OSI模型和TCP/IP模型

OSI模型为七层：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模型根据业务场景将其分为五层或者四层：物理层和数据链路层合并为网络接口层，网络层、传输层、顶端三层合并为应用层。

下面主要以TCP/IP模型来介绍：

应用层：应用程序自定义的协议，比如http协议，ftp协议等，

传输层：TCP/UDP协议，封装为数据段，段头包含源端口和目标端口，端口在本机唯一即可，用来区分一台机器上的不同服务

网络层：IP协议，再次封装为数据包，包头放源IP地址和目标IP地址。规定通过IP地址(网络地址+主机地址)和子网掩码划分局域网。不在同一局域网内的主机必须通过IP地址找到目标主机，在局域网内则通过mac地址找到目标主机。

数据链路层：Ethernet(以太网)协议，要求有网卡，规定一组电信号构成一个数据包，叫做”帧”。一帧包含head（18字节）和data两部分。head部分包含发送者mac地址、接收者mac地址，数据类型三部分。

物理层： 把二进制数据转换为电信号(比特位)

​

各层协议

ARP协议

ARP协议在网络层工作，用于在一个局域网内通过ip地址获取目标mac。

在局域网内是通过mac地址进行通信的，所以在局域网内发送数据包之前，必须先获取目标主机的mac地址。然后是数据链路层通过mac地址通信。

ARP协议的原理是在局域网内广播一个数据包，局域网内的所有主机都可以收到数据包，通过验证数据包中携带的IP地址，来判断自己是不是接收者，若是，则回复自己的mac地址。

情况一：同一局域网内的两台主机通信
    计算机1
    192.168.10.11/24
    计算机2
    192.168.10.13/24	

1、拿到目标mac地址
    ARP协议：
        判断两台计算机的子网地址是否一样，如果一样，应该尝试获取计算机2的mac地址
        
    I：计算机1的mac地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF 192.168.10.11/24  192.168.10.13/24  数据部分
        
    II：所有计算机都收到该ARP包，
        碰到 FF-FF-FF-FF-FF-FF，大家知道对方想跟自己要mac地址
        如果目标ip：192.168.10.13/24就是自己，那么就返回mac地址
        
2、发真正的数据
    计算机1的mac地址  计算机2的mac地址 192.168.10.11/24 192.168.10.13/24 数据部分


情况二：跨局域网的两台主机通信
    计算机1
    192.168.10.11/24
    计算机2
    202.10.11.13/24
    
1、拿到目标mac地址
    ARP协议：
        判断两台计算机的子网地址如果不一样，应该尝试获取网关的mac地址
    
    I：计算机1的mac地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF 192.168.10.11/24  192.168.10.1/24  数据部分
        
    II：所有计算机都收到该ARP包，
        碰到 FF-FF-FF-FF-FF-FF，大家知道对方想跟自己要mac地址
        如果目标ip：192.168.10.1/24就是自己，那么就返回mac地址
        
2、发真正的数据
    计算机1的mac地址  网关的mac地址 192.168.10.11/24 202.10.11.13/24 数据部分

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TCP协议

TCP连接经过三次握手，断开经过四次挥手。初始阶段服务器处于LISTEN状态(监听状态)。

三次握手

• 第一次握手

  客户端向服务器发送连接请求，数据包内容：syn=1，seq=x。x代表一个序列。客户端进入SYN_SENT状态。

• 第二次握手

  服务器向客户端回复同意连接，数据包内容：ack=1，syn=1，seq=x+1。服务端进入SYN_RCVD状态(半连接状态)。

• 第三次握手

  客户端收到服务器发送的同意建立连接的数据包之后，进入ESTABLISHED状态，并向服务器确认建立连接。数据包内容：ack=1，seq=x+2。服务器收到这个数据包之后也进入ESTABLISHED状态。

四次挥手

• 第一次挥手

  客户端向服务器发送断开连接请求，数据包内容：fin=1。表示客户端完成了数据传输，客户端进入FIN_WAIT_1状态。

• 第二次挥手

  服务器收到客户端断开连接的请求，发送数据包：ack=1。表示同意断开连接。此时服务器处于CLOSE_WAIT状态。

• 第三次挥手

  等服务器也传输完数据之后，向客户端发送数据包：fin=1。此时服务器进入LAST_ACK状态。

• 第四次挥手

  客户端收到服务器的最后的确认断开请求之后，处于TIME_WAIT状态，向服务器发送数据包：ack=1，表示确认断开。服务器收到数据包之后，正式断开连接。

backlog半连接池

半连接池是存在与服务端的一个缓存空间，所有来自客户端的建立连接的初次请求都会存放到半连接池中，服务端从半连接池中获取客户端的请求，然后发送确认连接的数据包。半连接池的空间大小很重要，更大的空间能够抵御洪水SYN攻击，洪水SYN攻击即是第三方模拟大量的客户端发送请求的场景，从而撑满服务端的半连接池，服务端向这些模拟客户端发送确认请求的数据包，模拟客户端并不会给予回应。导致正常的客户端请求无法进入半连接池，显示无法访问。

TCP协议会为什么称为可靠的协议

• 序列号和确认机制

  TCP协议为每个发送数据标上seq序列号，并且要求接收方收到数据之后回复ack数据包，保证数据的正确传输和接收。

• 重传机制

  TCP在发送数据之后，并不会立即将数据删除，而是将数据在本地保存为一个副本。如果没有收到接收方的回复包，会重新传输数据包，直到接收方确认收到。缺点是会占用本地的空间。

• 拥塞控制和流量控制

  • 慢启动：根据网络的拥塞程度，由小增大，动态调整发送方的拥塞窗口（cwnd）。
  • 拥塞避免：每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍。
  • 快重传：当发送方连续收到三个重复确认时，就立即重传对方尚未收到的报文段，而不必等待重传计时器到期。
  • 快恢复：数据重传之后，并不会进入慢开始状态，而是将拥塞窗口设置为慢开始门限加三个报文段大小。

DHCP

想实现网络通信，每台主机需具备四要素

• 本机的IP地址
• 子网掩码
• 网关的IP地址
• DNS的IP地址

DHCP 动态主机配置协议

局域网内的客户机可以通过dhcp自动获取上述内容。

客户机发出的数据包

最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。

最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。

这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。

接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。

DHCP服务器回复的数据包

新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数

DNS

域名解析服务，将域名解析为IP地址。

DNS的查找顺序：

浏览器缓存-》操作系统缓存-》本地hosts文件-》本地dns服务-》递归or迭代查询

Linux的hosts文件位置：/etc/hosts

查看网络状态

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7

netstat -tunalp				# 显示当前系统上所有活动的网络连接、监听端口以及与之相关的进程信息
-t：显示TCP连接。
-u：显示UDP连接。
-n：以数值形式显示IP地址和端口号。
-a：显示所有的连接和监听端口。
-l：仅显示监听端口。
-p：显示与进程相关的信息。

1

lsof -i ：[端口号]			# 查看指定端口的占用情况

1

route -n					# 查看网关信息

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ping [目标IP地址]  					# ctrl+c结束 测试是否两台主机网络是否通
ping -c [次数] [目标IP地址]			# 设置ping的次数
 
# 在自己的机器上执行，则禁用别人ping自己
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all