【总结】计算机网络常见问题

最新推荐文章于 2023-12-26 15:02:33 发布

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原文链接：http://www.cnblogs.com/gzshan/p/11123686.html

本文深入解析TCP/IP与OSI模型的区别与联系，包括各层功能、ARP协议、TCP与UDP对比、三次握手与四次挥手机制、TCP可靠传输机制、NAT地址转换等内容。

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1、TCP/IP协议与OSI协议

相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。 “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。

计算机网络采用了分层的体系结构，有两种国际标准，国际标准化组织ISO提出的开放系统互连参考模型就是OSI，是规定的国际标准，它是一个七层协议的体系结构。

虽然是由ISO提出的国际标准，但是OSI在市场方面失败了，原因在于层次划分过多，有些层的功能重复，没有及时的得到市场，所以使得TCP/IP成为了事实上的标准。

而TCP/IP实际上是一个四层协议，我们常说的五层协议是将网络接口层分为了物理层和数据链路层，综合了OSI和TCP/IP，主要在学习时便于理解。

2、OSI的会话层和表示层

OSI和TCP/IP相比，主要就是多了会话层和表示层。

会话层的主要功能就是在发送方和接收方之间创建、维持、终止连接，类似于电路通信，负责两个网络参与者之间进行的通信，它之下的传输层TCP协议也有连接的概念，他们的关系是一个会话连接可以对应0个、1个或者多个TCP连接。

表示层的主要功能是负责数据的表示，在不同的数据格式之间进行转换，负责加密和解密，负责文件的压缩等数据的表示任务。

3、TCP/IP协议每一层的主要功能

物理层：提供物理介质，主要负责在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，负责的相关的电气接口的一些定义（机械特性、电气特性、功能特性、过程特性），还负责信道的复用等等与物理介质相关的任务。

数据链路层：主要任务是封装成帧、透明传输和差错检测，在一段链路上组成帧进行传送。

网络层：负责主机和主机之间的通信，主要任务是寻址、路由选择、分组和重组，主要设备是路由器。

传输层：负责在两个主机的应用进程之间进行数据传输，TCP和UDP。

应用层：通过应用进程之间的交互来完成各种应用任务，如http、ftp、telnet、smtp等等。

4、ARP地址解析协议

ARP是地址解析协议，用于实现从 IP 地址到 MAC 地址的映射，即询问目标IP对应的MAC地址。具体原理这里不细说了，需要注意的是它是一个三层协议，是一个网络层协议。

5、TCP和UDP的比较

UDP是用户数据报协议，它的主要特点是：（1）无连接（2）使用尽最大努力的交付（3）面向报文（4）没有拥塞控制（5）支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信（6）首部开销小，只有8个字节（7）适合抢带宽的一些业务模型

TCP是传输控制协议，主要特点是：（1）它是面向连接的（2）每一条TCP连接只有两个端点（3）提供可靠交付的保证（4）提供全双工通信（5）面向字节流

6、TCP三次握手，为什么需要第三次，三次握手有什么隐患

三次握手的过程如下图所示：

三次握手的过程很熟悉了，主要是为什么还需要第三次呢？

第三次握手是对确认的确认，它的目的主要是为了防止已失效的接请求报文段突然又传到了B，从而会引发一些错误，浪费一些资源。具体的，如果A发出一个连接请求，并没有丢失，而是在网络中某个地方滞留了，A在一段时间后等不到B的ACK就会重新发起请求，如果过一段时间那个滞留的请求又到了B，B会对它进行ACK，如果没有第三次确认，B发出ACK就认为已经建立了连接，会耗费资源来维护这条连接，而实际上这是一个已经失效的链接，所以使用第三次握手可以避免这个问题，A收到ACK以后会知道这是一个失效的链接，不再对其进行确认，B也就不会认为建立了连接。

三次握手有什么隐患呢？

三次握手由于需要发起方进行一次请求、一次确认，这存在一定的隐患，是DDos攻击的一种常用手段，黑客可以通过伪装身份发起连接请求，在发起请求之后就不管了，不进行第二次的确认，而服务端由于迟迟收不到请求方的ACK，就会认为是自己发出的ACK丢失了，不断的进行重传，导致这条连接处于一个半开连接的状态，当有大量的这种情况发生时，大量的半开连接占满了连接队列，服务器的资源都耗费在维护这些半开连接上，使得正常的服务请求无法得到响应。

7、TCP四次挥手，为什么需要四次

四次挥手的过程如下图所示：

四次挥手的过程也比较熟悉了，主要问题是为什么需要四次呢？

这里我们可以看到，当A没有数据要发送时，就发起FIN请求，在连接时B可以将对请求的ACK和自己的SYN请求一起发过去，而释放连接却不一样了，因为此时虽然A没有数据要发送了，而B很有可能还有一些数据没有发送完，只能先对A的FIN进行一个ACK，此时处于一个半关闭状态，等到自己将该发送的数据都发送完之后，在发起从B到A这个方向的链接释放请求，因此需要四次。

8、TCP释放连接的各个状态变化，Time Wait和close wait状态出现在哪里?

注意一下TCP四次挥手时的状态变化，释放请求发起方在发出FIN请求后，进入FIN-WAIT-1状态，收到ACK以后进入FIN-WAIT-2状态，收到B的FIN并进行确认以后进入Time WAIT状态。

而服务器方，在收到FIN发出ACK之后，进入Close WAIT状态，这时是一个半关闭状态，从A到B这个方向已经释放了，随后B将还需要传输的数据发送完毕，发出FIN请求，等待最后一个ACK，进入Last-ACK状态，收到以后就释放连接，进入closed状态。

9、为什么需要Time Wait状态，没有Time Wait状态会发生什么，Time Wait状态过多的话如何解决

Time Wait这个状态需要保持2MSL（最长报文段寿命）的时间，这个状态存在以及持续这么长时间的主要目的有两个：

（1）确保最后发出的这个ACK能够正确的到达B，如果丢失，在Time Wait的这段时间内有足够的时间进行重传，因为这个ACK如果丢失，B迟迟收不到ACK，就会认为是自己发出的FIN请求丢失了，就会重传FIN，如果A不维持一段时间直接关闭，那么B永远收不到ACK，就无法正确的进入closed状态。

（2）防止已失效的连接请求报文段在这里出现。Time Wait时间足够长，就可以使得在本次连接中所产生的报文段都从网络中消失，这样就可以不正确的处理掉那些失效的连接请求报文段。

Time Wait过多的话，可以通过设置Socket地址重用来解决，允许复用同一个地址。