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计算机网络笔记

TCP三次握手、四次挥手的理解及面试题(图解过程)

TCP 和 UDP是网络协议的传输层上的两种不同的协议。TCP的特点是面向连接的、可靠的字节流服务。客户端需要和服务器之间建立一个TCP连接,之后才能传输数据。数据到达之前对方就一直在等待,除非对方直接关闭连接,数据有序,先发先到。UDP是一种无连接、不可靠的数据发送协议。发送方根据对方的ip地址发送数据包,但是不保证接收发接包的质量,数据无序还容易丢包。虽然UDP协议不稳定但是在即时通讯(QQ聊天、在线视频、网络语音电话)的场景下,可以允许偶尔的断续,但是这种协议速度快。

TCP、UDP的报文结构

详细引用

UDP的报文结构

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TCP的报文结构

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TCP协议三次握手、四次挥手、超时重传

通过抓包观察TCP三次握手具体报文

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三次握手是指建立TCP连接协议时,需要在客户端和服务器之间发送三个包,握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。

第一次握手:客户端发送第一个包,其中SYN标志位为1, ACK=0,发送顺序号sequence=X(随机int)。客户端进入SYN发送状态,等待服务器确认。

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第二次握手:服务器收到这个包后发送第二个包,其中包SYN、ACK标志位为1,发送顺序号seq=Y(随机int),接收顺序号ACK=X+1,此时服务器进入SYN接收状态。

第三次握手:客户端收到服务器传来的包后,向服务器发送第三个包,SYN=0, ACK=1,接收顺序号ACK = Y+1,发送顺序号seq=X+1。此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED建立成功状态,完成三次握手。

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四次握手是指终止TCP连接协议时,需要在客户端和服务器之间发送四个包

  1. 第一次挥手:主动关闭方发送第一个包,其中FIN标志位为1,发送顺序号seq为X。
  2. 第二次挥手:被动关闭方收到FIN包后发送第二个包,其中发送顺序号seq为Z,接收顺序号ack为X+1。
  3. 第三次挥手:被动关闭方再发送第三个包,其中FIN标志位为1,发送顺序号seq为Y,接收顺序号ack为X。
  4. 第四次挥手:主动关闭方发送第四个包,其中发送顺序号为X,接收顺序号为Y。至此,完成四次挥手。

超时重传指的是,发送数据包在一定的时间周期内没有收到相应的ACK,等待一定的时间,超时之后就认为这个数据包丢失,就会重新发送。这个等待时间被称为RTO.

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深入讨论

1、为什么建立连接协议是三次握手,而关闭连接却是四次握手呢?

建立连接时,ACK和SYN可以放在一个报文里来发送。而关闭连接时,被动关闭方可能还需要发送一些数据后,再发送FIN报文表示同意现在可以关闭连接了,所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2、为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态?

两个存在的理由:1、无法保证最后发送的ACK报文会一定被对方收到,所以需要重发可能丢失的ACK报文。2、关闭链接一段时间后可能会在相同的IP地址和端口建立新的连接,为了防止旧连接的重复分组在新连接已经终止后再现。2MSL足以让分组最多存活msl秒被丢弃。

3、为什么必须是三次握手,不能用两次握手进行连接?

​ 记住服务器的资源宝贵不能浪费! 如果在断开连接后,第一次握手请求连接的包才到会使服务器打开连接,占用资源而且容易被恶意攻击!防止攻击的方法,缩短服务器等待时间。两次握手容易死锁。如果服务器的应答分组在传输中丢失,将不知道S建立什么样的序列号,C认为连接还未建立成功,将忽略S发来的任何数据分组,只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后,重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

TCP/IP五层模型和OSI网络七层协议

TCP/IP五层模型 应用层: 提供给客户端访问服务器网络服务的接口 。常用协议:HTTP、SMTP、FTP、ping、telnet、DNS、DHCP等

HTTP协议(超文本传输协议) 详见本篇博客

传输层:数据传输协议TCP 或 UDP

网络层 : 负责对数据包进行路由选择和存储转发,负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时,网络层把运输层产生的报文段和用户数据报封装成分组(IP数据报)或包进行传送。

IP协议:逐跳发送模式;根据数据包的目的地IP地址决定数据如何发送;如果数据包不能直接发送至目的地,IP协议负责寻找一个合适的下一跳路由器,并将数据包交付给该路由器转发

ICMP协议:因特网控制报文协议,用于检测网络连接

数据链路层: 负责分配MAC地址常用协议:地址解析协议(ARP)和反地址解析协议(RARP),实现IP地址与机器物理地址(MAC地址)之间的转换两个相邻节点之间传送数据时,数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧,在两个相邻的链路上传送帧(frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息。网卡接口的网络驱动程序,处理数据在物理媒介上的传输;不同的物理网络具有电气特性,网络驱动程序隐藏实现细节,为上层协议提供一致接口

**物理层:**所传数据单位是比特(bit)。物理层要考虑用多大的电压代表1 或 0 ,以及接受方如何识别发送方所发送的比特。

各网络层对应的工作设备: 物理层:中继器、集线器 数据链路层:网桥或交换机 网络层中继系统:路由器 网络层以上的中继系统:网关