【网络原理】TCP/IP四层模型中的重点网络协议

news2024/11/28 4:40:36

🌟一、应用层协议

🌈1、XML协议

🌈 2、JSON

🌈 3、其他协议

🌟二、传输层协议（UDP与TCP重点）

🌈1、UDP协议格式

🌈 2、TCP协议格式

🎉TCP的10条机制（必会）

1、确认应答机制（可靠机制）

2、超时重传机制（可靠机制）

3、连接管理机制（三次握手，四次挥手）（可靠机制）

4、滑动窗口机制（效率机制）

5、流量控制（可靠机制）

6、拥塞控制（可靠机制）

7、延迟应答（效率机制）

8、捎带应答（效率机制）

9、面向字节流

10、TCP异常情况

🌟三、网络层重点协议

🌈1、IP协议格式编辑

🌈2、IP地址：IPv4与IPv6

🌈3、路由选择

🌟四、数据链路层重点协议

🌈1、以太网格式

🌈2、MTU（最大传输单元）

🌟一、应用层协议

在开发应用程序时，一个很重要的工作就是进行协议的确定。协议就是组织数据的格式。

确定应用层协议：在前文中我们实现的TCP服务器与客户端，发送双方确定的应用层协议就是以换行符作为每条消息的结尾，双方在发送的时候按照换行符进行编码，接收的时候按照换行符再进行解码。

实际上，每个程序对协议的数据格式进行自定义，但是如果每个程序都定义的不一样没那么就不太灵活，双方都要按照不太的方式去解析和编码请求和响应内容，于是大佬们对一些常用的应用场景做了一些特殊协议并确定下来，形成了标准常见的应用层协议，HTTP，FTP，XML，JSON...

🌈1、XML协议

xml主要是一种组织数据的格式。

🌈 2、JSON

JSON也是组织数据的一种方式。

🌈 3、其他协议

🌟二、传输层协议（UDP与TCP重点）

传输层的协议主要有两个：UDP与TCP

🌈1、UDP协议格式

在解析UDP数据报文件的时候，先截取16位表示源端口，再截取16位表示目标端口号，再截取16位表示UDP长度...

🌈 2、TCP协议格式

TCP对数据传输提供的管控机制，主要体现在两个方面：安全和效率。

🎉TCP的10条机制（必会）

1、确认应答机制（可靠机制）

（1）分析现象：由于网络错乱导致消息到达的时间不同，会造成消息的乱序。

（2）解决办法：

TCP为了解决收发乱序的问题，对每个字节进行编号。

2、超时重传机制（可靠机制）

原因：消息在网络传输的过程中：操作系统->网卡->交换机->路由器->其他的网络设备，每个设置都有自己的负载能力，如果超出了范围，当前的数据包就可能阻塞或者丢弃。

不过在情况2中，主机其实已经接收到了数据，只是A没有收到ACK。因此A重发消息，但是存在B会重复接收的一个问题。因此B会在自己的缓冲区中利用32位的序列号过滤到重复数据。

了解：

3、连接管理机制（三次握手，四次挥手）（可靠机制）

主机之间：发送方与接收方之间要进行网络通信，必须要确认双方收发数据的能力。其中涉及到建立连接与断开连接的协商过程。

三次握手：正常通信之前确认双方能力

面试题1：三次握手的过程? 三次握手的过程能不能简化为两次？四次又是怎么实现的？

两次不可以的，因为没有完整的校验双方的收发能力；四次是可以的，不过三次就足够了。

参考资料1

参考资料2

三次握手还有一个重要的功能就是协商序列号是从哪里开始。

四次挥手：断开连接的过程

4、滑动窗口机制（效率机制）

（1）针对的问题：之前说到确认应答机制，对于每一发送的数据段，都要给一个ACK应答，接收到ACK应答之后再发送下一个数据段。这种数据一发一收的过程虽然可以保证正常通信，但是效率并不高。

（2）滑动窗口：既然一发一收的性能比较低，那么我们一次发送多条数据，就可以大大提高性能。

（3）预见可能会遇见的丢包问题

情况1：ACK丢了

情况2：发送的请求包丢包

问题：滑动窗口与效率大小？

（1）效率的高低与窗口大小有关；

（2）窗口越大效率越高；

（3）窗口越小，效率越低；

（4）假设窗口无穷大，此时发送方就完全不需要等待ACK，此时的效率就和UDP一样，不需要响应就可以直接发送。

新的问题：滑动窗口的大小到底取多少合适呢？——>因此提出了接下来的流量控制机制。

5、流量控制（可靠机制）

主要目标：流量控制机制主要是用来确定滑动窗口的大小，通过发送方与接收方动态协商来确认的。

6、拥塞控制（可靠机制）

解决的问题：

        虽然TCP有了滑动窗口这个大杀器，能够高效可靠的发送大量的数据。但是如果在刚开始阶段就发送大量的数据，仍然可能引发问题。
        因为网络上有很多的计算机，可能当前的网络状态就已经比较拥堵。在不清楚当前网络状态下，贸然发送大量的数据，是很有可能引起雪上加霜的。
        TCP引入慢启动机制，先发少量的数据，探探路，摸清当前的网络拥堵状态，再决定按照多大的速度传输数据；

实际上就是在每次通信过程中试探网络的拥堵状态，从而调整窗口大小。

因此动态调整窗口大小，与接收方的缓冲区大小有关，也与网络大小有关。

问题：窗口大小的取值，以哪个值为准？

（1）接收方缓冲区大小

（2）拥塞控制中跟开网络的状态确定下来的窗口大小

以这两个值中较小的那个为准。

7、延迟应答（效率机制）

8、捎带应答（效率机制）

9、面向字节流

（1）存在的问题：粘包问题

（2）解决粘包问题

来回往复的读取：长度+消息体
在消息末尾加特殊字符表示消息结束。

10、TCP异常情况

问题1

问题2

🌟三、网络层重点协议

🌈1、IP协议格式

理解16位标识，3位标志字段与13位分片偏移。

对于较长的消息，TCP报文中可能无法承载。就将过长的消息分割成很多小消息体。这一整个大的消息用16位标识表示，三位标志字段如果表示的是“更多分片”，就表示若干个小的消息体。假设TCP报文中一次只能承载10M，分成10份，每个小的消息分片只是1M，13位偏移表示小的消息体从哪个位置开始。

🌈2、IP地址：IPv4与IPv6

1、IPv4

总长是32位，最多可以表示42亿个地址。

问题1：怎么分配这些IP地址让计算机之间可以相互访问呢？

（1）动态分配

设置上网的时候才获取一个IP（一个IP只能同时表示一台主机），下线的时候就会被收回。

（2）NET机制

一个子网中的所有机器，共用一个公网IP地址（不能重复），子网中的机器分配内网IP（不同子网中是可以重复的）。

2、IPv6

IPv6的范围可以为地球上的每一粒沙子分配一个IP。