浅谈计算机网络

文章目录

• 浅谈计算机网络
• • 1、OSI七层模型、TCP/IP四层结构、五层协议结构？
  • 2、TCP和UDP的区别？基于TCP、UDP的协议有哪些？
  • 3、面向连接与面向非连接区别？
  • 4、TCP协议如何保证可靠传输？
  • 5、TCP如何实现拥塞控制？
  • 6、TCP的三次握手和四次挥手
  • 7、如果已经建立连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

1、OSI七层模型、TCP/IP四层结构、五层协议结构？

OSI七层模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

TCP/IP四层结构：网络接口层、网际层、运输层、应用层

五层协议：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层

对应的层	作用	对应的网络协议/硬件
物理层	提供数据传输的硬件保证，网卡接口，传输介质	中继器、集线器、网关、光纤
数据链路层	数据交换，传输的数据转换为二进制形式	网卡、网桥、交换机
网络层	路由选择，网络互联	IP、ICMP
传输层	用于端到端的可靠数据传输	TCP、UDP
会话层	用于建立用户级的连接，选择适当的传输服务	SQL、RPC
表示层	用于对数据的压缩、加密	JPEG、MPEG、ASII
应用层	提供用户服务，具体功能由应用程序实现	HTTP、SMTP、DNS

2、TCP和UDP的区别？基于TCP、UDP的协议有哪些？

TCP提供面向连接的、可靠的数据流传输，而UDP提供的是无连接的、不可靠的数据流传输。

TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。

TCP的传输单位称为TCP报文段，UDP传输单位称为用户数据报。

TCP注重数据安全性，UDP数据传输快，因为不需要连接等待，少了很多操作，但是其安全性却一般。

基于TCP的协议

• HTTP:Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。
• SMTP:邮件传送协议，用于发送邮件。服务器开放的是25端口。
• FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。

基于UDP的协议：

• DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址。DNS用的是53号端口。

TCP：当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议会使用到。

UDP：当强调传输性能而不是传输的完整性时，要求网络通通讯速度能尽量的快：如QQ语音，QQ视频等。

3、面向连接与面向非连接区别？

面向连接的服务，通信双方在进行通讯之前，要先在双方建立起一个完整的可以彼此沟通的通道，在通信过程中，整个连接的情况一直可以被实时地监控和管理。

非面向连接的服务，不需要预先建立一个联络两个通信节点的连接，需要通信的时候，发送节点就可以往网络上发送信息，让信息自主地在网络上去传，一般在传输地过程中不再加以监控。

4、TCP协议如何保证可靠传输？

• 对应用数据进行分割：将应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。
• 对数据包进行编号：TCP给要发送的每一个数据包进行编号，接受方按照编号对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
• 校验和：这是一个端到端的检验，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果接受端校验有差错，说明数据在传输过程中出了问题，接收端将丢弃不再接受该数据。
• 流量控制：TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接受端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP使用的是流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。（TCP利用滑动窗口实现流量控制）
• 拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据发送。防止过多的数据注入到网络中，避免传输链路过载。
• ARQ协议：该协议也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是没发完一个分组就停止发送，等到对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
• 超时重传：当TCP发出一个报文段后，它启动一个定时器，等待接收端确认收到这个报文段，如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

滑动窗口实现流量控制： 流量控制是为了控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收。

接受方发送的确认报文中的窗口字段可以用来控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为0，则发送方不能发送数据。

5、TCP如何实现拥塞控制？

为了进行拥塞控制，TCP发送方要维持一个拥塞窗口(cwnd)的状态变量。拥塞控制窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收窗口中较小的一个。

TCP的拥塞控制采用了四种算法，满开始、拥塞避免、快重传和快恢复

• 满开始：满开始算法的思路是当主机开始发送数据时，如果立即把大量数据字节注入到网络，那么可能会引起网络阻塞，因为现在还不知道网络的符合情况。经验表明，较好的方法是先检测一下，即由小到大逐渐增大发送窗口，也就是由小到大逐渐增大拥塞窗口数值，cwnd初始值为1，每经过一个传播轮次，cwnd加倍。
• 拥塞避免：拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd缓慢增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送放的cwnd加1；
• 快重传与快恢复： 在 TCP/IP 中，快速重传和恢复（fast retransmit and recovery，FRR）是一种拥塞控制算法，它能快速恢复丢失的数据包。没有 FRR，如果数据包丢失了，TCP 将会使用定时器来要求传输暂停。在暂停的这段时间内，没有新的或复制的数据包被发送。有了 FRR，如果接收机接收到一个不按顺序的数据段，它会立即给发送机发送一个重复确认。如果发送机接收到三个重复确认，它会假定确认件指出的数据段丢失了，并立即重传这些丢失的数据段。有了 FRR，就不会因为重传时要求的暂停被耽误。 　当有单独的数据包丢失时，快速重传和恢复（FRR）能最有效地工作。当有多个数据信息包在某一段很短的时间内丢失时，它则不能很有效地工作。

6、TCP的三次握手和四次挥手

• 为了准确无误的把消息发送目标地，TCP协议采用了三次握手策略。
• 建立一次TCP连接需要”三次握手“。

为什么要进行三次握手？

1. 第一次握手，为了让服务端认为客户端发送消息能力正常，服务端认为服务端接收能力正常。
2. 第二次握手，为了让客户端认为服务器端接收和发送能力正常，客户端认为客户端发送和接收能力正常。
3. 第三次握手,为了让服务器确认自己发送和接受能力正常，同时服务端也知道客户端发送和接收数据正常。

三次握手的具体过程

几个状态

• SYN表示建立连接
• FIN表示关闭连接
• ACK表示响应
• PSH表示有数据传输
• RST表示连接重置

1. 开始客户端处于closed状态，服务端处于listen状态。
2. 第一次握手：客户端给服务端发一个SYN报文，并指明客户端的初始化序列号ISN©,此时客户端处于SYN_SENT状态。
3. 第二次握手：服务端收到客户端的SYN报文之后，会以自己的SYN报文作为应答，并且指明自己的ISN，同时会发送客户端ISN+1作为ACK的值，表示自己已经收到客户端的ISN，此时服务器处于SYN_RCVD的状态。
4. 第三次握手：客户端收到SYN报文之后，会发送一个ACK报文，当然，也是一样把服务器的ISN + 1作为ACK的值，表示已经收到服务端的SYN报文，此时客户端处于established状态。
5. 服务器收到ACK报文之后，也处于established状态，此时，双方以建立连接。

四次挥手的具体过程

1. 双方都处于establised状态，客户端发起关闭请求，
2. 第一次挥手：客户端发送一个FIN报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于FIN_WAIT1状态。
3. 第二次挥手：服务器收到FIN之后，会发送ACK报文，且客户端的序列号值+1作为ACK报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于CLOSE_WAIT状态。
4. 第三次挥手：如果服务器也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发出FIN报文，且指定一个序列号。此时服务端处于LAST_ACK的状态。
5. 第四次挥手：客户端收到FIN之后，发送一个ACK报文作为应答，且把服务端的序列号值 + 1作为自己ACK的序列号值，此时客户端处于TIME_WAIT状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的ACK报文之后才会CLOSE状态。
6. 服务端收到ACK报文之后，就处于关闭连接了，处于CLOSED状态。

7、如果已经建立连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户请求后就会重新复位这个计数器，时间通常是设置为2小时，若两个小时还没收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，，以后每隔75秒发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没有反应，服务器就认为客户端出故障了，接着就关闭连接。

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