netty 网络模型

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netty 网络模型

         

                  

                                     

网络模型

                

            

tcp/ip 4层模型：应用层、传输层、网络层、网络接口层

tcp/ip 5层模型：应用层、传储层、网络层、数据链路层、物理层

osi 7层模型：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

            

网络分层协议

            

应用层：http（超文本传输协议）、DNS（域名解析协议）、ftp（文件传输协议）、smtp（邮件传输协议）等

传输层：tcp协议、udp协议

网络层：ip协议、arp协议

数据链路层：以太网协议

物理层：无协议，根据电气特性发送高低电平信号（高电平1、低电平0）

           

                  

                                     

传输层

           

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udp 报文

        

            

端口：源端口、目的端口，占16位，取值范围0-65535

长度：报文总长度，占16位，最大长度65536字节

校验和：发送发、接收方校验和如果不一致则表示传输出错，upd会将消息丢弃

          

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tcp 报文

     

            

端口号：源端口、目的端口，占16位，取值范围0-65535

序号、确认号：占32位

序号：报文段的第一个字节序号，若本报文段占100个字节，此次发送的序号为300，则下一个报文段发送的序号为400
确认号：本通信端期待下一次收到的字节序号，通信端已经收到对方传来的字节序号为300，收到的报文段长度为100，则确认号位400

         

数据偏移：数据区在报文段中的起始偏移，占4位

报文头部可能包含可选项内容
如果不包含可选项，报头长度为20字节；
如果包含可选项，报头长度最长为15*32/8=60字节

        

保留：为将来定义新的用途保留，占6位

标志位：每个标志位都表示一个控制功能，占1位，总共占6位

URG：紧急指针标志位，为1表示紧急指针有效
ACK：确认序号标志位，为1表示确认报中含有确认信息
PSH：接受信号标志位，为1表示带有PUSH信号，接收方接到报文后，尽快交到应用程序处理，不要放在缓冲区
RST：重置信号标志位，为1表示带有重置信号，用于重置由于诸暨崩溃或者其他原因出现的错误连接、拒绝非法报文段连接请求
SYN：同步序号标志位，位1表示带有同步信号，
     连接建立时，请求方发送报文：SYN=1、ACK=0，
               接收方接受连接，发送应答报文：SYN=1、ACk=1
FIN：连接释放报文，为1表示数据传送完毕，没有数据发送，关闭本方发送流

           

窗口：滑动窗口，占16位，告知发送端接受端的缓存大小，用来控制发送端发送速率，实现流量控制

校验和：校验整个报文段（报文头、数据），占16位，由发送发计算和存储，接受端进行认证

紧急指针：标志位URG=1时有效，和序号相加表示紧急数据最后一个字节，实现发送发项接受方发送方发紧急数据，占16位

       

选项和填充

选项：长度可变，可选值很多（常见选项最长报文大小MSS）
MSS：最长报文大小，第一次建立连接时，可携带这个选项，表示本端能接受的最长发送报文大小

填充：选项不一定是32的整数倍，加填充项确保是32个整数倍

数据部分：报文段数据

        

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tcp 连接

           

三次握手

            

# 第一次握手
客户端发送连接请求：SYN=1、seq=x（SYN报文不携带数据，但会消耗一个序列号），
客户端进入同步发送状态（SYN_SENT），等待服务端确认

# 第二次握手
服务度端接到连接请求，确认客户端连接请求：SYN=1、ACK=1、seq=y、
                  ack=x+1（此处表示服务端期望下一次收到客户端的序列号位x+1），
                  服务端进入连接同步接收状态（SYN_RECV）

# 第三次握手
客户端收到服务端同步确认报文，进入连接建立状态（ESTABLISGED），
并向服务端发送确认报文：ACK=1、seq=x+1、ack=y+1（表示客户端期望下一个收到服务端的序列号位y+1）

说明：SYN=1报文消耗一个序列号，ACK=1报文不消耗序列号

         

数据传输

            

           

四次挥手

            

