【计算机网络】（3）——TCP机制，滑动窗口，流量控制，拥塞控制，延时应答，捎带应答，沾包问题，网络层
目录
Cookie和Session之间的理解
传输层TCP/UDP：
UDP协议
UDP校验和（检验和）
基于UDP的应用层协议
TCP最核心机制
三次握手建立连接，四次挥手断开连接
四.滑动窗口（提高传输效率）
五.流量控制
六.拥塞控制
七.延时应答（提高传输效率）
八.捎带应答（提高传输效率）
九.面向字节流
粘包问题
十.异常情况
TCP最终目标
网络层
特殊的IP:
Cookie和Session之间的理解
Cookie只是浏览器存储数据的 一种方式（客户端概念）
Session是服务器进行描述用户身份信息的方式（服务器端概念）
实现Session机制的过程中（程序员手动实现），通常要把Session id放在cookie中保存。
应用层 HTTP/HTTP/HTTPS/FTP/SSH 应用程序相关
传输层 UDP/TCP
网络层 IP 操作系统内核
数据链路层 以太网
物理层 以太网 硬件和驱动程序负责
传输层关注的是 点对点 之间的传输
只需要关注者和接受者就可以了，中间的传输过程一概不管
传输层TCP/UDP：
UDP 与TCP都是全双工
全双工：通信允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。可以同时进行信号的双向传输。指A-->B的同时B-->A）。是瞬时同步的。
- UDP是一个比较简单的协议（通信效率更高一些）
1.无连接
2.不可靠
3.面向数据报
- TCP是一个比较复杂的协议
1.有连接
2.可靠传输 （发送者能感知到失败）
3.面向字节流
UDP协议
UDP协议格式
端口号传输层的概念，作用就是区分这个数据要交给那个程序来处理
HTTP默认端口号为80
UDP的报文长度：最多16位（64k），这是一个较小的数字
这就限制了应用层协议的数据长度，一旦数据长度超出了UDP的表示范围，就会出现问题
可以在应用层通过代码把应用数据拆分成多个数据报，在使用多个UDP数据报来分别发送
代码实现的成本大大提高了
UDP校验和（检验和）
比较简短，同时最好能和内容相关联
UDP中使用的是CRC循环冗余校验的方式
uint16_t checksum = 0
for(一次遍历数据包的每个字节){
checksum += 当前字节的值
}发送者在发送之前先计算了一个校验和checksum1就把数据和checksum1 一起发送到对端。
接收端也按照相同的规则计算校验和checksum2.
对比checksum1与checksum2是否相同
基于UDP的应用层协议
NFS: 网络文件系统
TFTP: 简单文件传输协议
DHCP: 动态主机配置协议
BOOTP: 启动协议(用于无盘设备启动)
DNS: 域名解析协议
TCP最核心机制
1.可靠传输
2.尽量提高传输效率
TCP的相关机制有很多，都是围绕上述两点展开的
一.确认应答（可靠性的核心机制）
对于序号来说，按照每个字节的方式来编号的
确认序号来说，表示当前序号之前的数据已经正确收到
接下来对端应该给我发送确认序号开始的数据
二.超时重传（可靠性的核心机制）和确认应答相辅相成
如果对方没有确认应答，此时隔一定时间之后，就需要重复
传输这样的数据，重传是为了进一步的降低丢包的可能性
重传的间隔时间采取的是一种比较悲观的态度，等待时间越来越长
如果达到一定的次数之后对方还没有响应，就断开和对方通信的连接。
如果是是应答数据包丢失（ACK），同样会超时重传，此时就导致接收方收到了两份相同的数据。TCP会根据序号来自动去重
三.连接管路
建立连接的意义：（也是可靠性的一部分）
1.双方先试探下对方是否适合和我进行通信
2.双方可以协商一些重要的数据 序号从几号开始
三次握手建立连接，四次挥手断开连接
双方各自向对方发送
三次握手中涉及到的状态变化：
1.LISTEN状态（服务器）
2.ESTABLISHED状态（客户端/服务器）：
四次挥手的过程：
双方各自向对方发送FIN，再各自向对方发送ACK
中间的两次交换，可能合并成一个
四次挥手的状态转换：
1.CLOSE_WAIT：收到第一个FIN的一方进入LIOSE_WAIT，是为了等待代码中调用 关闭 方法
如果你发现服务器上出现大量的CLOSE_WAIT状态，意味着什么？意味着代码有bug，忘记调用close方法了
2.TIME_WAIT：主动断开连接的一方进入TIME_WAIT状态，存在的意义是为了一旦最后一个ACK丢包，还有机会进行重传
TIME_WAIT会存在一定的时间，在超出这个时间之后，TIME_WAIT状态才会真正消失，释放对应的连接
