网络架构介绍

1 网络 7 层架构

7 层模型主要包括:
1. 物理层:主要定义物理设备标准,如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由 1、0 转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0,也就是我们常说的模数转换与数模转换)。这一层的数据叫做比特。
2. 数据链路层:主要将从物理层接收的数据进行 MAC 地址(网卡的地址)的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机,数据通过交换机来传输。
3. 网络层:主要将从下层接收到的数据进行 IP 地址(例 192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器,常把这一层的数据叫做数据包。
4. 传输层:定义了一些传输数据的协议和端口号(WWW 端口 80 等),如:TCP(传输控制协议,传输效率低,可靠性强,用于传输可靠性要求高,数据量大的数据),UDP(用户数据报协议,与 TCP 特性恰恰相反,用于传输可靠性要求不高,数据量小的数据,如 QQ 聊天数据就是通过这种方式传输的)。 主要是将从下层接收的数据进行分段进行传输,到达目的地址后在进行重组。常常把这一层数据叫做段。
5. 会话层:通过传输层(端口号:传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或或者接受会话请求(设备之间需要互相认识可以是 IP 也可以是 MAC 或者是主机名)
6. 表示层:主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等(也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西(如图片、声音等))
7. 应用层 主要是一些终端的应用,比如说FTP(各种文件下载),WEB(IE浏览),QQ之类的(你就把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西.就 是终端应用)。

网络架构介绍_第1张图片

 2 TCP/IP 原理

        TCP/IP 协议不是 TCP 和 IP 这两个协议的合称,而是指因特网整个 TCP/IP 协议族。从协议分层模型方面来讲,TCP/IP 由四个层次组成:网络接口层、网络层、传输层、应用层。

网络架构介绍_第2张图片

 2.1 网络访问层 访问层(Network Access Layer)

        网络访问层(Network Access Layer)在 TCP/IP 参考模型中并没有详细描述,只是指出主机
必须使用某种协议与网络相连。

2.2 网络层(Internet Layer)

        网络层(Internet Layer)是整个体系结构的关键部分,其功能是使主机可以把分组发往任何网
络,并使分组独立地传向目标。这些分组可能经由不同的网络,到达的顺序和发送的顺序也
可能不同。高层如果需要顺序收发,那么就必须自行处理对分组的排序。互联网层使用因特
网协议(IP,Internet Protocol)。

2.3 传输层(Tramsport Layer-TCP/UDP)

        传输层(Tramsport Layer)使源端和目的端机器上的对等实体可以进行会话。在这一层定义了
两个端到端的协议:传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)和用户数据报协
议(UDP,User Datagram Protocol)。TCP 是面向连接的协议,它提供可靠的报文传输和对
上层应用的连接服务。为此,除了基本的数据传输外,它还有可靠性保证、流量控制、多路
复用、优先权和安全性控制等功能。UDP 是面向无连接的不可靠传输的协议,主要用于不需
要 TCP 的排序和流量控制等功能的应用程序。

2.4应用层(Application Layer)

应用层(Application Layer)包含所有的高层协议,包括:虚拟终端协议(TELNET,
TELecommunications NETwork)、文件传输协议(FTP,File Transfer Protocol)、电子邮件
传输协议(SMTP,Simple Mail Transfer Protocol)、域名服务(DNS,Domain Name Service)、网上新闻传输协议(NNTP,Net News Transfer Protocol)和超文本传送协议
(HTTP,HyperText Transfer Protocol)等。

