传输层协议与交换机的基本原理及配置

一、传输层的作用

传输层（数据段）

1、源主机和目标主机之间，提供可靠的数据传输和通信服务。

2、数据分段和重组。

（1）发送方：上层应用程序传输的数据会被进行分段，每个数据段都有一个序列号，添加一定的控制信息。

（2）接收方：在传输层把分段的数据重组，形成完整的数据。

3、连接管理：可以建立、维护以及终止源主机和目的主机之间的连接。

4、可靠性保证：tcp。数据分段后的有序传递、数据丢失后检测以及重传；数据的检测和纠错机制，确保传输过程中的数据完整性和可靠性。

5、tcp是端到端通信（端口对端口），在tcp当中包含源端口和目的端口。

二、传输层协议

协议：数据通信过程的规则和约定，以及交互方式。

（一）TCP协议

1. TCP协议：面对连接，端口到端口，建立通信。

重点:TCP通信双方建立通信之前，必须要先建立连接。

2. TCP报文的字段:

源端口：发送方的端口号；目的端口: 接收方的端口号

3. flag：标志位。tcp协议用来控制连接的标识符。

ACK: 确认位。只有ACK=1时，确认序列号的字段猜有效，ACK=0 无效

Ack：接收方期望收到发送方下一个报文端的第一个字节数据的编号（编号：为确认号，确认传输是否正常）

SYN: 同步/连接位。需要建立的第一步，SYN=1。

FIN:断开位。FIN=1,表示要断开连接。

SEQ: 报文序号。

（二）UDP协议

1. 特点：

（1）无连接，不保证传输的可靠性。发送端不关心发送的数据是否能够到达目标主机，数据是否出错也不在考虑范围之内。收到数据的主机，也就是接收方，他也不会告诉发送放我是否收到了数据。（可靠性由上层协议进行保证—用户自定义）

（三）TCP和UDP的区别

1. TCP：安全，可靠 速度慢（主流都是TCP）

2. UDP：效率高，速度快，不安全。

三、“三次握手、“四次挥手”和“Time Wait”

（一）TCP建立连接“三次握手”

所有的基于TCP协议的通信，第一步都是建立连接。建立连接一定是三次握手。

客户端到服务端

第一步：客户端：发送到服务器，建立连接的请求。

              SYN=1（期望建立连接）、SEQ=x

第二步：服务端：SYN=1（愿意建立连接） ACK=1（确认同意建立连接）

              Ack=x+1（确认身份，确认是客户端）；SEQ=y

第三步：客户端：ACK=1（确认双方同步，建立连接） 

               Ack=x+=1+1（确认双方的数据传输）；SEQ=y+1（告诉服务端我是客户端）

为什么不需要第四次确认：两次确认已经分别确定了双方的序列号，已经知道双方是谁，不需要再进行第四次确认了。

 

 

（二）TCP断开连接“四次挥手”——TCP半关闭

pc1 和 pc2

第一步：pc1断开连接：FIN=1（断开）  ACK=1（确认）

第二步：pc2: ACK=1（确认是pc1）

第三步：pc2: FIN=1 ACK=1（要和pc1断开，而且确认）

第四步：pc1: ACK=1（确认断开）

四次挥手：pc1发送断开连接之后，pc2回复ACK确认，这个时候PC1将不再向pc2发送数据，pc2还要接收pc1没有处理完的数据。全部收到，处理完毕之后，pc2才会向pc1发送确认断开。pc1发送ACK，确认断开。

为什么是四次挥手不是三次挥手：防止另一端发送的数据，接收方还没有接收完毕，直接关闭，会导致数据丢失。所以要等待数据全部接受完毕的过程，然后才能断开连接，以保证数据的完整。

 

（三）Time Wait

1. 确保网络中所有的分段已经全部传送完毕，避免影响后续的连接

2. 如果重新建立连接，就不需要再一次打开新的进程，直接使用之前的连接进程

3. MSL（数据段的生命周期）：TCP连接进程可以在网络存活的最长时间，超过这个时间，TCP连接进程将会被丢弃（120秒）。

 

四、交换机基本原理与配置

（一）交换机的基本原理

1. 交换机: 连接终端设备，数据链路层的代表设备

2. 数据链路层的作用：

（1）物理地址、网络拓扑的建立，维护，拆除

（2）把数据封装在数据顿当中，按照顺序传送

（3）硬件寻址: 根据设备的mac地址，进行数据帧转发

（4）差错校验和恢复: 数据有错误，可以通过重传的方式进行修复。

3. 交换机工作的核心:封装数据，按照顺序以Mac地址来进行数据转发；差错检验，对帧进行校验，保证数据完整。

4. 以太网地址：设备的MAC地址。设备：网卡的地址。

   Mac地址是网卡设备的全球唯一标识

   Mac地址既可以是单个设备，也可以是一组设备

（二）交换机的工作方式

1. 初始状态：交换机并不知道有哪些设备跟我连接(不知道mac地址)

2. 学习状态：交换机会记录pc8mac地址，然后以泛洪广播的形式，寻找目标的mac地址

3. 接收方回应广播，交换机记住pc7的mac地址以及端口(和交换机连接的端口)。

4. pc7和pc8单播通信

5. 交换机会记录经过设备的mac地址和端口，保存在mac地址表。刷新时间 300秒，300秒记录消失。

6. 下一次数据再来请求或者响应，如果在mac地址表有记录，直接转发，不再泛洪广播。

（三）交换机的四大功能

1. 学习功能：数据帧交换机，交换机都会记录他们的源mac地址

2. 转发功能: 根据mac地址表转发，表里面没有才会泛洪广播

3. 查询功能: 泛洪。找不到，会用泛洪广播的形式查找目标的mac地址

4. 刷新功能: 交换机默认300秒刷新，300秒就没了，mac地址表里面所有的记录

（四）二层转发

1. 当源ip和目的ip在同一网段时，只需要进行二层转发即可。

2. 是数据帧转发，就是交换机转发的原理

（五）口环地址: 127.0.0.1

1. ipv4当中的一个特殊地址，也叫做本地回环地址作用:

2. 作用：

（1）自我测试，可以不依赖外部的网络。尤其是一些应用程序需要和自身通信时，就可用本地回环地址进行测试

（2）调试和开发: 开发人员可以使用回环地址模拟网络，简化开发调试的环境要求