常见协议

常见协议思维导图，包括无线协议标准、以太网协议、PPP协议、ARP协议、IP协议、TCP协议、UDP协议的优缺点、工作方式等内容。

常见协议

• 无线协议标准
  • 802.11标准
    • IEEE802.11a
      • 高速WLAN协议，使用5G赫兹频段
      • 缺点：与802.11b不兼容
    • IEEE802.11b
      • 当前最流行的WLAN协议，使用2.4G赫兹频段
    • IEEE802.11e
      • 基于WLAN的QoS协议，通过该协议802.11a，b，g能够进行VoIP
      • 该协议通过无限数据网实现语音通话功能的协议
    • IEEE802.11g
      • 战胜了802.11a成为下一步无限数据网的标准
    • IEEE802.11n
      • 速度与天线的个数有关
    • IEEE802.11ac
      • 无线局域网5GHz通信标准
  • 蓝牙标准（bluetooth）
  • HomeRF标准（家庭网络）
• 以太网协议
  • 原理
    • 采用共享信道的方法，即多台主机共同一个信道进行数据传输
  • 以太网采用IEEE802.3标准规定了CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议
    • 原理
      • 先听后说，边听边说；一旦冲突，立即停说；等待时机，然后再说
      • 1.载波监听:监听总线上是否有别的节点发送数据。
      • 2.冲突检测:当两个或两个以上的节点同时监听到总线空闲时，开始发送数据时就会发生碰撞，如果每个发送节点边发送边监听，在监听到冲突后立马停止发送，就可以提高信道的利用率
  • 以太网帧格式
    • 目的MAC地址+源MAC地址+以太网类型+数据
• PPP协议
  • 数据链路层协议
  • 点对点协议
    • 在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法
  • 功能
    • PPP具有动态分配IP地址的能力，允许在连接时刻协商IP地址
    • PPP支持多种网络协议，比如TCP/IP、NetBEUL、NWLINK等
    • PPP具有错误检测能力，但不具备纠错能力，所以PPP是不可靠传输
    • 无重传的机制，网络开销小，速度快
    • PPP具有身份验证功能
    • PPP可以用于多种类型的物理介质上，包括串口线、电话线、移动电话和光纤
    • PPP用于Internet接入
  • 特点
    • 是一种点对点串行通信协议
    • 具有处理错误检测、支持多个协议、允许在连接时刻协商IP地址、允许身份认证等功能
    • 是一种面向字符类型的协议
  • 帧格式
    • 了解
• ARP协议
  • 介于数据链路层与网络层之间的协议
  • 地址解析协议
    • 根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议
  • 功能
    • 使用地址解析协议，可根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息解析出来目标MAC地址，以保证通信的顺利进行
  • 工作原理
    • ARP缓存表有生存期300s
    • 确定目的IP地址，然后查询PC自身的ARP缓存表里有没有匹配的MAC地址
    • 如果在PC的ARP缓存表里没有目标主机对应的MAC地址，会以广播的形式发送请求信息，发送给所有主机，有些主机发现IP地址与自己不匹配会直接丢弃。
    • 当目标主机收到来自源PC发来的ARP请求时，会在第一时间检查是不是给你的请求，是的话接受，然后会把源PC的IP地址和源MAC地址先放入自己的ARP缓存表里
    • 目标主机会直接以单播的形式向源主机发送回复消息
    • 源主机收到来自目标主机的回复时，会吧目标主机的IP和MAC地址放入自己的ARP缓存表
    • 整个ARP请求和回复的过程
• IP协议
  • 网络层协议
  • 网络之间互连的协议
    • 为了提高网络的可扩展性
    • 是TCP/IP体系中网络层协议
  • IP只为主机提供一种无连接、不可靠、尽力而为的数据包传输服务
  • 内容
    • IP编址方案
    • 分组封装格式
    • 分组转发规则
  • 服务
    • IP信息的传送
      • 信息包的传送方式
        • 单点传送
        • 广播传送
        • 多点传送
    • IP信息得动分割与重组包
  • 协议版本
    • IPv4
    • IPv6
  • 优点
    • 结构简单、安全高效、传输成本低
• TCP协议
  • 传输层协议
  • 传输控制协议
    • 面向连接、可靠的、基于字节流的传输层通信协议
  • 传输过程
    • 当应用层向传输层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，TCP则把数据流分割成适当长度的报文段，最大长度的报文段大小通常会收到计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元（MTU）限制。
  • 可靠性
    • 为了保证可靠性，会给每个包一个序号，同时序号也保证了接收端接受时的有序性； 然后接收端会对已成功的字节发挥一个相应的确认（Ack）； 如果，发送端在合理的往返时延内没有收到确认，那么就会假设数据丢失，会被重传。
  • 主要特点
    • 基于流的方式
    • 面向连接
    • 可靠通信方式
    • 在网络状况不佳的时候尽量降低系统由于重传带来的带宽开销
    • 通信连接维护是面向通信的两个端点，而不考虑中间段和字点
  • 为了满足协议的特点，做出以下规定
    • 数据分片
      • 在发送端对用户数据进行分片，在接收端进行重组，由TCP确定分片的大小并控制分片和重组
    • 到达确认
      • 接收端接收到分片数据时，根据分片数据序号向发送端发送一个确认
    • 超时重发
      • 发送方在发送分片时启动超时定时器，如果在定时器超时之后没有收到相应的确认，重发分片
    • 滑动窗口
      • TCP连接每一方的接收缓冲空间大小都固定，接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，TCP在滑动窗口的基础上提供流量控制，防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出
    • 失序处理
      • 作为IP数据报来传输的TCP分片到达时可能会失序，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层
    • 重复处理
      • 作为IP数据报来传输的TCP分片会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据
    • 数据校验
      • TCP将保持它首部和数据的检验和，这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到分片的检验和有差错，TCP将丢弃这个分片，并不确认收到此报文段导致对端超时并重发
  • 工作方式
    • 建立连接：三次握手
      • 客户端发送SYN（随机产生序列号X）报文给服务器端
      • 服务器接收到SYN报文，会回应一个SYN（随机产生序列号Y）和一个ACK（X+1)报文
      • 客户端收到服务器的SYN报文，回应一个ACK（Y+1)报文，建立起连接
    • 连接终止：四次挥手
      • 请求端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕
      • 接收端接收到这个FIN的对端执行 “被动关闭”，这个FIN由TCP确认
      • 一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN
      • 接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN
  • TCP的可靠性
    • 数据被分割成TCP认为最合适的数据块
    • TCP发出一个段后，会启动一个定时器，会等待目标端确认收到这个数据，如果不能及时收到数据，会对数据段进行重传
    • 保持它的首部和数据的校验和
    • 因为分为数据段进行传输，会难免的失序，TCP会对收到的数据进行重新排序，将正确的数据顺序交给应用层
    • 因为IP数据包会出现重复，所以TCP端必须丢掉重复的数据
    • TCP还会进行流量控制
• UDP协议
  • 传输层协议
  • 无连接，不可靠，快速传输
  • 用户数据报协议
    • 无需建立连接就可以发送封装的IP数据包的方法
    • 无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务
  • 缺点
    • 不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序
    • 无法确认数据包是否安全完整的传送到
    • 可靠性差
  • 常用的端口号
    • 53（DNS)
    • 69(TFTP)
    • 161(SNMP）
  • 特点
    • 无链接、不可靠
    • 一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息
    • 速度快，可以传送比较小的数据
    • 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机的性能限制
    • 面向报文