计算机网络-TCP/IP总结

OSI7层与TCP/IP4层

![总结]（/images/OSI&TCPIP.png）

TCP协议：

一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。
应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（[1] MTU）的限制）。
之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体[1] 的TCP层。
TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。
然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。
TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

连接建立与关闭

![三次握手，四次挥手及状态转移]（/images/3&4.png）

  • SYN攻击
    在三次握手过程中，服务器发送SYN-ACK之后，收到客户端的ACK之前的TCP连接称为半连接(half-open connect).此时服务器处于Syn_RECV状态.当收到ACK后，服务器转入ESTABLISHED状态.
    Syn攻击就是 攻击客户端 在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送syn包，服务器回复确认包，并等待客户的确认，由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直 至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。
    Syn攻击是一个典型的DDOS攻击。检测SYN攻击非常的方便，当你在服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击.在Linux下可以如下命令检测是否被Syn攻击
    netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV
    一般较新的TCP/IP协议栈都对这一过程进行修正来防范Syn攻击，修改tcp协议实现。主要方法有SynAttackProtect保护机制、SYN cookies技术、增加最大半连接和缩短超时时间等.
    但是不能完全防范syn攻击。

  • 可靠性

  1. 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据长度将保持不变。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段（segment）。
  2. 当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端##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。当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。TCP有延迟确认的功能，在此功能没有打开，则是立即确认。功能打开，则由定时器触发确认时间点。
  3. TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）。
  4. 既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。
  5. 既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
  6. TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。
  • 滑动窗口协议
    该协议允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组。由于发送方不必每发一个分组就停下来等待确认，因此该协议可以加速数据的传输。
    暂存两台计算机间要传送的数据分组
    对于TCP会话的发送方，任何时候在其发送缓存内的数据都可以分为4类，“已经发送并得到对端ACK的”，“已经发送但还未收到对端ACK的”，“未发送但对端允许发送的”，“未发送且对端不允许发送”。“已经发送但还未收到对端ACK的”和“未发送但对端允许发送的”这两部分数据称之为发送窗口。
    窗口
    当收到接收方新的ACK对于发送窗口中后续字节的确认是，窗口滑动，
    滑动
    对于TCP的接收方，在某一时刻在它的接收缓存内存在3种。“已接收”，“未接收准备接收”，“未接收并未准备接收”（由于ACK直接由TCP协议栈回复，默认无应用延迟，不存在“已接收未回复ACK”）。其中“未接收准备接收”称之为接收窗口。
    流程图

TCP是双工的协议，会话的双方都可以同时接收、发送数据。 TCP会话的双方都各自维护一个“发送窗口”和一个“接收窗口”。其中各自的“接收窗口”大小取决于应用、系统、硬件的限制（TCP传输速率不能大于应用的数据处理速率）。
各自的“发送窗口”则要求取决于对端通告的“接收窗口”，要求相同。

每台运行TCP协议的计算机有两个滑动窗口：一个用于数据发送，另一个用于数据接收。发送端待发数据分组在缓冲区排队等待送出。被滑动窗口框入的分组，是可以在未收到接收确认的情况下多送出的部分。滑动窗口左端标志X的分组，是已经被接收端确认收到的分组。随着新的确认到来，窗口不断向右滑动。

  • 重传策略
    对定时器初值的设定。采用较多的算法是Jacobson于1988年提出的一种不断调整超时时间间隔的动态算法。
    其工作原理是：对每条连接TCP都保持一个变量##RTT##（Round Trip Time），用于存放当前到目的端往返所需要时间最接近的估计值。
    当发送一个数据段时，同时启动连接的定时器，如果在定时器超时前确认到达，则记录所需要的时间（M），并修正##RTT##的值，如果定时器超时前没有收到确认，则将RTT的值##增加1倍##。
    通过测量一系列的RTT（往返时间）值，TCP协议可以估算数据包重发前需要等待的时间。
    在估计该连接所需的当前延迟时通常利用一些统计学的原理和算法（如Karn算法），从而得到TCP重发之前需要等待的时间值。

