址与子网掩码，进行与运算，可以得到网络号

网络地址转换NAT技术（解决IPv4地址不够用）

NAT技术将IP分为内网地址（避免和外网地址重复）和外网地址（又叫公网地址）

A类内网地址，10.0.0.0到10.255.255.255

B类内网地址，172.16.0.0到172.31.255.255

C类内网地址，192.168.0.0到192.168.255.255

网关以及ISP，服务器使用外网地址，内部局域网使用内网地址

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）：让多个内网设备通过一个公网地址来访问互联网的技术，通过转发端口号来实现，内部的端口号，需要访问外网时，会分配一个新的端口号和新的地址（公网）来表示这个内网端口服务，这样外网访问这个公网的端口时，将可以映射给具体内网的端口服务

例如常见的NAT穿透技术（就是内网穿透）

ICMP协议（Internet Control Message Protocol，网际控制报文协议）

ICMP协议可以报告错误信息和异常信息，搭配IP协议使用

ICMP协议报文封转在IP数据报的数据中，ICMP协议报文由ICMP报文首部和ICMP报文数据组成

ICMP报文首部由8位类型（ICMP报文的类型，有2类，分别是差错报告报文，询问报文），8位代码（ICMP报文具体有哪些错误），16位的校验和组成

差错报告报文的常见类型有3（终点不可达，代码0为网络不可达，1为主机不可达），5（重定向，代码0为网络重定向，1为主机重定向），11（传输超时），12（缺少IP必要参数（1）或者IP头部问题（0））

询问报文的常见类型有0或者8（回送请求或者应答），13或者14（时间戳请求或者应答），询问报文主要查询网络是否互通，

使用了ICMP协议的应用有ping（询问报文），traceroute（发送IP数据包到目标需要走哪些路由）

windows可使用tracert命令来体验traceroute的功能，tracert baidu.com

传输层（给上层应用层提供通信功能，是数据通信的最高层，传输层实现进程与进程间的通信（跨设备，跨设备））

传输层协议：TCP协议和UDP协议

使用不同的端口表示不同的网络进程，端口使用16位表示，（0到65535），端口只对本地有意义，进行网络传输，还需要搭配IP来使用

传输层对上层应用层起到屏蔽底层的细节的作用，网络层传输点到点的传输，传输层就将点精确到端，进程的传输

UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）

应用层传递的数据报，UDP不会对其进行合并，拆分，UDP协议数据报大小取决于上层网络层的数据报

UDP数据报分为UDP首部，UDP数据报数据（UDP数据报数据就是上层应用层提交的数据）

UDP首部由16位源端口号（源机器的端口），16位目标端口号（目标机器的端口），16位UDP长度（表示UDP数据报的长度），16位UDP校验和组成，UDP首部是8字节的长度

UDP无连接（不需要建立连接，直接对目标发送数据报），不保证可靠传输数据（不会感知数据报的发送失败，丢失），面向报文传输（应用层交付的数据报文有多大，UDP就传输多大的UDP协议报文，一次发送一个报文），没有拥塞控制（无法感知网络的拥塞情况，直接交付数据报给网络就完事）

TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

TCP协议报文也是在IP数据报的数据内部的，由TCP首部和TCP数据报数据组成

TCP是面向连接（需要提前建立连接，才能通信），提供可靠传输（连接管理（3次握手，4次挥手），数据分段（），校验和（校验数据），序号（按顺序发送，收到乱序则丢弃数据），累计确认（接收数据方会发送确认应答，来表示发送的报文收到了），重发机制（定时器，一段时间内无法确认该报文接收到，发送方会重新发送该报文），流量控制（感知对方的接收情况，如果对方接收不够快，会提示对方降低发送频率（调整本地的窗口，并且告知对方窗口值是多少），避免数据报的丢失），拥塞控制（感知网络拥塞情况，能根据拥塞情况来调整数据发送的频率，调整拥塞窗口，避免数据报的丢失），通过这些来保证可靠传输），提供全双工通信，面向字节流传输

TCP字节流：TCP协议将网络层传输的数据看成字节流，会从字节流中选择长度来创建数据段（拆分），这个数据段就成了TCP数据报的数据，接收方接收数据时，还需要对数据进行排序（根据序号，合并）

