408王道计算机网络强化——传输层和应用层

目录

1.传输层和应用层概述

2.传输层 

​编辑

2.1.UDP的首部格式

2.2.TCP的首部格式

2.3.TCP的连接建立

2.4.TCP的连接释放

2.5.慢开始和拥塞部分、快重传和快恢复

3.应用层

3.1.DNS查询方式

3.2.FTP​编辑

3.3.电子邮件

3.4.HTTP

3.4.1.HTTP建立过程

3.4.2.HTTP连接方式

3.4.3.HTTP报文结构 

3.5.常用端口号 

4.真题

---

1.传输层和应用层概述

 

2.传输层 

2.1.UDP的首部格式

UDP首部固定是8B，因此不需要有首部长度的字段

2.2.TCP的首部格式

ACK：确认连接后ACK = 1

SYN：第一次握手和第二次握手为1

FIN：

检验和：检验首部和数据部分（整个报文段）

2.3.TCP的连接建立

1.头握手两次不携带数据，且SYN = 1，第三次可以携带也可以不携带数据，且不再携带SYN

2.ACK = 1表示针对上一个对方发送数据的确认，从第二次握手开始都置为1，第一次并没有收到数据，因此不需要确认，之后的每一次都会收到对方的数据，因此置为1

3.两边的seq无关，是乙方数据的序号，ack和对方的seq有关

4.ack是针对对方发送数据序号的确认，x + 1表示期待收到对方发送序号x + 1的数据

5.第二次握手服务器分配缓存和变量，第三次握手客户端分配缓存和变量

2.4.TCP的连接释放

1.第一次握手：不会携带数据，专门用于通知对方要断开连接，即FIN = 1；ACK = 1，仍处于连接建立阶段；客户端侧关闭连接

2.第二次握手：表示对第一次握手的确认ACK = 1；不管带不带数据，都会消耗一个序号，因此，ack也要相应 + 1

3.第三次握手：发送剩余数据；第二次握手可能携带数据，因此seq可能会比第二次握手增加很多；ACK = 1；ack同第二次握手，因为第二次握手和第三次握手间客户并没有发送数据；FIN = 1，主动断开连接，服务器侧断开连接

4.第四次握手：ACK = 1表示收到第三次握手；seq为第一次握手 + 1；ack表示期待收到服务器的下一个数据号（虽然收不到了）；不会立即关闭连接

5.FIN只有在第一次握手和第三次握手出现，且为1

6.ACK连接建立后都需要置为1，即除连接建立的第一次握手外，所有数据都要置为1

2.5.慢开始和拥塞部分、快重传和快恢复

1.发送窗口 = min{拥塞窗口，接收窗口}：可能出现接收窗口在不断减小（接收窗口由一组数据缓存区组成，可能接收数据后放入该缓存区中并不往上交付，则就会一直占用该缓存区，进而接收窗口越来越小），而拥塞窗口不变或者变大