四.滑动窗口（提高传输效率）
窗口的含义是：不等待ACK的情况下最多发多少数据
滑动的含义：每次收到ACK数据的同时，就继续往后发下一组数据
如果窗口越大，传输效率越高
窗口也不能无限大，如果窗口太大可能会影响到可靠性
滑动窗口中如果丢包，采用快速重传的方式来进行重传
快速重传本质上就是超时重传，只不过，重传的时候没有拖泥带水，只重传了真正丢包的数据
五.流量控制
窗口越大，传输效率越高，但是窗口也不能无限大。如果窗口太大，可能接收端，处理不过来
如果生产速度超过了消费速度，接收缓冲区的内容就会越积越多，达到一定程度缓冲区满了，此时在传输的数据就会丢包
使用接受缓冲区空间大小，用这个指标衡量接收端的处理能力
通过这个指标来控制发送端的窗口大小（发送速度）
接受端的缓冲区空余空间大小，作为TCP协议报头中的窗口大小，这个值就是发送端的滑动窗口大小的一个“建议值”
六.拥塞控制
滑动窗口的窗口大小不能无限大，即使接收端处理速度很快，也可能因为网络环境不佳导致数据丢包。
最终的滑动窗口大小是由 流量控制 和 拥塞控制 共同决定的。
拥塞窗口：拥塞控制机制所建议的窗口大小，从一个比较小的数字开始，如果网络畅通，放大窗口大小，如果网络丢包，缩小窗口大小
滑动窗口的最终值就是 流量控制 的窗口和 拥塞控制 窗口的较小值
慢开始：刚开始传输的时候拥塞窗口设置的小一些。
七.延时应答（提高传输效率）
在可靠性的基础上，尽量提高窗口大小。
也是和滑动窗口以及流量控制相关
流量控制中需要在ACK中反馈接受接受缓冲区剩余空间的大小。此时采用的策略是，收到数据不立刻返回ACK，而是等一会。等的过程中，程序就能消费一些缓冲区中的数据，从而导致反馈的窗口大小就要更大一些。
八.捎带应答（提高传输效率）
建立在延时应答的基础上的
内核反馈ACK的实际和程序反馈响应的时机合二为一。通过同一个数据报同时带上两方面的信息。
结束报文段
ACK是由内核控制
FIN是由用户代码控制的，执行到socket对象的关闭方法的时候，才会发送FIN
九.面向字节流
粘包问题
由于面向字节流读取数据方式没有具体的约定，很难从接收缓存区中直接获取到一个完整的应用层数据报
解决粘包问题只能从应用层角度入手
只要在应用层协议设定的时候，明确包的边界就可以了
1.指定分隔符
2.指定包的长度
十.异常情况
1.程序异常结束（没有影响，四次挥手正常完成）
2.系统关机
3.主机掉电/拔网线
a)掉电的是接收方，发送方会触发超时重传，尝试重新建立连接，彻底释放连接
b)掉电的是发送方，接收方如果一直收不到数据的话，达到一定时间之后，就会给对方发送一个“心跳包”，如果没有心跳了，就会重新尝试建立连接，如果连接建立失败，彻底释放连接。
TCP最终目标
1.可靠性（主） 确认应答/超时重传/连接管理
2.传输效率（次）滑动窗口/快速重传
1.流量控制
延时应答
2.拥塞控制
粘包问题不是TCP的问题
粘包问题不是TCP自身的问题，是面向字节流导致的一个问题，和应用层的代码直接相关
网络层
IP协议（物流公司）
1.地址管理
通过一个整数来表示一个地址，IP地址
IPV4一个IP地址是一个32位的整数
IP地址不够用的问题
a）动态分配IP 某个主机上网，就分配IP，不上网，就不分配
b)NAT机制，很多主机共用同一个IP地址路由器（NAT设备根据端口号来进一步区分数据交给那个主机）
c)IPV6彻底解决问题
使用点分十进制来表示ip地址
192.168.1.100
网段划分：IP地址的前半部分划分成网络号，后半部分划分成主机号
网段划分是为了组建不同的局域网，路由器来链接不同的局域网。同一个局域网中的若干设备，网络号相同，但是主机号不相同
两个相同的局域网，网络号一定不相同
/24表示子网掩码
子网掩码也是一个32位的整数，前半部分都是1后半部分都是0
子网掩码按位与上IP地址，就得到了网络号
特殊的IP:
将IP地址中的主机地址全部设为0，就成了网络号，代表这个局域网；
将IP地址中的主机地址全部设为1，就是广播地址，用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包；
127.*的IP地址用于本机环回（loop back）测试，通常是127.0.0.1；（表自己）
IPV6
2.路由选择
相当于地图软件的导航功能
数据链路层
更贴近底层
数据链路层更关注两个相邻节点之间如何传输数据
ARP协议：IP地址 --->MAC地址之间的转换
MTU：一个数据链路层的数据帧所搭载的数据最大长度
以太网的MTU1500字节
对于IP协议的影响：会导致IP数据报产生分包