第二十周
二十周
网络的五层划分是什么？TCP和UDP的区别是什么？简述TCP的三次握手过程。
五层划分是什么？
五层划分是将计算机网络体系机构分层为：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。
由于OSI的七层协议体系，复杂又不实用；而TCP/IP协议体系（又称协议族）每层处理内容复杂，不易理解。故综合上述两种提出了5层协议体系为新人讲解网络原理，实际应用中没有此体系。
应用层(application layer)
应用层任务是：通过应用进程间交互来完成特定网络应用。不同的网络应用有不同的应用层协议。如万维网的HTTP协议、支持电子邮件的SMTP协议。应用层交互的数据单元常称为“报文”。
运输层(transport layer)
运输层任务是：为两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输协议。所谓通用，是强调多种应用可以使用同一个运输层服务，因为日常中一台主机常有多个进程。运输层主要使用的协议是：TCP和UDP。
运输层有复用和分用的概念。
网络层(network layer)
网络层任务是：为分组交换网上的不同主机提供通信服务，服务具体是指，把运输层产生的报文段或用户数据报封装成“分组”或“包”进行传送；另一个功能是选择合适的路由，使运输层传下来的分组能够通过路由器找到目的主机。大名鼎鼎的IP协议就属于该范畴。
数据链路层(data link layer)
链路层任务是：将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing)，传送到链路的下个节点。
物理层(physical layer)
物理层任务是：发送方发送的比特，接收方如何无误接受。用多大的电压代表比特。物理层还需要处理电缆的插头该有多少根引脚及各引脚应如何连接。但具体的物理层实现并不在物理层协议内，如同轴电缆，无线信道等。
运输层基本概念
复用：应用层所有的应用进程都可以通过运输层再传送到网络层(IP层)。
分用：从网络层收到数据后必须明确交付指明的应用进程。
协议端口：简称端口(protocol port )。虽然通信的终点是应用进程，但我们只要把需传送的报文交到目的主机的某一个合适的目的端口，剩下的工作交由TCP或UDP来完成。
UDP和TCP的首部格式中，都有源端口和目的端口两个字段。当运输层收到IP层交上来的运输层报文时，就能根据目的端口把数据交付应用层的目的应用进程。TCP/IP的运输层用一个16位端口号来标志一个端口。端口号只有本地意义，是标志本计算机应用层中的进程和运输层交互时的层间接口。在因特网中，相同的端口号是没有关联的。
计算机中进程相互通信，不仅必须知道对方的IP地址，还要知道对方的端口号。因此，运输层的端口号共分为两大类：服务器端使用的端口号和客户端使用的端口号。
服务器端使用的端口号
又分两类：熟知端口号和登记端口号。
熟知端口号，数值为0~1023，IANA把这些端口指派给了TCP/IP最重要的一些应用程序，当出现一种新的应用程序后IANA就为它指派一个熟知端口。常见熟知端口如下：
| 应用程序 | FTP | DNS | HTTP |
| 熟知端口号 | 21 | 53 | 80 |
另一类登记端口：数值为1024~49151，此类端口是为没有熟知端口号的应用提供的。使用此类端口必须在IANA按规定手续登记。
客户端使用的端口号
客户端使用的端口号，数值为49152~65535，此类端口仅在客户进程运行时才动态选择。
TCP简介
TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议。面向连接的、可靠的数据传输服务(尽管下层线路仍是不可靠的)。
TCP特点
| 特点 | 效果 | |
|---|---|---|
| 1 | 面向连接的运输层协议 | 传送数据前需要建立TCP连接，之后需要释放 |
| 2 | 一条TCP连接只能有两个端点 | 每条连接都是点对点的 |
| 3 | 提供可靠交付服务 | 通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复、并且按续到达 |
| 4 | 提供全双工通信 | 允许双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP连接两端都设有发送缓存和接收缓存 |
| 5 | 面向字节流 | 流指的是流入或流出进程的字节序列。虽然应用进程和TCP的交互时一次一个数据块，但TCP都仅看成是一连串的无结构的字节流。 |
PS:TCP的连接、可靠传输的工作原理、可靠传输的实现、TCP的流量控制、TCP的拥塞控制、运输连接管理都有相关知识，另外开篇整理。
UDP(User Datagram Protocol)
UDP是用户数据报协议。无连接的，不保证传输可靠性的传输服务。UDP只在IP数据服务之上增加了复用和分用的功能及差错检测的功能。
特点
| 特点 | 效果 | |
|---|---|---|
| 1 | 是无连接的 | 不需要建立连接所以减少了开销和发送数据的延迟 |
| 2 | 尽最大努力交付 | 不保证可靠交付 |
| 3 | 面向报文的 | 不论应用层传下来的报文还是IP层传上来的报文，UDP都是添加或去除首部后就交付了。 |
| 4 | 没有拥塞控制 | 网络出现拥塞时不会使源主机发送速率降低 |
| 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 |
UDP首部格式
用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部由8个字节，4个字段组成，一个字段两个字节。
- 源端口 – 在需要对方回信时使用。不需要时可用全0；
- 目的端口 – 在终点交付报文时必须使用到；
- 长度 – UDP用户数据报的长度，最小是8（仅有首部）；
- 检验和 – 检测UDP用户数据报在传输中是否有错。
PS: 伪首部只在计算检验和时临时添加，既不向上传送要不向下递交。
TCP和UDP的区别是什么？
- 从连接角度考虑：TCP是面向连接，UDP是无连接的；
- 从可靠性上：TCP能保证可靠交付，UDP是尽最大努力交付；
- 传输数据格式上：TCP是面向字节流的，UDP是面向报文的；
简述TCP的三次握手过程？
TCP的连接建立过程叫做三次握手(three-way handshake)。
一：客户端向服务器发出连接请求报文段，首部中的同步位SYN=1，同时选择初始序号seq = x。客户端进入SYN-SENT(同步已发送)状态。
二：服务器收到请求报文后，如同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文中应把SYN位和ACK位置1，确认号是ack = x + 1，选择自己的初始化序号seq = y。服务器进程进入SYN-RCVN(同步已收到)状态。
三：客户端收到服务器的确认后，再向B给出确认。此时TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED(已建立连接)状态。
当服务器收到客户端的确认后，也进入ESTABLISHED状态，即可进行数据传输。
PS：为何需要对服务器进行确认呢？客户端发出的请求可能因为延误，在连接释放后才到达服务器，此时服务器建立连接会导致服务器资源浪费。