一文读懂TCP/IP四层模型

4.应用层：和程序相关的一层

3.传输层：负责数据从发送端到接收端

3.1 端口号分类

知名端口号：0-1023
ftp:21 SSH:22 Telnet:23 DNS：53 http:80 HTTPS:443 MYSQL:3306 Tomcat:8080
动态端口号：1024-65535

注：一个端口号不可以被多个程序使用而一个程序可以有多个端口号

3.2 UDP协议

UDP协议端格式

16位UDP长度=UDP头部长度（8个字节）+数据长度
UDP一个包的最大理论长度=2^16=65536/1024=64KB

如果UDP编程的时候数据大小大于64KB会怎样？
1.在应用层进行数据包的拆分和组合
2.大于64KB不处理，交给TCP/IP协议去处理，它会在网络层进行分包和组包（一般不这样使用，因为一旦有一个包丢失的话，将会舍弃其他所有的包）

检验和是用来确定数据在传输过程中是否被篡改，也就是用来判断数据的正确性的（假设数据是以MD5进行检验和的计算，那么原始的数据会先进行MD5得到一个值，把这个值存储在16位的检验和当中，接收端收到内容之后，按照通过的规则加密数据得到一个检验和，看是否和UDP头中的检验和一致，如果一致则数据是正确的。）

DNS、TFTP的底层是基于UDP协议的

3.3 TCP协议

URG：紧急指针
ACK：确认应答的消息
PSH：把数据立即从缓冲区里取走
RST：复位标识
SYN：同步序列号标识（TCP连接时使用）
FIN：结束序列号（TCP断开连接时使用）

重点：TCP的特性
1.确认应答（保障TCP稳定的核心机制）
      确认应答带来的问题：（1）发送消息丢失
                                          （2）确认应答的消息丢失
2.超时重发（保障TCP稳定）
    超时重发的策略：（1）发送不会以固定的频率发送，采取的时悲观的策略，如果第一次消息发送失败，那么大概率第二次发送也会失败，所以TCP会以指数级超时时间增长的频率来发送消息
（2）如果经历的一定的重试次数，消息还没有得到应答，那么就会停止发送
3.连接管理（保障TCP稳定）
3次握手
（两次握手不能证明客户端的接收能力和服务器的发送能力）
（四次握手能不能？可以，但是没必要）
4次挥手
（三次挥手行不行？有可能可以，如果没有待结束的任务【缓冲区没有任务】，两次挥手就可以合并【捎带应答】）

具体过程：

如果发现服务器端有大量的CLOSED_WAIT，说明程序是有问题的，没有调用close()方法
4.滑动窗口（保证性能）
当前面的数据被正常补齐之后，返回的ACK是最大值，这种机制叫做“快重传”
5.流量控制
以结果为导向进行数据的传递
例如16位的滑动窗口位0，那么发送端就不会发消息给接收端
TCP 会以结果（接收缓冲区的大小）为导向进行数据的传递
6.拥塞控制
根据当前时间的网络来动态调整收发的频率叫拥塞控制

刚开始发送一个包，如果可以正常接收就会以指数型增加发送的数据包的数量，一直
增加到流量控制的最大值的时候，就会从指数增长变为线性增长，一直进行收发，直
到出现大量数据包丢失的时候：
1.将发送的数量改为1
2.将流量控制的最大值设置成当前丢包值/2
然后继续发包，直到成功
整个过程称为慢开始

7.延迟应答
延迟应答策略：
1.每一段时间延迟应答一次，一定程度加速发消息的速度
2.每隔n次延迟应答一次
延迟应答注意事项：
延迟应答（200ms）的时间一定要小于超时重传的时间（500ms）

8.捎带应答
针对于延时应答的性能提升
TCP协议是面向数据流的，而数据流没有边界容易发生沾包
解决半包沾包的第一种方法【以\n作为流的边界，这样流就有边界了】
解决半包沾包的第二种方法【每次发送固定大小的流信息】

TCP异常情况处理
1.可挽救：电脑重启或结束进程时，会发送FIN请求，和正常关闭TCP没有区别
2.不能挽回：电脑掉电和网线突然中断的情况：TCP报活定时器，会定时检测对方是
否在线，如果没有响应，说明已经掉线，释放连接
基于TCP应用层协议：HTTP,SSH,TeInet，FTP,SMTP

UDP VS TCP
1.UDP 无连接 TCP有连接
2.UDP不稳定，TCP稳定
3.UDP面向数据报，TCP面向数据流
4.UDP只有接收缓冲区没有发送缓冲区，TCP二者都有
5.如果对稳定性要求比较高使用TCP，如果对消息的丢失不敏感且要求性能比较高，考虑使用UDP

面试题：怎样用UDP实现可靠传输？
答：在应用层参考TCP实现稳定性的特性来设计UDP（确认应答、超时重传、连接管理、浏览控制、拥塞控制）

2.网络层：选择合适的路径

2.1 IP协议

2.2 网段划分

IP地址由网络号和主机号组成
网络号：标识不同的网段
主机号：区分内网中的不同电脑

网络号：IP地址与子网掩码按位相与得到

子网地址取值范围：

开始值：网络号
结束值：子网掩码最后一位的最大值-开始值最后一位最大值+开始值

私网IP(内网IP)：
10.*，前八位是网络号，共16777216个地址
172.16.到172.32. 前12位是网络号，共1048576个地址
192.168.*前16位是网络号,共65,536个地址

1.数据链路层：同一种数据链路节点之间进行传递数据

1.1 以太网帧格式

MTU（最大传输单元）：1500字节

MTU对UDP的影响：
1500-UDP（固定头部信息8字节）-IP协议头（20字节）=1472字节

MTU对TCP的影响：
MSS和MTU的关系：

1.2 MAC地址

在网卡出厂时就确定了，不能修改，MAC地址时唯一的

1.3 ARP协议

ARP协议不是一个单纯的数据链路层的协议，是介于数据链路层和网络层之间的协议。

作用：ARP协议建立了主机IP地址和MAC地址的映射关系