网络体系结构

OSI7层模型和计算机网络5层模型

//TODO

为什么有了7层模型还需要5层模型？

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链路层

流量控制

链路层的流量控制是点对点的，传输层的流量控制是端到端的。

数据链路层流量控制手段：接收端收不下就不回复。

传输层流量控制手段：接收端给发送端发送一个窗口公告。

停等协议

每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个帧。这是一种特殊的滑动窗口协议（窗口大小为1）。

滑动窗口协议

  • 后退N帧协议（GBN）

  • 选择重传协议（SR）

网络层

ip地址决定最终要到哪台计算机，mac地址决定下一跳给谁

ip地址分类及特殊地址

计算机A和B通信过程

IP数据报

详情见王道P144页

TTL

TTL用以确保ip数据报分组不会永远在网络中循环。路由器在转发分组之前，先把TTL减1，若TTL被减为0，则将该分组丢弃。

可以在ping一个地址的时候，通过-i参数指定TTL的大小，以此来追踪该数据报都经过了哪些网关

协议

数值1表示ICMP，6表示TCP，8表示EGP，17表示UDP，41表示IPV6

首部校验和

只校验分组的首部，不校验数据部分

路由

沿途的路由器必须知道目标网络下一跳给哪个接口，也必须知道源网络下一跳给哪个接口

静态路由

由管理员手工配置路由表。

动态路由

RIP协议

  • 每个路由器仅和相邻的路由器交换信息

  • 路由器交换的信息是自己的路由表

  • 每隔30秒交换一次信息。若超过180秒没收到邻居路由器的信息，则判断邻居宕机，更新自己的路由表。

通过广播UDP报文来交换路由信息

练习：

特点：好消息传得块，坏消息传得慢（慢收敛）

OSPF协议

开放最短路径优先OSPF协议，最主要的特征是使用了分布式的链路状态协议。不使用UDP或TCP，直接采用IP。

  • 使用洪泛法向自治系统内所有路由器发送信息，即路由器通过输出端口向所有相邻的路由器发送信息，而每一个相邻路由器又再次将此信息发送往所有的相邻路由器。

  • 发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态（本路由器和哪些路由器相邻，以及该链路的度量/代价–费用、距离、时延、带宽等）。

  • 只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器洪泛发送信息

最后，所有路由器都能建立一个链路状态数据库，即全网拓扑图。

BGP协议

  • 与其他AS的邻站BGP发言人交换信息（BGP发言人一般都是BGP边界路由器）

  • 交换的是网络的可达性信息，即要到达某个网络所要经过的一系列AS

  • 发生变化时更新有变化的部分

BGP发言人与其他BGP发言人交换路由信息的时候，要先建立TCP连接

ICMP协议

网际报文控制协议允许主机或路由器报告差错和异常情况，报文类型有2中：ICMP差错报告报文和IMCP询问报文。ICMP报文作为IP数据报的数据部分，加上数据报的首部，组成IP数据报发送出去。

ICMP差错报告报文共有5种类型：

  • 终点不可达（某个路由器不知道该怎么走导致报文无法交付）

  • 源点抑制（拥塞丢数据）

  • 时间超过（TTL=0）

  • 参数问题（首部字段有问题）

  • 改变路由（值得更好的路由）

ICMP询问报文有4中类型：

  • 回送请求和回答报文

  • 时间戳请求和回答报文

  • 掩码地址请求和回答报文

  • 路由器询问和通告报文

命令ping和pathping就是用的ICMP协议。

传输层

功能：

  1. 提供进程与进程之间的逻辑通信

  2. 复用和分用。

  3. 对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分）

  4. 提供两种不同的传输协议，面向连接的TCP和无连接的TCP

根据IP可以找到一台主机，根据端口可以找到主机上的一个进程，因此套接字Socket = (主机IP地址，端口号)唯一标识了网络中的一台主机和它上面的一个进程。

UDP

报文格式

校验过程

TCP

协议特点

报文格式

序号(seq)：所发送数据的第一个字节的序号

确认号(ack)：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。确认号为N，则表示到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。

数据偏移：TCP报文段的首部长度，以4B为单位。

6个控制位：

  • URG=1时，高优先级数据，应尽快发送，配合紧急指针使用
  • ACK=1时，确认号有效。连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置1
  • PSH=1时，接收方尽快交付待接收的应用进程，不用再等到缓存填满再向上交付。
  • RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后重新建立传输连接
  • SYN=1时，表明是一个连接请求/连接请求的确认（三次握手的前两次）
  • FIN=1时，表明此报文段发送方数据已发完，要求释放连接

窗口：允许对方发送的数据量，常配合确认号使用。

紧急指针：URG=1时有意义，指出报文段中紧急数据的字节数。

三次握手

为什么要三次？

这个问题的本质是, 信道不可靠, 但是通信双发需要就某个问题达成一致. 而要解决这个问题, 无论你在消息中包含什么信息, 三次通信是理论上的最小值. 所以三次握手不是TCP本身的要求, 而是为了满足"在不可靠信道上可靠地传输信息"这一需求所导致的。

四次挥手

可靠传输

TCP默认使用累计确认

重传

TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段（超时重传），采用自适应算法，动态改变重传时间RTTs（加权平均往返时间）