2.拥塞窗口初始值为1表示的是1个报文段

3.TCP 采用累积确认：接收方按序接受，如果没能按序收到某一帧，则一直返回该帧的ack

4.发送方在收到接收方返回的确认后，拥塞窗口+1：拥塞窗口取决于收到确认段的个数

①1RTT：cwnd = 1（初始时为1）；发1个；确认1个

②2RTT：cwnd = 1 + 1 = 2（收到1RTT的确认时 + 1）；发2个（在1个RTT内几乎同时发送）；确认2个（在1个RTT内几乎同时收到）

③3RTT：cwnd = 2 + 2 = 4（收到两个确认，即+ 1 + 1）；发4个；确认4个

④4RTT：cwnd = 4 + 4 = 8；发8个；确认8个

⑤5RTT：cnwd = 8 + 8 = 16；发16个；确认16个

⑥6RTT：cnwd = 16 + 1 = 17（到达门限值，指数增加改为线性增加，5RTT发完后改变，即5RTT结束后，6RTT开始前）；发17个，确认17个

（1）理想情况下，每收到一个确认，下一个RTT的cwnd + 1

（2）在cnwd = 24时，发送方发送了24个，但是只收到了接收方返回的20个（可以是其他任意小于24的个数），即判定发生拥塞，更改cwnd为1

5.接收窗口和TCP建立结合：

①1RTT：第一次握手和第二次握手

②2RTT：第三次握手并且携带数据，从此时开始计算

①发生超时：表明使用的是慢开始和拥塞避免

②以1KB的最大段长发送TCP段：MSS = 1KB

③拥塞窗口 = 16KB发生超时，随即拥塞窗口变为1，改变是即时的，不需要等待一个RTT；门限值变为超时拥塞窗口的一半，即8；

④1（未到达门限值，指数增大）→2→4→8（到达门限值，线性增大）→9→C

该题没有强调接收缓存，故视为接收方每次收到数据后直接向上交付

①发送窗口 = min{拥塞窗口，接收窗口}，故拥塞窗口增长到10之前，发送窗口随拥塞窗口的改变而改变；拥塞窗口增长到10+时，发送窗口受到接收窗口的限制一直为10

②若设接收窗口大小足够，则10个RTT后，发送窗口大小为12

①4个RTT内，总共发送的数据为1 + 2 + 4 + 8 = 15KB

②接受的数据全部存入缓存，不被取走：4RTT时，接受窗口大小为16 - 15 = 1KB

③发送窗口 = min{拥塞窗口，接收窗口} = 1

3.应用层

3.1.DNS查询方式

408计算机网络学习笔记——应用层_江南江南江南丶的博客-CSDN博客_计算机网络应用层笔记

差别主要在于是本地域名服务器自己查询，还是根域名服务器、顶级域名服务器和权限域名服务器帮它查询

3.2.FTP

①需要可靠连接，故继续TCP（邮件相关协议也是TCP）

②TCP控制连接端口号21，TCP数据连接端口号20，它们俩可以同时存在，故需要通过端口区分

3.3.电子邮件

 1.邮件服务器是中间人，既可以为发件人发送邮件，也可以为收件人读取邮件；每个邮件服务器既可以作为发送方邮件服务器，也可以作为接收方邮件服务器

2.POP3和IMAP为收邮件协议

3.基于TCP

3.4.HTTP

3.4.1.HTTP建立过程

1.基于TCP

2.发送HTTP请求报文之前，就必须建立TCP连接

3.访问过程

①DNS

②ARP

③TCP建立（三次握手）

④HTTP

⑤TCP释放（四次握手）

3.4.2.HTTP连接方式

3.4.3.HTTP报文结构 

3.5.常用端口号 

FTP、SMTP、DNS、HTTP

4.真题

（1）①SYN = 1：SYN在第一次握手和第二次握手时为1

②ACK = 1：除第一次握手外的所有TCP报文段的ACK都为1

③ack  = 101：H3第一次握手时的序号为100，表示下一次期望收到H3序号101的数据

（2）①假定TCP连接建立完成后：即不需要考虑TCP建立连接的三次握手

②S为新建的TCP连接分配了20KB的接收缓存：接收窗口初始值为20

③TCP接收缓存仅有数据存入而无数据取出：接收方收到数据后不向上交付，一直占用接收窗口

④H3收到的第8个确认段所通告的接收窗口：每个确认段表示发送方发送1个数据，并且接收方正确接受该数据，同时接收窗口 - 1；收到8个表示接收缓存中正确收到了8个数据，即接收窗口 = 20 - 8 = 12

⑤H3的拥塞窗口：拥塞窗口初始值为1；发送方每收到一个确认段，拥塞窗口 + 1，即拥塞窗口的增加取决于收到了多少个确认；拥塞窗口 = 1 + 8 = 9

⑥H3的发送窗口：发送窗口 = min{接收窗口，拥塞窗口} = 9

（3）①H3发送窗口 = 0：表示接收缓存被占满，接收窗口 = 0→收到20KB的数据

②序号以B为单位：20KB的数据消耗20 * 1024个序号

③20 * 1024 + 100（第一次握手的序号）+ 1（下一个数据序号） 

④平均数据传输速率：共需要5个RTT传输20KB

A.1RTT = 1KB；总1KB

B.2RTT = 2KB；总1 + 2 = 3KB

C.RTT = 4KB；总3 + 4 = 7KB

D.4RTT = 8KB；总7 + 8 = 15KB

E.5RTT = 5KB；总15 + 5 = 20KB

20KB / 5RTT * 200ms

（4）第二次握手和第三次握手在没有数据需要发送时，可以几乎并行，延迟极小，故计算时候可以省略（但四次握手必须走完，即都必须存在）；第一次握手 + 第二次握手 + 第四次握手，每次握手0.5个RTT，共1.5个RTT