# 第一次挥手
客户端发送连接释放报文：FIN=1、seq=u，
客户端进入终止等待（FIN_WAIT_1）状态，此后，客户端不会向服务端发送任何数据

# 第二次挥手
服务端接到客户端连接关闭报文，发出确认报文：ACK=1、seq=v、ack=u+1，
服务端进入关闭等待（CLOSE_WAIT）状态

客户端接到服务端确认报文后，进入FIN_WAIT_2状态；

# 数据传输
服务端可能还有一些数据需要向客户端发送；

# 第三次挥手
服务端向客户端发送连接释放报文：FIN=1、ACK=1、
                          seq=z（由于服务端向客户端发送了一些数据，导致序列号变化）
                          ack=u+1
服务器进入LAST_ACK状态，等待客户端确认

# 第四次挥手
客户端接到连接释放报文，发出确认报文：ACK=1、seq=u+1、ack=z+1
此时客户端进入TIME_WAIT状态，time_wait等于2MSL（最长报文寿命），
在2MSL后，撤销传输控制快（TCB）后，进入关闭状态

服务端收到确认报文后，立刻撤销传输控制块（TCB），进入关闭状态

说明：FIN=1报文即使不携带数据，也会消耗一个序列号

       

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tcp、udp区别

                

tcp 协议

面向连接：通信之前需要建立连接
可靠传输：tcp传输的数据无差错、不丢失、不重复，且前后有序
点对点：tcp传输是一对一传输
传输效率：tcp连接建立、释放耗时，传输需要对数据进行检验，丢失需要重传，实时性较低

        

udp 协议

无连接传输：udp传输不需要建立连接
不可靠传输：udp尽最大努力交付，不保证可靠性，会发生丢包现象
传输方式：可一对一、一对多、多对一、多对多传输
实时性：udp传输效率较高，实时性较tcp高

          

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通信端口

       

tcp、udp端口均占16位，最大值为65535

0-1023：系统保留端口

1024-49152：用户可注册端口

49153-65535：动态端口

         

             

                                     

网络层

      

网络层引入网络地址区分网络设备是不是处于同一子网内

ip 地址：网络部分 + 主机部分，只有ip地址无法区分网络部分、主机部分

子网掩码：与ip地址搭配使用，用来标识ip地址哪些位置是网络部分（网络部分全为1）

            

判断ip地址是否处于同一子网：ip和子网掩码做与运算（&）

            

运算结果相同则处于同一子网

            

ip 数据包格式

            

版本：ip版本号，占4位，4表示ipv4，6表示ipv6
首部长度：占4位，固定长度为20个字节，最长60个字节（15*32/8）
区分服务：占8位，只有在区分服务时，这个字段才起作用，一般不使用

总长度：首部+数据总长度，占16位，最长为2^16-1=65535字节
链路层协议规定了一个数据帧的数据字段的最大长度（MTU）为1500字节，如果超过这个长度，需要分片处理

标识：占16位，每产生一个数据包，计数器加1，并将该值在标识位记录，
     如果ip分片，同一个报文分片后的报文标识相同，可用于后续数据还原

标志：占3位，第1位（未使用）
           第2位（是否允许分片，0允许分片、1不允许分片）
           第3位（是否有分片正在传输，0表示没有分片在传输）

片偏移：占13位，报文被分片后，该字段标记该分片在原报文中的相对位置，偏移以8字节为单位，

生存时间：数据报在网络中的寿命，占8位，
        路由器在转发数据报之前，先把TTL值减1
        若TTL减少到0，则丢弃这个数据报，不再转发

协议：该数据报文所携带的数据所使用的协议类型，占8位
     方便目的主机的 IP 层知道按照什么协议来处理数据部分，
     ICMP协议号为1，TCP协议号为6，UDP协议号为17

首部检验和：校验数据报的首部（不包含数据部分），占16位
          数据报每经过一个路由器，首部的字段都可能发生变化（如TTL），所以需要重新校验
          数据部分不发生变化，所以不用重新生成校验值