  • MSS
    MSS是最大传输段大小的缩写，指一个TCP报文的数据载荷的最大长度，不包括TCP选项。
    MSS协商。连接的双方都在SYN报文中增加MSS选项，其选项值表示本端大能接收的段大小，即对端最大能发送的段大小。连接的双方取本端发送的MSS值和接收对端的MSS值的较小者作为本连接最大传输段大小。

  1. 非直连网络中：mss = 默认值[2] 536。
  2. 直连网络中：mss = 对端ip地址对应的出口的MTU - 20字节ip头 - 20字节tcp头。
  • MTU
    一般指数据链路层的最大传输单元

ICMP

Internet Control Message Protocol Internet控制报文协议
一种面向无连接的协议。 用于在IP主机、路由器之间传递控制消息（指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息,并不传输用户数据)
ICMP包有一个8字节长的包头，其中前4个字节是固定的格式，包含8位类型字段，8位代码字段和16位的校验和；后4个字节根据ICMP包的类型而取不同的值。
报文格式
Ping of Death 攻击的原理是：如果ICMP数据包的尺寸超过64KB上限时，主机就会出现内存分配错误，导致TCP/IP堆栈崩溃，致使主机死机。（操作系统已经取消了发送ICMP数据包的大小的限制，解决了这个漏洞）

UDP

User Datagram Protocol 用户数据报协议

  1. 它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。
    在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；
    在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
  2. 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
  3. UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
  4. 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
  5. UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。
  6. UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。
  • TCP - UDP对比

TCP协议中包含了专门的传递保证机制，当数据接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其它信息，否则将一直等待直到收到确认信息为止。
与TCP不同，UDP协议并不提供数据传送的保证机制。
如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失，协议本身并不能做出任何检测或提示。
因此，通常人们把UDP协议称为不可靠的传输协议。

HTTP

HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议
基于请求/响应范式的。

  • 客户端向服务器发送一个请求，请求头包含请求的方法、URL、协议版本、以及包含请求修饰符、客户信息和内容的类似于MIME的消息结构。
  • 服务器以一个状态行作为响应，响应的内容包括消息协议的版本，成功或者错误编码加上包含服务器信息、实体元信息以及可能的实体内容。

一次HTTP操作称为一个事务，其工作过程可分为四步：
首先客户机与服务器需要建立连接。只要单击某个超级链接，HTTP的工作就开始了。
建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求方式的格式为：统一资源标识符（URL）、协议版本号，后边是MIME信息包括请求修饰符、客户机信息和可能的内容。
服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是MIME信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。
客户端接收服务器所返回的信息通过浏览器显示在用户的显示屏上，然后客户机与服务器断开连接。
如果在以上过程中的某一步出现错误，那么产生错误的信息将返回到客户端，由显示屏输出。
对于用户来说，这些过程是由HTTP自己完成的，用户只要用鼠标点击，等待信息显示就可以了。

  • User-Agent头域
    User-Agent头域的内容包含发出请求的用户信息。

HTTP常见状态码

100 Continue

初始的请求已经接受，客户应当继续发送请求的其余部分
101 Switching Protocols
服务器将遵从客户的请求转换到另外一种协议

200 OK

一切正常，对GET和POST请求的应答文档跟在后面
201 Created
服务器已经创建了文档，Location头给出了它的URL。
202 Accepted
已经接受请求，但处理尚未完成。
203 Non-Authoritative Information
文档已经正常地返回，但一些应答头可能不正确，因为使用的是文档的拷贝
204 No Content
没有新文档，浏览器应该继续显示原来的文档。如果用户定期地刷新页面，而Servlet可以确定用户文档足够新，这个状态代码是很有用的
205 Reset Content
没有新的内容，但浏览器应该重置它所显示的内容。用来强制浏览器清除表单输入内容
206 Partial Content
客户发送了一个带有Range头的GET请求，服务器完成了它