TCP粘包：发送的数据，在接收方被粘在一块了（排序），一个数据包的头部接着另一个数据的尾部，导致原因是接收数据时，并不会马上交付数据，而是存储在流量控制的缓存中，交付数据时就可能读取到TCP粘包

TCP首部由16位源端口，16位目标端口，32位序号（传输的字节都有唯一序号，表示数据报的数据的第一个字节的序号），32位确认号（表示前面多少个数据收到了，如果有下一个数据请发送给我，例如ack=11，表示前面10个数据已经收到，可以发送第11个数据了，表示期待收到下一个字节序号是什么，传输下一个数据报的数据取决于这个，序号+当前数据长度的和就是下一个数据发送的起点序号），4位数据偏移（首部长度，最大长度1111，就是15，表示有15行，每行4字节，最大60个字节，单位为4字节，长度是20（最少20字节）到60字节之间，表示真实数据距离首部有多长），保留字段，6位的TCP标记（有6位不同的控制位，分别为URG（Urgent，紧急位，URG=1，表示该数据是紧急数据，接收端会更优先获取该数据），ACK（Acknowledgenent，确认位，ACK=1时确认号才生效），PSH（Push，推送位，PSH=1时表示尽快将该数据交付应用层，不需要等缓存填满交付），PST（Reset，重置位，RST=1时通知重新建立TCP连接），SYN（Synchronization，同步位，SYN=1，ACK=0时表示需要连接建立请求，ACK=1时表示连接请求报文），FIN（Finish，终止位，FIN=1时，表示数据发送完成，开始断开连接操作）），16位窗口（表示本地可以接收的数据最大多少，字节为单位，流量控制的基础，可变），16位校验和（差错控制，发送方计算全部数据的校验和，接收方也计算校验和，当接收方的校验和和发送方一致时，数据发送正确），紧急指针（搭配URG控制位使用，指定紧急数据在报文的位置），可选的TCP选项（最大40字节），以及填充（填充32位的整数倍）组成

TCP首部除了填充，TCP选项外，剩余是固定20个字节的长度的

可靠传输协议：停止等待协议（发送方发送数据，只有当接收方响应确认后，再发送另一个数据，停止是发送方的停止发送另一个数据，等待是接收方等待数据的传输，获取到了响应一个确认，如果接收方在一段时间内没有响应确认消息，发送方会重发该数据给接收方（超时重传，超时定时器）），连续ARQ协议（连续发送多个报文，批量发送，通过滑动窗口，来确认发送多少个报文，当报文确认号到达，将移动窗口，让其可以发送后面的报文，累计确认）

TCP可靠传输基于连续ARQ协议，滑动窗口是以字节为单位，窗口首个字节就是确认号（期望下一个发送该字节），发送字节的长度等于确认号+窗口大小，移动窗口的前提是已经接收到确认了，可用窗口等于窗口长度-已发送未确认的，如果窗口首个字节长时间没有确认，将重新传输该窗口的全部字节（哪怕已经接收到）

因为重传窗口的全部字节效率低，因此有选择重传，可以指定重传的字节，每个字节都有32位序号，提供序号就可以选择性重传，选择重传的数据存储在TCP选项内部，因为TCP首部最大60字节，因此TCP选项最大40字节，也就是10个序号（一个序号4字节），能存储的序号太小，因此实质上存储的是重传的字节边界，重传开头字节到结尾字节，就是2个协号表达一段需要重传的字节，这会增加了重传字节的数量，而不是每次只能重传10个字节，而是能重传数百个，数万个字节，因为丢失字节的数量是非常巨大的，要么没有问题，一出问题就是字节丢失很多

流量控制（提示发送方的发送数据的频率不要太快（避免接收方处理不及时，而导致数据丢失），通过限制滑动窗口的大小来实现，窗口指明发送的数据量是多少）

发送方发送数据时携带SEQ序号，表示该报文的序列号，接收方进行响应时，会返回ACK确认号（表明接收到哪个报文了），如果想提示发送方的窗口要设置多大合适，还可以响应一个RWND来表示发送方应该设置窗口大小为这个