源地址：数据报的源IP地址，占32位
目的地址：数据报的目的IP地址，占32位

可选字段：用于一些可选的报头设置，主要用于测试、调试和安全的目的
填充：可选字段中长度不固定，使用0填充，保证整个报头的长度是32位的整数倍
数据部分：传输的数据，如保存TCP、UDP、ICMP、IGMP的数据，长度不固定

             

ip 分片（片偏移以8字节为单位）

            

            

 ARP 协议：地址解析协议，实现从IP地址到MAC地址映射

            

hardware type：硬件类型，标识链路层协议
protocol type：协议类型，标识网络层协议
hardware size：mac地址长度，6字节（48位）
protocol sixe：ip地址长度
opreate code：操作码，标识arp数据包新类型，1标表示请求，2表示响应

sender mac address：发送端mac地址
sender ip addrese：发送端ip地址

target mac address：目的mac地址
target ip address：目的ip地址

说明：arp报文只能在局域网内传输，不能路由转发到其他子网

            

arp 请求报文示例

            

           

arp 响应报文示例

            

             

主机A、B通信过程

主机A：ip（10.0.0.1）、mac（00:09:aa:11）
主机B：ip（10.0.0.2）、mac（00:09:aa:22）

根据ip、子网掩码计算主机是否在同一子网内

# 主机在同一子网
主机A在arp缓存中查找主机B的mac地址，如果查找到，就可直接发送数据；
如果查找不到，广播arp请求帧给子网内的所有主机；

其他主机接到请求帧，如果ip地址不是本机地址，则忽略请求；
如果ip地址是本机地址，缓存源主机（主机A）的IP地址、mac地址，并将本机的mac地址返回

主机A收到响应报文后，缓存对应的mac地址，随后就可直接与其通信；
arp缓存有时间限制，缓存到期后，重复上述过程


# 主机在不同子网
主机A在arp缓存中查找网关的mac地址，如果查找到，就可直接向网关发送数据；
如果查找不到，广播arp请求帧给子网内的所有主机；
查询得到结果后，主机A后将<网关IP、网关MAC>、<主机B、网关MAC>缓存

主机A项网关发送IP报文，网关收到报文后，发现IP不是自己；
就在缓存中查找主机B的mac地址，如果没有找到，则在主机B所在网段进行ARP查询；
查询后将主机B、主机B的mac地址缓存；

网关向主机B发送IP数据报，
请求报文：源MAC=网关、源IP=主机A，目的MAC、目的IP=主机B

主机B收到报文后，将主机A的IP、主机A所在网关缓存起来

         

                

                                     

数据链路层

    

链路层协议：定义电平信号分组方式，单纯的电平信号没有任何意义，需要分组表达不同的意思

      

mac 地址：接入网络的设备不需配备网卡，发送端、接受端的地址就是mac地址

地址格式：48位，一般用12位16进制表示（前6位是厂商编号、后6位是流水线号）

             

以太网数据帧：head固定为18个字节，data长度可变（46-1500字节）

            

               

 局域网通信方式：广播通信

            

同一子网内，pc1项pc2发送数据，同一子网的其他设备都会接到数据包；
其他设备接到数据包后，解析数据包中的mac地址，发现不是自己的地址便会丢弃；
pc2收到数据包，解析后发现是自己的mac地址，便会做出响应

             

             

                                     

网络数据传输

   

            

数据封装

应用层：使用DNS解析域名得到IP地址，生成应用报文（如http报文）

传输层：包装应用层的数据，生成传输层协议头（端口等），使用传输层协议发送数据（如tcp协议）

网络层：包装传输层数据，生成网络层协议头（ip等），由于ip报文有长度限制，可能需要对数据进行ip分片

数据链路层： 包装网络层数据，生成链路层协议头（mac地址等）

       

数据传输：客户端发送数据包，如果不在同一子网内，需要网络层路由转发

服务端处理：服务端接到数据后，从链路层往上层层解析，应用层取出数据后处理后；

                        如果有响应，还需要将应用层数据层层包装，发送给客户端