分布式系统的基石-tcp/ip通讯协议

 

需要掌握

1. tcp/ip的三次握手和四次挥手是什么概念，以及状态变化过程？
2. 建立连接需要3次，为什么断开连接需要4次？
3. 三次握手有哪些不安全性？
4. TCP和UDP的区别？TCP是通过什么方式来保证可靠性的
5. tcp四层网络模型和osi七层网络模型分别是什么？以及每一层的作用
6. 什么是滑动窗口协议？它的实现原理是什么？
7. 服务器上TIME_WAIT状态的连接过多，怎么解决？
8. 什么是NIO、BIO、AIO？他们的区别？
9. 了解过多路复用吗？它是一个什么实现原理？
10. epool和select的区别是什么？

 

一个http 请求，在整个网络中的请求过程

       当应用程序用T C P 传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其
中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息

       当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。这个过程称作分用

 为什么有了MAC 层还要走IP 层呢？

          mac 地址就好像个人的身份证号，人的身份证号和人户口所在的城市，出生的日期有关，但是和人所在的位置没有关系，人是会移动的，知道一个人的身份证号，并不能找到它这个人，mac 地址类似，它是和设备的生产者，批次，日期之类的关联起来，知道一个设备的mac，并不能在网络中将数据发送给它，除非它和发送方的在同一个网络内。所以要实现机器之间的通信，还需要有ip 地址的概念，ip 地址表达的是当前机器在网络中的位置，类似于城市名+道路号+门牌号的概念。通过ip 层的寻址，我们能知道按何种路径在全世界任意两台Internet 上的的机器间传输数据。

重点了解下IP 协议和TCP/UDP 协议

什么是协议

       协议相当于两个需要通过网络通信的程序达成的一种约定，它规定了报文的交换方式和包含的意义。比如（HTTP）为了解决在服务器之间传递超文本对象的问题，这些超文本对象在服务器中创建和存储，并由Web 浏览器进行可视化，完成用户对远程内容的感知和体验

什么是IP 协议

        T C P 和U D P 是两种最为著名的传输层协议，他们都是使用I P 作为网络层协议。IP 协议提供了一组数据报文服务，每组分组报文都是由网络独立处理和分发，就像寄送快递包裹一样，为了实现这个功能，每个IP 报文必须包含一个目的地址的字段；就像我们寄送快递都需要写明收件人信息，但是和我们寄送快递一样，也可能会出现包裹丢失问题，所以IP 协议只是一个“尽力而为”的协议，在网络传输过程中，可能会发生报文丢失、报文顺序打乱，重复发送的情况。IP 协议层之上的传输层，提供了两种可以选择的协议，TCP、UPD。这两种协议都是建立在IP 层所提供的服务基础上，根据应用程序的不同需求选择不同方式的传输；

TCP/IP

      TCP 协议能够检测和恢复IP 层提供的主机到主机的通信中可能发生的报文丢失、重复及其他错误。TCP 提供了一个可信赖的字节流通道，这样应用程序就不需要考虑这些问题。同时，TCP 协议是一种面向连接的协议，在使用TCP进行通信之前，两个应用程序之间需要建立一个TCP 连接，而这个连接又涉及到两台电脑需要完成握手消息的交换。

UDP/IP

      UDP 协议不会对IP 层产生的错误进行修复，而是简单的扩展了IP 协议“尽力而为”的数据报文服务，使他能够在应用程序之间工作，而不是在主机之间工作，因此使用UDP协议必须要考虑到报文丢失，顺序混乱的问题

tcp的三次握手和四次挥手

三次握手

         由于TCP 协议是一种可信的传输协议，所以在传输之前，需要通过三次握手建立一个连接，所谓的三次握手，就是在建立TCP 链接时，需要客户端和服务端总共发送3个包来确认连接的建立

                

四次挥手

四次挥手表示TCP 断开连接的时候,需要客户端和服务端总共发送4 个包以确认连接的断开；客户端或服务器均可主动发起挥手动作(因为TCP 是一个全双工协议)，在socket 编程中，任何一方执行 close() 操作即可产生挥手 操作。

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

       三次握手是因为因为当Server 端收到Client 端的SYN 连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK 报文。其中ACK做技术人的指路明灯，做职场生涯的精神导师报文是用来应答的，SYN 报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server 端收到FIN 报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET（因为可能还有消息没处理完），所以只能先回复一个ACK 报文，告诉Client 端，"你发的FIN 报文
我收到了"。只有等到我Server 端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN 报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

数据传输过程的流量控制和确认机制
建立可靠连接以后，就开始进行数据传输了。在通信过程
中，最重要的是数据包，也就是协议传输的数据。如果数
据的传送与接收过程当中出现收方来不及接收的情况，这
时就需要对发方进行控制以免数据丢失。利用滑动窗口机
制可以很方便的在TCP 连接上实现对发送方的流量控
制。TCP 的窗口单位是字节，不是报文段，发送方的发送
窗口不能超过接收方给出的接收窗口的数值。

滑动窗口协议

滑动窗口（Sliding window）是一种流量控制技术。早期的
网络通信中，通信双方不会考虑网络的拥挤情况直接发送
数据。由于大家不知道网络拥塞状况，同时发送数据，导
致中间节点阻塞掉包，谁也发不了数据，所以就有了滑动
做技术人的指路明灯，做职场生涯的精神导师
窗口机制来解决此问题；发送和接受方都会维护一个数据
帧的序列，这个序列被称作窗口

简单解释下，发送和接受方都会维护一个数据帧的序列，
这个序列被称作窗口。发送方的窗口大小由接受方确定，
目的在于控制发送速度，以免接受方的缓存不够大，而导
致溢出，同时控制流量也可以避免网络拥塞。下面图中的
4,5,6 号数据帧已经被发送出去，但是未收到关联的
ACK，7,8,9 帧则是等待发送。可以看出发送端的窗口大
小为6，这是由接受端告知的。此时如果发送端收到4 号
ACK，则窗口的左边缘向右收缩，窗口的右边缘则向右扩
展，此时窗口就向前“滑动了”，即数据帧10 也可以被发
送。

发送窗口

就是发送端允许连续发送的幀的序号表。
发送端可以不等待应答而连续发送的最大幀数称为发送窗
口的尺寸

接收窗口
接收方允许接收的幀的序号表，凡落在 接收窗口内的幀，
接收方都必须处理，落在接收窗口外的幀被丢弃。
接收方每次允许接收的幀数称为接收窗口的尺寸。
在线滑动窗口演示功能
https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetw
ork_7/cw/content/interactiveanimations/selective-repeatprotocol/
index.html