一、应用层

•   协议：
  基于下三层写出的应用逻辑；
• HTTP协议：
  超文本传输协议；（请求响应式 ）

 

二、传输层：（协议都不可变）

      五元组织：源IP、源端口号、目的IP、目的端口号、协议号

• 端口号：（标识一台主机）
  一个进程可以绑定多个端口号；
  一个端口号只能绑定一个进程；
• UDP协议：（面向数据报，即无连接，易实现，但传输可靠性差）

                    

• TCP协议：（标准长度为20，面向连接，具有可靠性）

       TCP面向连接：

           三次握手，四次挥手；
       连接过程中，主动断开连接的一方必须进入TIME_WAIT 状态（无法立即重启）：
确保双方连接安全释放；
减少网络延迟报文双向消散；       等待时间：小于等于2*MSL；（MSL 最大单向报文发送时间）   

        TCP保证可靠性：
1、确认应答机制：
最新报文永远没有应答；
能够收到最后一条应答，就能保证最后一次应答之前的所有报文的可靠性都可以保证

         2、数据按序到达：（32位序列）保证报文按序到达；
3、超时重传+去重机制：引入32位序列及32位确认序列，保证所有报文全部到达，若缺少就重传，序号多出就去重；
4、流量控制：16位窗口大小（自己接收缓冲区剩余的大小）
过慢，影响性能；过快，导致丢包。

       TCP提高性能效率：
1、滑动窗口：自己发送程序的发送缓冲区；
窗口之前：已发送数据并得到应答；窗口之内：可以同时发送的数据；窗口之后：待发送区域；
2、快重传：在收到3个以上的ACK信息时，重发后ACK确认最后一个；
3、延迟应答；
4、捎带应答；
5、拥塞控制：（引入慢启动：按指数增长）
网络拥塞：大量数据拥塞在网络中，导致主机发送的数据源大量丢包；（解决的问题）
慢启动阈值：超过阈值之前指数增长，超过阈值之后线性增长；经过一次拥塞之后，慢启动阈值变为前一次拥塞值                    的一 半。

 三、网络层
IP协议

   组装数据包：

   16位标识(id): 唯⼀一的标识主机发送的报⽂文. 如果IP报⽂文在数据链路层被分⽚片了, 那么每⼀一个⽚片⾥里⾯面 的这个id都是相同的.
  3位标志字段: 第⼀一位保留(保留的意思是现在不⽤用, 但是还没想好说不定以后要⽤用到). 第⼆二位置为1 表⽰示禁⽌止分⽚片, 这时候如果报⽂文⻓长度超过MTU, IP模块就会丢弃报⽂文. 第三位表⽰示"更多分⽚片", 如果分 ⽚片了的话, 最后⼀一个分⽚片置为1, 其他是0. 类似于⼀一个结束标记.
13位分⽚片偏移(framegament offset): 是分⽚片相对于原始IP报⽂文开始处的偏移. 其实就是在表⽰示当前 分⽚片在原报⽂文中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的. 因此, 除了最后⼀一个报⽂文之 外, 其他报⽂文的⻓长度必须是8的整数倍(否则报⽂文就不连续了).       

MTU  （数据链路层）限制：
相当于法快递时对尺寸的限制；以太网帧中的数据长度规定最小46字节，最大1500字节。
（不同网络类型有不同的MTU）
数据包长度大于拨号链路的MTU时，需要对数据包进行分片；

IP 地址分为：网络号、主机号
网络号：保证互相连接的两个网段具有不同的标识；
主机号：同一网段中，主机之间具有相同的网络号，但必须有不同的主机号；
DHCP技术：⾃动的给⼦⽹内新增主机节点分配IP地址, 避免了手动管理IP的不便.
实际网络架设中, 不会存在⼀个⼦网内有这么多的情况. 因此⼤大量的IP地址都被浪费掉了. 
CIDR技术：引入一个额外的⼦网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号; 
⼦⽹网掩码也是一个32位的正整数. 通常⽤用⼀一串 "0" 来结尾;
将IP地址和⼦网掩码进⾏行 "按位与" 操作, 得到的结果就是网络号;
网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类⽆无关;
提⾼了利用率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加。