3 TCP 三次握手/四次挥手

        TCP 在传输之前会进行三次沟通,一般称为“三次握手”,传完数据断开的时候要进行四次沟通,一般称为“四次挥手”。

3.1 数据包说明

1. 源端口号( 16 位):它(连同源主机 IP 地址)标识源主机的一个应用进程。
2. 目的端口号( 16 位):它(连同目的主机 IP 地址)标识目的主机的一个应用进程。这两个值
加上 IP 报头中的源主机 IP 地址和目的主机 IP 地址唯一确定一个 TCP 连接。
3. 顺序号 seq( 32 位):用来标识从 TCP 源端向 TCP 目的端发送的数据字节流,它表示在这个
报文段中的第一个数据字节的顺序号。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动,则
TCP 用顺序号对每个字节进行计数。序号是 32bit 的无符号数,序号到达 2 的 32 次方 - 1 后
又从 0 开始。当建立一个新的连接时, SYN 标志变 1 ,顺序号字段包含由这个主机选择的该
连接的初始顺序号 ISN ( Initial Sequence Number )。
4. 确认号 ack( 32 位):包含发送确认的一端所期望收到的下一个顺序号。因此,确认序号应当
是上次已成功收到数据字节顺序号加 1 。只有 ACK 标志为 1 时确认序号字段才有效。 TCP 为
应用层提供全双工服务,这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此,连接的每一端必
须保持每个方向上的传输数据顺序号。
5. TCP 报头长度( 4 位):给出报头中 32bit 字的数目,它实际上指明数据从哪里开始。需要这
个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占 4bit ,因此 TCP 最多有 60 字节的首部。然
而,没有任选字段,正常的长度是 20 字节。
6. 保留位( 6 位):保留给将来使用,目前必须置为 0 。
7. 控制位( control flags , 6 位):在 TCP 报头中有 6 个标志比特,它们中的多个可同时被设
置为 1 。依次为:
 URG :为 1 表示紧急指针有效,为 0 则忽略紧急指针值。
 ACK :为 1 表示确认号有效,为 0 表示报文中不包含确认信息,忽略确认号字段。
 PSH :为 1 表示是带有 PUSH 标志的数据,指示接收方应该尽快将这个报文段交给应用层
而不用等待缓冲区装满。
 RST :用于复位由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。它还可以用于拒绝非法的报
文段和拒绝连接请求。一般情况下,如果收到一个 RST 为 1 的报文,那么一定发生了某些
问题。
 SYN :同步序号,为 1 表示连接请求,用于建立连接和使顺序号同步( synchronize )。
 FIN :用于释放连接,为 1 表示发送方已经没有数据发送了,即关闭本方数据流。
8. 窗口大小( 16 位):数据字节数,表示从确认号开始,本报文的源方可以接收的字节数,即源
方接收窗口大小。窗口大小是一个 16bit 字段,因而窗口大小最大为 65535 字节。
9. 校验和( 16 位):此校验和是对整个的 TCP 报文段,包括 TCP 头部和 TCP 数据,以 16 位字
进行计算所得。这是一个强制性的字段,一定是由发送端计算和存储,并由接收端进行验证。
10. 紧急指针( 16 位):只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

11. 选项:最常见的可选字段是最长报文大小,又称为 MSS(Maximum Segment Size) 。每个连
接方通常都在通信的第一个报文段(为建立连接而设置 SYN 标志的那个段)中指明这个选项,
它指明本端所能接收的最大长度的报文段。选项长度不一定是 32 位字的整数倍,所以要加填充
位,使得报头长度成为整字数。
12. 数据: TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时,双方交换的报
文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送,也使用没有任何数据的首部来确认收到的数
据。在处理超时的许多情况中,也会发送不带任何数据的报文段。

网络架构介绍_第3张图片

 3.2 三次握手

第一次握手:主机 A 发送位码为 syn=1,随机产生 seq number=1234567 的数据包到服务器,主机 B
由 SYN=1 知道,A 要求建立联机;
第二次握手:主机 B 收到请求后要确认联机 信息,向 A 发 送 ack number=( 主机 A 的
seq+1),syn=1,ack=1,随机产生 seq=7654321 的包
第三次握手:主机 A 收到后检查 ack number 是否正确,即第一次发送的 seq number+1,以及位码
ack 是否为 1,若正确,主机 A 会再发送 ack number=(主机 B 的 seq+1),ack=1,主机 B 收到后确认

网络架构介绍_第4张图片

四次挥手

CP 建立连接要进行三次握手,而断开连接要进行四次。这是由于 TCP 的半关闭造成的。因为 TCP 连
接是全双工的(即数据可在两个方向上同时传递)所以进行关闭时每个方向上都要单独进行关闭。这个单
方向的关闭就叫半关闭。当一方完成它的数据发送任务,就发送一个 FIN 来向另一方通告将要终止这个
方向的连接。
1) 关闭客户端到服务器的连接:首先客户端 A 发送一个 FIN,用来关闭客户到服务器的数据传送,
然后等待服务器的确认。其中终止标志位 FIN=1,序列号 seq=u
2) 服务器收到这个 FIN,它发回一个 ACK,确认号 ack 为收到的序号加 1。
3) 关闭服务器到客户端的连接:也是发送一个 FIN 给客户端。
4) 客户段收到 FIN 后,并发回一个 ACK 报文确认,并将确认序号 seq 设置为收到序号加 1。
首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。

网络架构介绍_第5张图片

 主机 A 发送 FIN 后,进入终止等待状态, 服务器 B 收到主机 A 连接释放报文段后,就立即
给主机 A 发送确认,然后服务器 B 就进入 close-wait 状态,此时 TCP 服务器进程就通知高
层应用进程,因而从 A 到 B 的连接就释放了。此时是“半关闭”状态。即 A 不可以发送给
B,但是 B 可以发送给 A。此时,若 B 没有数据报要发送给 A 了,其应用进程就通知 TCP 释
放连接,然后发送给 A 连接释放报文段,并等待确认。A 发送确认后,进入 time-wait,注
意,此时 TCP 连接还没有释放掉,然后经过时间等待计时器设置的 2MSL 后,A 才进入到
close 状态。

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