TCP/IP学习笔记

2019-02-15  本文已影响0人  离学友一河

先上知识点


知识点

敲黑板，划重点：两种协议模型，IP，TCP，UDP，HTTP

总结

TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)(传输控制协议/网际协议）是指以TCP和IP协议为核心的互联网协议簇。具体内容可参考以下图片。


TCP/IP

1.基础知识

IP地址

网络节点都有一个32bit的IP地址，如192.168.1.1，根据网络拓扑分配，可变

域名

IP地址别名，域名与IP对应，如github.com与192.30.255.113对应

DNS

域名服务系统，存储域名与IP的映射关系

MAC地址

计算机的物理地址，48bit，前24位为组织唯一标志符，标识厂家，后24位为扩展标识符，由厂家分配，同一厂家的生产的网卡仅后24位不同，如00-23-5A-15-99-42

端口号

因为IP 地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区 分不同的服务的，端口号16bit，范围0~65535
常用端口号：
IIS（HTTP）：80
SQLServer：1433
Oracle：1521
MySQL：3306
FTP：21
SSH：22
Tomcat：8080

封装与分用

当应用发送数据的时候，数据在协议层次自顶向下通过每一层，每一层都会对数据增加增加一些首部或者尾部信息，这样的信息称之为协议单元（Protocol Date Unit，PDU）

分用：当主机收到一个数据帧时，数据就从协议层底往上，检查并去掉对应层次的报文首部或尾部，与封装过程正好相反。


TCP/IP封装

2数据链路层

网络层的PDU是IP数据包，数据链路层将其封装为帧(Frame)，主要任务有：

2.1控制帧的传输

2.1.1差错控制

反馈重发

接收方通过对差错编码(奇偶检验码或CRC码)的检查，向发送方反馈是否收到正确信息，正确则发送完毕，错误则重新发送。

计时器

接收方计时器内未收到帧，则发送反馈信息。发送方计时器内为收到反馈，则重新发送。

序号

防止同一帧被重复发送，使接收方能从序号区分是新发送的帧还是重发的帧，以确定要不要将收到的帧递交给网络层

2.1.2 流量控制

控制发送方数据流，使其发送速率不超过接收方接受速率。

2.2主要协议

Ethernet，PPP，SLIP

MTU

数据帧的最大长度，又称最大传输单元，netstat -in查看

3 网络层

3.1 IP协议

TCP UDP ICMP等协议都以IP数据包格式传输，提供不可靠，无连接的数据包传输服务
不可靠：不保证能到达目的地，仅提供传输服务，可靠性由上层保证
无连接：每个数据报的处理相互独立，IP数据报不能按顺序发送

3.2 IP数据报

数据报

sudo tcpdump -ntx -c 1 抓包

3.3 IP地址

A 类地址

0开头
A 类地址网络号范围：1.0.0.0---127.0.0.0
A 类 IP 地址范围：1.0.0.0---127.255.255.255
A 类 IP 的私有地址范围：10.0.0.0---10.255.255.255 （所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址）
127.X.X.X 是保留地址，用做循环测试用的
因为主机号有 24 位，所以一个 A 类网络号可以容纳 2^24-2=16777214 个主机号

B 类地址

10开头
B 类地址网络号范围：128.0.0.0---191.255.0.0
B 类 IP 地址范围：128.0.0.0---191.255.255.255
B 类 IP 的私有地址范围：172.16.0.0---172.31.255.255
169.254.X.X 是保留地址；191.255.255.255 是广播地址
因为主机号有 16 位，所以一个 B 类网络号可以容纳 2^16-2=65534 个主机号

C 类地址

110开头
C 类地址网络号范围：192.0.0.0---223.255.255.0
C 类 IP 地址范围：192.0.0.0---223.255.255.255
C 类 IP 的私有地址范围：192.168.0.0---192.168.255.255
因为主机号有 8 位，所以一个 C 类网络号可以容纳 2^8-2=254 个主机号

3.4 子网划分及子网掩码

子网掩码——屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式。对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。默认掩码后为1的位与IP地址对应的位为子网号，剩余为主机号。

子网掩码及子网划分

3.5 IP路由选择

本地路由表同IP->同子网号->同网络号->默认路由，不存在则丢弃->路由器收到包之后继续转发直至寻找到目的IP->TTL为0则丢弃

3.6 其他

3.6.1 NAT

私有地址的内部网络通过路由器发送数据包时，被转换成合法的IP地址，一个局域网只需使用少量IP地址(甚至是一个)即可实现私有地址网络内所有计算机与Internet通信。

3.6.2 IPV6

128位，每16位为一段，并转换成16进制，如2000:0000:0000:0000:0001:2345:6789:abcd

3.6.3网络层其他协议

ARP，RARP，ICMP，
ARP输在IP数据包头部加上MAC地址

4 传输层

4.1 UDP协议

无连接，不可靠，没有拥塞控制，8字节首部封装，适用于电话，视频会议等，可一对一，一对多，多对多通信

4.1.1UDP报文

UDP

tcpdump抓包工具

4.2 TCP协议

面向连接，可靠，点对点，(无差错，不丢失，不重复，按顺序)，全双工(双方都可发送数据，两端都有发送和接收缓存),面向字节流，netstat -s，查看数据tcp信息

4.2.1 TCP报文

TCP报文

源端口和目的端口：各2个字节
序号：4个字节本报文数据的第一个字节的序号
确认序号：4个字节期望收到对方下个报文的第一个字节序号
数据偏移：4bit，tcp报文段的长度
保留：6bit，保留为今后使用
控制位：6bit

窗口：2个字节，接收窗口大小
校验和：2个字节
紧急指针：2个字节，URG为1 时有效，本报文段紧急数据的字节
选项：长度可变，最长可达40字节。

4.2.2 连接建立(三次握手)

三次握手.png

至此TCP建立完毕，双方进入ESTABLISHED(已建立连接)状态，可正式传输数据。

4.2.3 连接释放(四次挥手)

四次挥手

此时连接还没有释放，需要时间等待结束后（4分钟）连接两端才会CLOSE，有可能最后一个确认报文丢失而需要重传。

4.2.4可靠传输的实现

4.2.5 连续ARQ协议

发送方连续发送窗口长度的把稳，接收方只确认最后一个报文段。

4.2.6 超时重传

发送方窗口不能大于接收方窗口

5 应用层

5.1 DNS协议

域名映射IP，host 域名查询IP

5.2 FTP协议

文件传输协议

5.3 HTTP协议

使用端口80或8080
过程：

请求报文结构：


http请求

响应报文结构：


http响应

报文分为三部分：

响应报文的状态码：

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