计算机网络基础

推荐直接看考研课：5.3.5 TCP拥塞控制_哔哩哔哩_bilibili

七层模型

一些协议

网络层（待补充）

传输层

速率

单位时间的数据量（在数字信道上单位时间从某一端到某一端的数据量，即数据传输率，也称数据率或比特率）

单位：

比特(bit)是数据量的最小单位，s(秒)是时间的最小单位。

所以速率单位为bit/s或bps(bit persecond)，类似的有kb/s(k=10^3)、Mb/s(M=10^6)、Gb/s(G=10^9)、Tb/s(T=10^12)，1Byte=8bit 1B=8b1B/s=8b/s(或1Bps=8bps)

带宽

单位时间最大数据量（计算机网络中的主机在数字信道上，单位时间内从一端传送到另一端的最大数据量，即最大速率）

例题

暂时认为是这样：

在带宽为1G的传输线路上，TCP使用的发送窗口大小为16bit，一个RTT的延迟时间为20ms。请问可以获得的最大吞吐率是多少？线路利用率是多少？

答：1G=1000Mb=110^6Kb = 110^9 bps

考虑TCP、IP首部和帧的构成，数据包总长度 L=16bit+ 40Byte×8 = 336bit

RTT 20ms = 2*10^-2 s

空中时延 = 数据长度/带宽 = 336bit bit/10^9 = 3.36*10^-7 s

最大吞吐率 = 数据长度/ (空中时延+往返时延) = 336/(3.3610^-7 s +210^-2 s) = 16kb

线路利用率 = 最大吞吐率/带宽 = 16kb/1G = 0.0016%

tcp udp

区别联系

三次握手四次挥手

三次握手这张图足矣

(ps:注意一下状态和seq,ack)

四次握手

场景

使用TCP对实时话音业务的传输有没有什么问题？使用UDP在传送文件时会有什么问题

使用TCP对实时话音业务的传输确实存在一些问题，同样，使用UDP在传送文件时也有一定的问题。下面分别解释这两种情况的问题。

使用TCP对实时话音业务的传输：

实时话音业务对延迟和实时性有很高的要求，但TCP是一种面向连接的、可靠的传输协议，它通过握手、重传、拥塞控制等机制来确保数据的完整传输。这些特性导致了以下问题：

a) 延迟：TCP的握手、确认和重传机制会增加通信的延迟，对实时话音业务不利。

b) 拥塞控制：TCP的拥塞控制会在网络拥塞时降低传输速率，可能导致实时话音质量下降。

c) 顺序传输：TCP保证数据按顺序到达接收端，但对于实时话音业务而言，一个丢失的音频包可能并不重要，因为用户更关心的是实时性。在这种情况下，接收端可能更愿意接受部分丢失的音频包，以减小延迟。

因此，实时话音业务通常会选择使用UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）进行传输，因为它是无连接的、不可靠的，可以降低延迟，更适合实时性要求高的应用。

使用UDP在传送文件时的问题：

UDP是一种无连接的、不可靠的传输协议，它没有握手、确认和重传机制。这意味着在传输过程中可能会丢失数据包，而不会有任何重传。在传送文件时，这会导致以下问题：

a) 数据完整性：由于UDP不可靠，传输过程中可能丢失数据包，这对于文件传输来说是不可接受的，因为文件需要保证完整性。

b) 拥塞控制：UDP没有拥塞控制机制，因此在网络拥塞时，UDP可能会继续发送数据包，导致更多的数据包丢失，影响文件传输质量。

c) 顺序：UDP不能保证数据包的顺序到达接收端，这可能导致接收端需要对数据包进行重新排序，增加处理复杂性。

因此，在传送文件时，通常会选择使用TCP进行传输，因为它是面向连接的、可靠的，可以确保文件的完整传输。

SYN攻击

tcp syn 洪水攻积

什么是 SYN 攻击（SYN Flood）？

在三次握手过程中，服务器发送 SYN-ACK 之后，收到客户端的 ACK 之前的 TCP 连接称为半连接(half-open connect)。此时服务器处于 SYN_RCVD 状态。当收到 ACK 后，服务器才能转入 ESTABLISHED 状态.

