计算机网络参考模型

1ISO/OSI 网络七层参考模型

 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

2TCP/IP 四层模型和五层模型

四层:网络接口层、网络层、传输层、应用层

五层:物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层

3、五层模型和所对应的网络设备

应用层——计算机  

传输层——防火墙

网络层——路由器

数据链路层——交换机

物理层——网卡

4、五层模型和所对应的PDU

应用层——原始数据 

传输层——数据段

网络层——数据包

数据链路层——数据帧

物理层——比特流

5、五层模型和所对应的协议

应用层:HTTP/FTP/TFTP/DNS/SMTP/SNMP

传输层:TCP/UDP

网络层:ICMP/IGMP/IP/ARP/RARP

数据链路层:由底层网络定义的协议

物理层:由底层网络定义的协议

6、数据封装和解封装

数据封装(Data Encapsulation),笼统地讲,就是把业务数据映射到某个封装协议的净荷中,然后填充对应协议的包头,形成封装协议的数据包,并完成速率适配。   

    在OSI参考模型(7层)中,当一台主机需要传送用户的数据(DATA)时,数据首先通过应用层的接口进入应用层。在应用层,用户的数据被 加上应用层的报头(Application Header,AH),形成应用层协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU),然后被递交到下一层-表示层。表示层并不"关心"上层-应用层的数据格式而是把整个应用层递交的数据包看成是一个整体(应用层数据)进行封装,即加上表示层的报头(Presentation Header,PH)。然后,递交到下层-会话层。同样,会话层、传输层、网络层(假设用tcp传输,则是TCP数据+ip包头)、数据链路层(把上一层的TCP数据+ip包头统一称为帧数据,帧头+帧数据+帧尾(CRC))也都要分别给上层递交下来的数据加上自己的报头。它们是:会话层报头(Session Header,SH)、传输层报头(Transport Header,TH)、网络层报头(Network Header,NH)和数据链路层报头(Data link Header,DH)。其中,数据链路层还要给网络层递交的数据加上数据链路层报尾(Data link Termination,DT)形成最终的一帧数据。当一帧数据通过物理层传送到目标主机的物理层时(物理层将数据转换成比特流在介质中传递),该主机的物理层把它递交到上层-数据链路层。数据链路层负责去掉数据帧的帧头部DH和尾部DT(同时还进行数据校验)。如果数据没有出错,则递交到上层-网络层。同样,网络层、传输层、会话层、表示层、应用层也要做类似的工作。最终,原始数据被递交到目标主机的具体应用程序中。

7、TCP协议的三次握手和四次挥手

TCP三次握手

第一次握手:建立连接时,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。

第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RCVD状态;

第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED(TCP连接成功)状态,完成三次握手。

TCP四次挥手

(1)客户端A发送一个FIN,用来关闭客户A到服务器B的数据传送

  (2)   服务器B收到这个FIN,它发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号。

  (3)   服务器B关闭与客户端A的连接,发送一个FIN给客户端A。

  (4)   客户端A发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1。

TCP采用四次挥手关闭连接如图所示为什么建立连接协议三次握手,而关闭连接却是四次握手呢?

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后,它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用,

而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时,当收到对方的FIN报文通知时,它仅仅表示对方没有数据发送给你了;

但未必你所有的数据都全部发送给对方了,所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后,

再发送FIN报文给对方来表示你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。

为什么上图中的A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL时间呢? 
第一,为了保证A发送的最后一个ACK报文能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失,因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN+ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN+ACK报文段,而A就能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段。如果A在TIME-WAIT状态不等待一段时间,而是在发送完ACK报文段后就立即释放连接,就无法收到B重传的FIN+ACK报文段,因而也不会再发送一次确认报文段。这样,B就无法按照正常的步骤进入CLOSED状态。 
第二,A在发送完ACK报文段后,再经过2MSL时间,就可以使本连接持续的时间所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求的报文段。 

什么是2MSL

MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写,中文可以译为“报文最大生存时间”,他是任何报文在网络上存在的最长时间,超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文(segment)是ip数据报(datagram)的数据部分,具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文,而ip头中有一个TTL域,TTL是time to live的缩写,中文可以译为“生存时间”,这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间,而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数,每经过一个处理他的路由器此值就减1,当此值为0则数据报将被丢弃,同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟,实际应用中常用的是30秒,1分钟和2分钟等。

    2MSL即两倍的MSL,TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态,当TCP的一端发起主动关闭,在发出最后一个ACK包后,即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态,必须在此状态上停留两倍的MSL时间,等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到,那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包,主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用,要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。

    TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系,MSL要大于等于TTL。

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