01 深入理解通讯协议

1 网络模型

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• 各层的关系
  每一个抽象层建立在低一层提供的服务上，
  并且为高一层提供服务。
• 程序员重点关注
  应用层
  表示层
  会话层
  传输层
• 程序员非重点关注
  网络层
  链路层
  物理层

2 TCP/IP协议

• 定义
  TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是Internet最基本的协议。
  把所有TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中
  
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• TCP 面向连接的、可靠的流协议
• UDP 面向无连接的通讯协议
• IP 在源地址和目的地址之间传送的数据包
• ICMP 控制报文协议
• IGMP internet组管理协议
• ARP 地址解析协议
• RARP 反向地址转化协议

2.1 TCP协议

2.1.1 TCP的3次握手协议

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三次握手
建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。
为什么需要3次握手?
TCP是面对连接的，所以需要双方都确认连接的建立。

• 第一次握手
  客户端请求建立连接。
• 第二次握手
  服务端应答客户端，并请求建立连接。
• 第三次握手
  客户端针对服务端请求确认应答。

TCP的3次握手的漏洞
SYN洪泛攻击

• 定义
  通过网络服务所在的端口发送大量伪造原地址的攻击报文，发送到服务端，造成服务端上的半开连接队列被占满，从而阻止其他用户进行访问。

• 原理
  攻击者客户端利用伪造的IP地址向服务端发出请求(第一次握手)，而服务端的响应(第二次握手)的报文将永远发送不到真实的客户端，服务端在等待客户端的第三次握手(永远都不会有的)，服务端在等待这种半开的连接过程中消耗了资源，如果有成千上万的这种连接，主机资源将被耗尽，从而达到攻击的目的。

• 解决方案
  1、无效连接监控释放
  2、 延缓TCB分配方法
  3、防火墙

2.1.2 TCP的4次挥手协议

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四次挥手
定义
断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。
为什么需要四次挥手？
TCP是双全工(即客户端和服务器端可以相互发送和接收请求)，所以需要双方都确认关闭连接。
过程

• 第一次挥手：客户端发送关闭请求
• 第二次挥手：服务端响应客户端关闭请求
• 第三次挥手：服务端发送关闭请求
• 第四次挥手：客户端发送关闭确认请求

2.1.3 TCP的通讯原理

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Socket套接字
TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点，这种端点就叫做套接字（socket）。
TCP缓冲区
每个TCP的Socket的内核中都有一个发送缓冲区和一个接收缓冲区。
阻塞模式
接收端缓冲区为空，接收端调用read方法的线程阻塞。
发送端缓冲区满了或者不够大，发送端调用write方法的线程阻塞。
TCP的可靠性与高效率
有了缓冲区之后我们怎么传输才能确保高效与可靠？
答：滑动窗口协议

TCP中的滑动窗口协议——可靠和高效的结合

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滑动窗口

• 发送方和接收方都会维护一个数据帧的序列，这个序列被称作窗口。
• 发送方的窗口大小由接收方确认。

目的

• 确保数据不丢失
  如果发送的数据丢失了可以重新发。
• 控制发送速度
  控制发送速度，以免接收方的缓存不够大导 致溢出，同时控制流量也可以避免网络拥塞。

2.2 HTTP

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2.2.1 HTTP：***超文本传输协议，主要定义了客户端和服务端数据传输的方式。

web客户端和服务器
资源
html/文本、word、avi电影、其他资源
媒体类型
MIME类型：text/html、 image/jpeg
URI和URL
web服务器资源的名字和用于描述一个网络上资源的地址

• schema: http/https/ftp.
• host: web服务器的ip地址或者域名
• port: 服务端端口， http默认访问的端口是80
• path: 资源访问路径
• query-string: 查询参数
  方法：GET/PUT/DELETE/POST/HEAD

2.2.2 HTTP协议的报文组成

状态码	类别	原因
1xx	提示信息	接收的请求正在处理
2xx	成功	请求正常处理完毕
3xx	重定向	需要进行附加操作以完成请求
4xx	客户端错误	服务器无法处理请求
5xx	服务器端的错误	服务器处理请求出错

请求报文

• 请求行
• 请求头
• 请求体
  响应报文
• 状态行
• 首部行
• 返回体

2.3 UDP协议

UDP

• 面向无连接的通讯协议。

• 通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输。

• 因为不需要建立连接，所以传输速度快，但是容易丢失数据。
  报文组成
  

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• 源端口：源端口号，在需要对方回信时选用，不需要时可用全0。

• 目的端口：目的端口号，这在终点交付报文时必须要使用到。

• 长度： UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部）。

• 校验和：检测UDP用户数据报在传输中是否有错,有错就丢弃。

2.4 总结

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