SYN 攻击指的是，攻击客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送SYN包，服务器回复确认包，并等待客户的确认。由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，导致目标系统运行缓慢，严重者会引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击。
如何检测 SYN 攻击？

检测 SYN 攻击非常的方便，当你在服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击。在 Linux/Unix 上可以使用系统自带的 netstats 命令来检测 SYN 攻击。
如何防御 SYN 攻击？

SYN攻击不能完全被阻止，除非将TCP协议重新设计。我们所做的是尽可能的减轻SYN攻击的危害，常见的防御 SYN 攻击的方法有如下几种：
- 缩短超时（SYN Timeout）时间
- 增加最大半连接数
- 过滤网关防护
- SYN cookies技术

tcp keep alive

TCP KeepAlive 的基本原理是，隔一段时间给连接对端发送一个探测包，如果收到对方回应的 ACK，则认为连接还是存活的，在超过一定重试次数之后还是没有收到对方的回应，则丢弃该 TCP 连接。

拥塞控制

TCP拥塞控制是TCP协议中的一个关键特性，它可以帮助确保在不同网络条件下实现高效、可靠的数据传输。TCP拥塞控制主要通过以下几个算法实现：

慢启动（Slow Start）：慢启动算法在连接建立时，将拥塞窗口（cwnd）设置为一个较小的值（通常为MSS，最大报文段长度）。随后，在每个往返时间（RTT）内，拥塞窗口大小按指数增长（每收到一个ACK，cwnd加1）。这样，数据传输速率会逐渐加快，直到达到拥塞阈值（ssthresh）或发生丢包。
拥塞避免（Congestion Avoidance）：当拥塞窗口大小达到拥塞阈值时，TCP进入拥塞避免阶段。在此阶段，拥塞窗口大小的增长速率减缓，采用加法增长（每经过一个RTT，cwnd加1）。这样可以使传输速率更稳定地增长，减少因拥塞而导致的丢包。
快速重传（Fast Retransmit）：当接收端收到一个失序的报文段时，它会立即发送重复确认（Duplicate ACK）给发送端。如果发送端连续收到三个重复确认，它会认为该报文段已丢失，而不再等待超时重传定时器到期。此时，发送端会立即重传丢失的报文段，提高数据传输的可靠性和效率。
快速恢复（Fast Recovery）：快速恢复算法是在快速重传后执行的。它的目的是在恢复丢失的报文段后，尽可能快地恢复传输速率。在快速恢复阶段，发送端会将拥塞阈值减半，并将拥塞窗口设置为新的阈值加上3个报文段大小（即cwnd = ssthresh + 3 * MSS）。然后，发送端进入拥塞避免阶段，使传输速率逐渐恢复。

上述算法共同组成了TCP拥塞控制的基本框架。随着网络技术的发展，还有一些改进的拥塞控制算法，如TCP NewReno、TCP Vegas和TCP BBR等。这些算法在原有基础上进行优化，以适应不同网络环境和应用场景的需求。

慢启动，默认cwnd=1，然后在每个传输轮次（即接受到服务端返回的ack后，刚好一个RTT的时间）都2的x次幂增长，直到阈值或者阻塞

拥塞避免，则每个传输伦茨cwnd++

网络拥塞，先设置阈值=当前cwnd/2，然后cwnd被重置为1

例题：

假设TCP拥塞控制算法中，慢开始SST的初始阈值设置为8，当拥塞窗口上升到12时，发送端检测出超时，TCP使用慢开始与拥塞避免。求第1次到第13次传输的拥塞窗口cwnd分别为多少？

第一次传输，cwnd = 1
第二次传输，cwnd = 2
第三次传输，cwnd = 4
第四次传输，cwnd = 8
第五次传输，cwnd = 9
第六次传输，cwnd = 10
第七次传输，cwnd = 11
第八次传输，cwnd = 12
第九次传输，cwnd = 1
第十次传输，cwnd = 2
第十一次传输，cwnd = 4
第十二次传输，cwnd = 6
第十三次传输，cwnd = 7

快恢复和快重传

快恢复： A 发送5个报文给 B，但是B 收不到第2个，于是后面发送的返回包都是第一个报文的seq+1的序列号，也就是说服务端会收到多个重复的第一个报文的确认报文，当收到3个相同确认报文时，就不等待超时计时器到时，而直接发送请求不到的数据包，并且阈值 = cwnd/2