300 Multiple Choices

客户请求的文档可以在多个位置找到，这些位置已经在返回的文档内列出。如果服务器要提出优先选择，则应该在Location应答头指明。
301 Moved Permanently
客户请求的文档在其他地方，新的URL在Location头中给出，浏览器应该自动地访问新的URL。
302 Found
类似于301，但新的URL应该被视为临时性的替代，而不是永久性的。
303 See Other
类似于301/302，不同之处在于，如果原来的请求是POST，Location头指定的重定向目标文档应该通过GET提取
304 Not Modified
客户端有缓冲的文档并发出了一个条件性的请求（一般是提供If-Modified-Since头表示客户只想比指定日期更新的文档）。服务器告诉客户，原来缓冲的文档还可以继续使用。
305 Use Proxy
客户请求的文档应该通过Location头所指明的代理服务器提取
307 Temporary Redirect
和302（Found）相同。许多浏览器会错误地响应302应答进行重定向，即使原来的请求是 POST，即使它实际上只能在POST请求的应答是303时才能重定向。
由于这个原因，HTTP 1.1新增了307，以便更加清除地区分几个状态代码： 当出现303应答时，浏览器可以跟随重定向的GET和POST请求；如果是307应答，则浏览器只能跟随对GET请求的重定向。

400 Bad Request

请求出现语法错误。
401 Unauthorized
客户试图未经授权访问受密码保护的页面。应答中会包含一个WWW-Authenticate头，浏览器据此显示用户名字/密码对话框，然后在填写合适的Authorization头后再次发出请求。
403 Forbidden
资源不可用。
404 Not Found
无法找到指定位置的资源
405 Method Not Allowed
请求方法（GET、POST、HEAD、Delete、PUT、TRACE等）对指定的资源不适用。
406 Not Acceptable
指定的资源已经找到，但它的MIME类型和客户在Accpet头中所指定的不兼容
407 Proxy Authentication Required
类似于401，表示客户必须先经过代理服务器的授权。
408 Request Timeout
在服务器许可的等待时间内，客户一直没有发出任何请求。客户可以在以后重复同一请求。
409 Conflict
通常和PUT请求有关。由于请求和资源的当前状态相冲突，因此请求不能成功。
410 Gone
所请求的文档已经不再可用，而且服务器不知道应该重定向到哪一个地址。
它和404的不同在于，返回410表示文档永久地离开了指定的位置，而404表示由于未知的原因文档不可用。
411 Length Required
服务器不能处理请求，除非客户发送一个Content-Length头。
412 Precondition Failed
请求头中指定的一些前提条件失败
413 Request Entity Too Large
目标文档的大小超过服务器当前愿意处理的大小。如果服务器认为自己能够稍后再处理该请求，则应该提供一个Retry-After头
414 Request URI Too Long
URI太长
416 Requested Range Not Satisfiable
服务器不能满足客户在请求中指定的Range头

500 Internal Server Error

服务器遇到了意料不到的情况，不能完成客户的请求
501 Not Implemented
服务器不支持实现请求所需要的功能。例如，客户发出了一个服务器不支持的PUT请求
502 Bad Gateway
服务器作为网关或者代理时，为了完成请求访问下一个服务器，但该服务器返回了非法的应答
503 Service Unavailable
服务器由于维护或者负载过重未能应答。例如，Servlet可能在数据库连接池已满的情况下返回503。服务器返回503时可以提供一个Retry-After头
504 Gateway Timeout
由作为代理或网关的服务器使用，表示不能及时地从远程服务器获得应答
505 HTTP Version Not Supported
服务器不支持请求中所指明的HTTP版本

MIME

Multipurpose Internet Mail Extensions 多用途互联网邮件扩展类型
设定某种扩展名的文件用一种应用程序来打开的方式类型，当该扩展名文件被访问的时候，浏览器会自动使用指定应用程序来打开。
多用于指定一些客户端自定义的文件名，以及一些媒体文件打开方式。
MIME意为多功能Internet邮件扩展，它设计的最初目的是为了在发送电子邮件时附加多媒体数据，让邮件客户程序能根据其类型进行处理。
然而当它被HTTP协议支持之后，它的意义就更为显著了。它使得HTTP传输的不仅是普通的文本，而变得丰富多彩。

每个MIME类型由两部分组成，前面是数据的大类别，例如声音audio、图象image等，后面定义具体的种类。

OSPF

Open Shortest Path First 开放式最短路径优先
是一个内部网关协议