ACK=101，RWND = 1000，将表示下一个发送序号为101的报文，并且窗口为1000，也就是说可以一次传输101到1100之间的报文

通过窗口大小来通知对方的发送速率，来做到流量控制，超时重传只针对数据的，对于响应消息是不会触发重传的，如果窗口控制的消息丢失了，将可能导致死锁（如果之前设置RWND为0的话，需要等待响应调整窗口，窗口消息丢失，接收方和发送方都在等待对方的回应）

坚持定时器：当接收到RWND为0的消息时，启动坚持定时器，坚持定时器将每隔一段时间发送窗口探测报文，询问接收方是否有调整窗口的大小的操作，避免因为窗口消息的丢失而死锁的情况发送

拥塞控制（硬件设备传输速率不同或者网络设备故障，因此存在网络拥塞的情况，例如报文超时，这个也是被认为网络拥塞了）

拥塞控制算法：慢启动算法（从小到大逐渐增加发送量，当发送的报文接收到了，将增加发送量，逐渐试探网络是否拥塞了，会指数增长发送量，直到慢启动阈值（ssthresh）），拥塞避免算法（当慢启动算法达到慢启动阈值时启动，控制拥塞窗口，会试探扩大拥塞窗口（直线增长），直到发送网络拥塞为止）

三次握手（通过TCP首部的TCP标记完成，ACK，SYN，FIN）

第一次握手：SYN=1，seq=x，seq是序号，请求建立连接方向目标发送

第二次握手：SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1，ACK确认收到请求，seq的值是数据序号，ack=x+1，是希望下次接收的数据的序号

第三次握手：ACK=1，seq=x+1，ack=y+1，ACK确认，seq是当前发送的数据序号，ack是期望下次接收的序号

发送方负责同步和建立连接，接收方负责监听和同步数据已接收响应，建立连接

三次握手的作用不只是建立连接，而且还可以同步数据的序号，以及希望下次接收数据的序号，避免失效的请求建立连接报文（超时的）而导致错误，第三次握手消息，会让接收方忽略超时的失效的建立连接报文（因为超时没有响应，会重发请求）

四次挥手（TCP连接的释放）

第一次挥手：FIN=1，seq=u，数据传输完毕，需要终止TCP连接

第二次挥手：ACK=1，seq=v，ack=u+1，被终止方依然可以发送数据，因为只是主动终止方发送完毕数据了，对方并不一定完成了，需要等待对方发送完毕

第三次挥手：FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1，被终止方发送数据完毕，也可以终止了

第四次挥手：ACK=1，seq=u+1，ack=w+1，请求终止方确认已经接收到对方可终止的请求后发送，可以释放了

等待计时器：请求终止方需要等待计时器后才进行关闭，而被终止方接收到第四次挥手消息后是立刻关闭，这个计时器又叫2MSL计时器，即报文最大生存时间的2倍（MSL，Max Segment LIfetime，最长报文段寿命，一般为2分钟）

等待计时器的作用是确保第四次挥手消息到达对方，如果对方在2MSL内没有接收到，会重新发送第三次挥手消息，确保全部报文在连接中失效，端口占用

套接字（ip和端口的组合，Socket，表示TCP连接的一端，用来数据发送和接收）

TCP连接使用2个套接字来组成（C/S架构）

服务端创建套接字，绑定套接字，监听套接字，接收或者处理消息

客户端创建套接字，连接套接字，发送消息

套接字编程（使用Python完成）

服务端

import socket
def server():
    s = socket.socket() #创建套接字
    host = '127.0.0.1'
    port = 8080
    s.bind((host,port)) #绑定套接字
    s.listen(10) #监听
    addr = s.accept() #接收对方发送的消息
    addr.send('hallo word') #向对方发送消息
    addr.close() #关闭连接
if __name__ == '__main__':
    server()

客户端

import socket
def client():
    s = socket.socket() #创建套接字
    s.connect('127.0.0.1',8080) #连接端口
    print(s.recv(1000)) #接收服务端消息
    s.close() #关闭连接
if __name__ == '__main__':
    client()

应用层（对接用户的一层，定义应用与应用之间的通信规则）

应用层常见协议：HTTP，SSH，DNS，FTP，SMTP，POP3，Telnet

DNS（Domain Name System，域名系统）

使用域名来代替IP的点分十进制，通过DNS服务，可以将域名映射出源IP地址（这个源可能是源服务器，也可能是代理服务器，缓存服务器，CDN服务器）

域名由点，数字，字母组成，这个字母不区分大小写，点分割不同域（这里的域主要分顶级域，二级域，三级域）

例如：blog.zhizheng123.test.com，.com就是顶级域，zhizheng123.test.com是二级域，blog.zhizheng123.test.com是三级域