快重传：从阈值 = cwnd/2 开始加法上升

流量控制

流量控制和拥塞控制的区别：

流量控制点对点，拥塞控制多对一

流量控制是单个tcp传输的问题，拥塞则是数据通路上全局的问题

tcp 报文格式

红色比较重要

Http 互联网

url

又称统一资源定位符

<协议>://<主机>:<端口>/<路径>

http

经典面试题：输入Url到返回一个浏览器界面的过程？（天龙八部）

持久连接和非持久连接(keep alive, closed)

返回报文的状态码

1** - 信息，服务器收到请求，需要请求者继续执行操作
2** - 成功
3** - 重定向
4** - 客户端错误，请求包含语法错误或无法完成请求
5** - 服务器错误，服务器在处理请求的过程中发生了错误

tls/ssl

tls握手：

客户端服务端

clienthello

--随机数-加密套件 -》

server hello

《--- 随机数选择的加密方式证书

《------公钥

公钥加密自己生成的预主密钥--》

《---私钥解密得到预主密钥

对此加密，密钥为预主密钥，方式为选中的加密套件

ssh

ssh 密码登录原理，ssh 公钥登录原理：

密码口令登录

　　通过密码进行登录，主要流程为：

　　　　1、客户端连接上服务器之后，服务器把自己的公钥传给客户端

　　　　2、客户端输入服务器密码通过公钥加密之后传给服务器

　　　　3、服务器根据自己的私钥解密登录密码，如果正确那么就让客户端登录

公钥登录

　　公钥登录是为了解决每次登录服务器都要输入密码的问题，流行使用RSA加密方案，主要流程包含：

　　　　1、客户端生成RSA公钥和私钥

　　　　2、客户端将自己的公钥存放到服务器

　　　　3、客户端请求连接服务器，服务器将一个随机字符串发送给客户端

　　　　4、客户端根据自己的私钥加密这个随机字符串之后再发送给服务器

　　　　5、服务器接受到加密后的字符串之后用公钥解密，如果正确就让客户端登录，否则拒绝。这样就不用使用密码了。

邮件系统

发送邮件使用smtp协议

读取邮件使用POP3，IMAP协议

tcp连接端口号是25

tcp,smtp连接过程

1 连接建立

2 邮件发送

3 连接释放

举例

└─$ swaks --body "请您于5月1号前往农行录取遗产" --header "Subject:【中国*********村镇银行】通知" -t tx2878160nazhong2@163.com -f money@*******.com
=== Trying 163mx03.mxmail.netease.com:25...
=== Connected to 163mx03.mxmail.netease.com.
<-  220 163.com Anti-spam GT for Coremail System (163com[20141201])
 -> EHLO LAPTOP-2SBFV1AP.localdomain
<-  250-mail
<-  250-PIPELINING
<-  250-AUTH LOGIN PLAIN
<-  250-AUTH=LOGIN PLAIN
<-  250-coremail 1Uxr2xKj7kG0xkI17xGrU7I0s8FY2U3Uj8Cz28x1UUUUU7Ic2I0Y2UryFDSGUCa0xDrUUUUj
<-  250-STARTTLS
<-  250-SIZE 73400320
<-  250 8BITMIME
 -> MAIL FROM:<money@*******.com>
<-  250 Mail OK
 -> RCPT TO:<tx2878160nazhong2@163.com>
<-  250 Mail OK
 -> DATA
<-  354 End data with <CR><LF>.<CR><LF>
 -> Date: Wed, 03 May 2023 17:20:39 +0800
 -> To: tx2878160nazhong2@163.com
 -> From: money@*******.com
 -> Subject:【中国农业银行同安村镇银行】通知
 -> Message-Id: <20230503172039.000018@LAPTOP-2SBFV1AP.localdomain>
 -> X-Mailer: swaks v20201014.0 jetmore.org/john/code/swaks/
 ->
 -> 请您于5月1号前往农行录取遗产
 ->
 ->
 -> .
<-  250 Mail OK queued as zwqz-mx-mta-g2-0,_____wBXLrtoJ1Jkw51wAg--.35618S2 1683105642
 -> QUIT
<-  221 Bye
=== Connection closed with remote host.