（1）①最大范围：子网为111.123.15.0/24，其中已经分配了111.123.15.1（0000 0001），111.123.15.2（0000 0010），111.123.15.3（0000 0011），111.123.15.4（0000 0100）；再加上111.123.15.255（1111 1111）作为广播地址不能分配，故最大范围为111.123.15.5（0000 0101） - 111.123.15.254（1111 1110）

②源IP地址为0.0.0.0；目的IP地址为255.255.255.255

（2）①ARP表为空，需要通过广播ARP请求分组获得默认路由的地址，目的地址即为广播地址，FF-FF-FF-FF-FF-FF

②访问INTERNET需要经过默认路由的帮助，故目的地址为路由器的MAC地址，即00-a1-a1-a1-a1-a1

（3）①主机1和WWW服务器在同一网段内，能够访问需要在同一网络内，即网络号需要相同，而子网号为前24位，两者都是111.123.15，网络号相同，故主机1可以访问WWW服务器

②主机1和INTERNET不在同一网段内，需要借助默认网关的帮助下进行访问，即正确配置默认网关地址：主机1设置的默认网关地址为DHCP服务器的IP地址，而DHCP服务器并不是主机1的默认路由，故主机1无法访问INTERNET

（1）①由H发送，即IP数据报的源地址为H的IP地址（192.168.0.8转化为16进制为c8 a8 00 08）

②TCP连接的建立过程需要三次握手：通过SYN = 1找到前两次握手，通过发送方的seq找到第三次握手（第一次握手的seq + 1）

③MAC帧在以太网上传输过程中，最小帧长为64B，其中包括MAC头部和尾部18B和MAC数据部分；而MAC数据部分就是IP数据报的总长度，由IP首部、TCP首部和应用层数据构成；查看IP数据报的总长度字段的大小，其大小即是IP数据报的长度

（2）①123分别为建立TCP连接三次握手的过程，12不携带数据，3携带数据

③3的seq = 84 6b 41 c6，根据源IP地址和目的IP地址可知，4为H发送给S的数据，不考虑；5为S发送给H的数据，ack = 84 6b 41 d6，表示期望收到该帧，即正确收到了 c6 - d5

（3）①属于同一分组的不同分片标识位一样，5和该分组的标识位都为68 11，故属于同一分组

②每经过一个路由器TTL - 1，故两者的TTL相减可得经过的路由器数

（1）①找到源IP地址在前80B的位置，之后的4B就是目的地址（寻找有前后关系的部分） / 从MAC帧14B控制信息后，开始一个一个帧对应寻找目的地址

②该主机的默认路由是路由器R，其MAC地址为00-21-27-21-51-ee

（2）①通过ARP协议

②ARP请求报文是以广播形式发送，故目的地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF

（3）①非流水线：每收到一个响应才会发送请求

②1RTT：获得页面；5RTT：5个图像；故需要6个RTT

（4）①经过路由器，则TTL - 1

②主机为私有地址，故需要转换源IP地址为公有IP地址

③IP数据报首部发生变化，则首部校验和需要改变

（1）需要配置NAT转换表

外网：IP地址为203.10.2.2/30，端口号为80（HTTP）

内网：IP地址为192.168.1.2，端口号为80（HTTP）

（2）①源地址（H2自己的内网IP地址）：192.168.1.2

目的地址（WEB的外网地址，即WEB默认路由R2的IP地址）：203.10.2.2

②源地址（R3将H2的内网IP地址转换为自己的公网地址）：203.10.2.6

目的地址（不变）：203.10.2.2

③源地址（不变）：203.10.2.6

目的地址（WEB的内网地址）：192.168.1.2