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一网络通信的概念
网络通信是指终端设备之间通过计算机网络进行的信息传递与交流。它类似于现实生活中的物品传递过程数据物品被封装成报文包裹通过网络设备集散中心在不同的终端设备收发点之间传输。
二常见术语 数据载荷最终需要传递的信息。 报文网络中交换与传输的数据单元。 头部和尾部在数据载荷前后添加的信息段用于标识和控制数据传输。 封装与解封装封装是将数据载荷添加头部和尾部形成报文的过程而解封装则是获取数据载荷的过程。 网关与路由器网关提供协议转换和路由选择功能路由器则根据报文的目的地址选择最优路径进行转发。
二、网络设备与功能
一交换机
交换机是距离终端用户最近的网络设备主要用于终端用户的网络接入和数据帧的交换。它工作在数据链路层能够有效地隔离广播域减少网络中的广播流量。
二路由器
路由器是网络层设备负责在不同网络之间转发数据报文。它通过维护路由表来选择最佳路径实现不同网络之间的通信。路由器还可以隔离广播域支持广域网接入和网络地址转换NAT。
三防火墙
防火墙是一种网络安全设备用于控制两个网络之间的安全通信。它通过监测和限制数据流保护网络内部的信息安全。防火墙的主要功能包括 隔离不同安全级别的网络。 实现访问控制和用户身份认证。 提供数据加密和虚拟专用网VPN功能。 执行网络地址转换NAT。
四无线设备
无线设备包括无线控制器AC、胖APFat Access Point和瘦APFit Access Point。它们通过Wi-Fi信号实现有线终端和无线终端之间的通信是现代网络中不可或缺的一部分。
三、网络类型与拓扑结构
一网络类型
根据地理覆盖范围网络可以分为 局域网LAN覆盖范围较小通常在几千米以内如公司办公网络或家庭网络。 城域网MAN覆盖范围为一个城市如宽带城域网或教育城域网。 广域网WAN覆盖范围广泛连接多个城市甚至国家如Internet。
二网络拓扑结构
网络拓扑是指网络设备之间的连接方式。常见的拓扑结构包括 星型拓扑所有设备都连接到一个中心节点易于管理和扩展。 总线型拓扑所有设备共享一条通信线路成本低但可靠性较差。 环型拓扑设备按环形连接数据沿一个方向传输。 树型拓扑类似星型拓扑的扩展适用于大规模网络。 网状拓扑设备之间有多条连接路径可靠性高但成本高。
四、OSI与TCP/IP协议模型
一OSI七层模型 物理层负责比特流在物理介质上的传输。 数据链路层负责组帧、物理编址和差错控制。 网络层负责数据包的寻径和转发。 传输层建立端到端的连接确保数据可靠传输。 会话层管理通信双方的会话。 表示层负责数据格式的转换。 应用层为应用程序提供接口如HTTP、FTP等。
OSI七层模型中应用层、表示层和会话层直接提供用户所需的功能属于用户层传输层和网络层负责数据的端到端传输和路由属于操作系统层链路层和物理层处理数据的物理传输和设备间的通信属于驱动与硬件层。 二TCP/IP模型
TCP/IP模型是互联网的主流协议模型它简化了OSI模型分为四层 链路层对应OSI模型中的物理层和数据链路层。 网络层主要协议为IP负责数据包的转发。 传输层主要协议为TCP和UDP负责端到端的通信。 应用层提供各种网络服务如HTTP、FTP、SMTP等。
TCP连接的建立与关闭
三次握手
TCP连接建立过程中客户端和服务器通过三次报文交换来确认彼此的接收和发送能力使用Wireshark抓包分析可以清晰地观察到这个过程。 客户端发送SYN报文客户端向服务器发送一个SYN报文表示请求建立连接Wireshark会显示一个带有SYN标志位的TCP报文序列号为客户端的初始序列号ISN。 服务器响应SYN-ACK报文服务器接收到SYN报文后回复一个SYN-ACK报文表示接受连接请求同时确认客户端的SYN报文。Wireshark中这个报文将包含SYN和ACK标志位ACK确认号为客户端的序列号加1服务器还会生成自己的初始序列号ISN。 客户端发送ACK报文客户端收到服务器的SYN-ACK报文后发送一个带ACK标志位的报文确认服务器的响应并完成连接建立。Wireshark中会显示客户端发出的ACK报文确认号为服务器的ISN加1连接正式建立。
四次挥手
由于TCP半双工半关闭的特性双方都需要独立的确认自己已经完成了数据的发送且双方都不能立刻关闭接收通道所以需要四次挥手 第一次挥手 客户端发送FIN报文表示没有数据要发送此时客户端进入半关闭状态仍然可以接收服务器发送的剩余数据 第二次挥手 服务器收到客户端的FIN报文后发送ACK报文确认客户端的关闭请求此时服务器仍然可以继续向客户端发送数据 第三次挥手当服务器的发送数据也完成时会发送FIN报文此时服务器进入半关闭状态仍然可以接收客户端的数据。 第四次挥手 客户端收到服务器的FIN报文后发送一个ACK报文确认服务器的关闭请求。此时客户端的接收方向也关闭连接被完全断开。
为什么不能合并为三次挥手
如果服务器在收到客户端的FIN报文后没有数据要发送理论上可以通过合并第二次和第三次挥手为三次进行关闭。然而在TCP协议的标准操作中即使服务端没有数据要发送也必须遵循四次挥手的过程。这是因为TCP协议设计上强调可靠性和连接状态的准确同步。
原因确保关闭请求的独立性即使服务端没有数据要发送它仍然需要先确认客户端的关闭请求发送ACK报文然后才能开始自己的关闭过程发送FIN报文
在实际验证中为了模拟“服务端有剩余数据”的场景我通过在服务端代码中加入sleep睡眠操作故意延迟发送数据。在服务端完成初步的响应后继续发送剩余数据。与“无剩余数据”对比都抓取到了4次挥手的报文。