顶级域分成通用顶级域和国家（地区）顶级域，例如.cn，.com，.org，.net，.gov

顶级域搭配二级域就是可以完成一个IP映射服务了

DNS服务部署在DNS服务器上（域名服务器），根域名服务器（管理所有顶级域，全世界目前只有13台），顶级域名服务器（负责顶级域的DNS解析工作），域名服务器（负责二级域的解析工作）

DNS解析过程：计算机访问本地域名服务器查询，如果本地域名服务器没有缓存，则直接向根域名服务器请求，这个顶级域是属于哪个顶级域名服务器的，根域名服务器会返回对应的顶级域名服务器信息，本地域名服务器然后对顶级域名服务器查询，这个二级域名应该属于哪个域名服务器，再访问域名服务器，最后获取映射的IP

本地域名服务器决定了DNS解析的时长，一个好的本地域名服务器可以减少向根，顶级，域名服务器的请求，例如公共域名服务器，114.114.114.114，8.8.8.8，119.29.29.29，223.5.5.5，180.76.76.76

域名由 ICANN 管理全世界的域名系统工作

DNS也会被缓存到本地计算机内，浏览器缓存，操作系统缓存，因此实质上是先访问浏览器缓存，没有再访问操作系统缓存，再然后才到本地域名服务器

DHCP协议（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机设置协议）

DHCP协议是局域网协议，调用UDP协议的应用层协议，提供即插即用联网服务（不需要手动设置IP，而是使用DHCP协议提供的服务，动态设置IP）

DHCP协议提供的是临时IP，具有租期性（过期了会回收，当然也可以续租），提供DHCP协议服务的是DHCP服务器，该服务器通过监听默认端口67，计算机通过UDP协议进行广播DHCP发现报文，因为当前计算机还没有分配IP，会通过设置ip的位全为1，就是255.255.255.255为UDP协议报文的ip，表示这个报文是广播报文，DHCP服务器接收到发现报文后发出DHCP提供报文，计算机接收DHCP提供报文，知晓该网络提供DHCP服务，计算机会向DHCP服务器发送DHCP请求报文，DHCP接收请求并且回应，提供IP地址

HTTP协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）

HTTP协议是调用TCP协议的应用层协议，基于TCP的数据可靠性传输

服务端处理过程：接受客户端TCP连接，接收请求报文（HTTP请求方法有很多种，常见的有GET，POST，DELETE，UPDATE，PUT等等），处理请求，访问资源，生成响应报文，发送响应报文给客户端

请求报文由请求方法，请求地址，HTTP版本，请求头，请求内容组成

响应报文由HTTP版本，响应状态码，状态解释，响应头，响应内容组成

HTTPS是在HTTP协议的基础上使用了SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层），数字证书加密通信，SSL证书由可信任组织（CA机构）颁发给所有人的，CA机构颁发的证书就叫CA证书，CA证书有很多种，SSL证书是CA证书的一种，数字证书主要由证书序列号，签名算法，有效期，所有人名称，所有人公开密钥组成

SSL提供了数据加密传输，数据不可篡改等功能，应用层的数据交付给传输层会经过SSL的加密传输

先进行443端口的TCP连接，SSL安全握手，完成安全握手后就可以对数据进行加密解密

SSL安全握手的过程：

客户端向服务端发送协议版本，支持的加密算法，随机数1

服务端回应，发送确定的加密算法，数字证书，随机数2

上面2次是不进行加密传输的，下面的才进行加密传输

客户端会先检查数字证书有效性，使用数字证书提供的公开密钥对随机数3进行加密，并且将加密数据发送给服务端

服务端接收到加密数据时，使用私有密钥解密这个随机数3

客户端和服务端会根据之前生成的随机数1，随机数2，随机数3和确认的加密算法生成对称密钥

客户端和服务端将使用这个对称密钥来进行加密和解密传输，这个对称密钥只有客户端和服务端知道，外人并不知道（因为随机数3是使用数字证书的公钥加密的，这个随机数3只有客户端和服务端解密后知道）