   IP地址与⼦网掩码做与运算可以得到网络号, 主机号从全0到全1就是⼦网的地址范围;
IP地址和⼦网掩码还有一种更简洁的表⽰示⽅方法,例如140.252.20.68/24,表⽰示IP地址为140.252.20.68, ⼦网掩码的高24位是     1,也就是255.255.255.0
特殊IP地址：
将IP地址中的主机地址全部设为0, 就成为网络号, 代表这个局域网;
将IP地址中的主机地址全部设为1, 就成为了⼲⼴广播地址, ⽤用于给同⼀一个链路中相互连接的所有主机发 送数据包;
127.*的IP地址⽤用于本机环回(loop back)测试,通常是127.0.0.1 。
IP地址的数量限制：
CIDR在⼀一定程度上缓解了IP地址不够⽤用的问题(, 仍然不是很够⽤用. 这时候有三种⽅方式来解决:         
动态分配IP地址: 只给接⼊网络的设备分配IP地址. 因此同一个MAC地址的设备, 每次接⼊入互联网中,IP地址的数量限制
得到的IP地址不⼀一定是相同的；
IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6⽤用16字节128位 来表⽰示⼀一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及;
      NAT技术：能够将私有IP对外通信时转为全局IP. 也就是就是⼀种将私有IP和全局IP相互转化的技术⽅法:
请求信息向外传输时，不停替换源代码；
响应信息往回传输时，需要借助NAT交换机+NAT转换表；（NAT交换机主要负责替换主机号，维护主机与外                            网之 间的映射关系）
缺点：
⽆无法从NAT外部向内部服务器建⽴立连接;
装换表的⽣生成和销毁都需要额外开销;
通信过程中⼀旦NAT设备异常, 即使存在热备, 所有的TCP连接也都会断开; 

私有IP地址和公网IP地址：
私有IP地址：不同局域网内可能出现同一个IP地址；
公网IP地址：一个IP地址标识一台主机，不能重复；
路由：转发分组实现网络互连，并连接两个IP子网。还是指分组从源端到目的端时路径的进程。        
[唐僧问路例⼦子1] ——理解路由功能
路由的过程, 就是这样跳⼀跳(Hop by Hop) "问路" 的过程. 所谓 "⼀一跳" 就是数据链路层中的⼀一个区间. 具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间。
当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP; 路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器; 依次反复, 一直到达目标IP地址; 
[唐僧问路例⼦子2]——深刻体会路由如何明确下一跳
路由表可以使⽤用route命令查看 如果目的IP命中了路由表, 就直接转发即可; 路由表中的最后一行,主要由下⼀跳地址和发送接口两部分组成,当目的地址与路由表中其它⾏行都不 匹配时,就按缺省路由条目规定的接⼝发送到下一跳地址。 

四、数据链路层：用于两个设备(同⼀一种数据链路节点)之间进行传递.
以太网帧格式：

认识MAC地址：
 MAC地址⽤用来识别数据链路层中相连的节点; ⻓长度为48位, 及6个字节. ⼀般⽤用16进制数字加上冒号的形式来表⽰示(例如: 08:00:27:03:fb:19) 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯⼀的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地 址, 可能会冲突; 也有些网卡⽀支持⽤用户配置mac地址)。
IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点;
MAC地址描述的是路途上的每⼀一个区间的起点和终点;
MTU与IP地址：
   将较⼤大的IP包分成多个⼩小包, 并给每个⼩小包打上标签;
每个⼩小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的;
每个⼩小包的IP协议头的3位标志字段中, 第2位置为0, 表⽰示允许分⽚片, 第3位来表⽰示结束标记(当前是是最后一个小包, 是的话置为1, 否则置为0);
到达对端时再将这些⼩小包, 会按顺序重组, 拼装到⼀一起返回给传输层;
一旦这些⼩小包中任意一个⼩小包丢失, 接收端的重组就会失败. 但是IP层不会负责重新传输数据;
MTU与UDP协议：
一旦UDP携带的数据超过1472(1500 - 20(IP⾸首部) - 8(UDP⾸首部)), 那么就会在网络层分成多个IP数 据报. 这多个IP数据报有任意⼀个丢失, 都会引起接收端网络层重组失败. 那么这就意味着, 如果UDP数据 报在网络层被分⽚片, 整个数据被丢失的概率就大大增加了.
MTU与TCP协议：
TCP的⼀个数据报也不能无限⼤, 还是受制于MTU. TCP的单个数据报的最⼤消息⻓度, 称为 MSS(Max Segment Size);
TCP在建立连接的过程中, 通信双方会进行MSS协商. 最理想的情况下, MSS的值正好是在IP不会被分⽚处理的最大长度(这个⻓度仍然是受制于数据链路层的MTU). 双⽅在发送SYN的时候会在TCP头部写入⾃己能⽀持的MSS值. 然后双方得知对方的MSS值之后, 选择较小的作为最终MSS. MSS的值就是在TCP⾸首部的40字节变⻓选项中(kind=2); 
ARP协议：建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系. 

        源主机发出ARP请求,询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”, 并将这个请求⼲广播到本地网段(以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播);
目的主机接收到广播的ARP请求,发现其中的IP地址与本机相符,则发送一个ARP应答数据包给源主机,将⾃自⼰己的硬件地址填写在应答包中;
每台主机都维护一个ARP缓存表,可以⽤用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间(一般为20分钟),如果20分钟内没有再次使用某个表项,则该表项失效,下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬 件地址；