网络架构模型/三握四挥

1) 物理架构模型（网络图）：划分层次

01：核心层：和外网进行互联（和运营商对接）要由冗余能力
02：汇聚层：对接入层数据信息进行汇总可以对流量进行访问控制有冗余能力
03：接入层：和终端设备互联

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2)逻辑的架构模型：

2.1 OSI 7层模型：

01：ISO 国际标准化组织
02：定义一些标准规范，让不同网络公司相互通讯，兼容性问题
03：层次模型有那些：由低到高

- 物理层：定义一些物理连接介质的标准网线光纤
  数据链路层：负责将同一局域网中不同主机的数据传输---交换机--二层设备
  网络层：路由协议负责将不同网络中的数据进行传输---路由器--三层设备
  传输层：分段重组
  会话层：建立会话
  表示层：加密/解密压缩处理/解压缩
  应用层：数据---- 电影 1G
  
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2.2 TCP/IP 4层模型：由低到高

- 数据接入层
  互联网层
  主机到主机层（TCP UDP）
  应用层

01.TCP/UDP协议说明：

- TCP 传输控制协议、面向连接的协议（同步传输）、可靠的传输层协议传输效率低
  UDP 用户报文协议、无连接协议（异步传输）、不可靠的传输层协议传输效率高

系统中：
异步传输数据：类似于离线传输不需要进行确认

- 优点：传输效率较高
  缺点：安全性不高

同步传输数据：类似于在线传输需要进行确认

- 优点：安全性高
  缺点：传输效率较低

02.TCP协议重要的原理

1）TCP三次握手过程 --- 完成网络连接建立

- TCP 报文结构：
  a 源端口地址：返回数据包的目标端口地址
  b 目标端口地址：要和服务端的那个网络服务建立连接
  端口的数值范围： 1~65535 是通过报文结构获知的
  根据报文结构：源端口和目标端口各占用16bit
  公式：2的n次方 n占用了多少bit
  占用了1bit
  端口范围： 0 1 两种 2的1次方=2 0-1
  占用了2bit
  端口范围： 00 11 01 10 四种 2的2次方=4 0-3
  占用了3bit
  端口范围： 000（0） 001（1） 010（2） 011（3） 100（4） 101（5） 110（6） 111（7）八种二进制换十进制 2的3次方=8 0-7
  占用了16bit
  端口范围：2的16次方=65536 0-65535 ---- 1--- 65535 0号端口不被使用

1.1

Sequence Number（序列号）
Acknowledgement Number（确认号）

特殊6bit作为报文结构中的控制位：

syn --------- 请求建立连接控制字段
ack --------- 表示确认控制字段
fin --------- 请求断开连接控制字段
说明：控制字段数值为1表示控制功能开启默认为0

三次握手的详细过程：

- 第一次握手：
  发送TCP数据报文客户端 ---->服务端
  TCP数据报文中，需要将syn控制字段改为1
  TCP数据报文中，需要将seq序列号信息进行发出 seq=x
- 第二次握手：
  发送TCP数据报文服务端 -----> 客户端
  TCP数据报文中，需要将ack控制字段改为1
  TCP数据报文中，同时将syn控制字段改为1
  TCP数据报文中，同时将ack确认信息发出 ack=x+1
  TCP数据报文中，同时将seq序列号信息发出 seq=y
- 第三次握手：
  发送TCP数据报文客户端 -----> 服务端
  TCP数据报文中，需要将ack控制字段改为1
  TCP数据报文中，同时将ack确认号信息发出 ack=y+1
  TCP数据报文中，同时将seq序列号信息发出 seq=x+1
  
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2）TCP四次挥手过程 --- 完成网络连接断开

- 第一次挥手：
  发送TCP数据报文客户端 --- > 服务端
  TCP数据报文中，需要将fin控制字段改为1
  TCP数据报文中，同时将ack控制字段改为1（包含seq喝ack确认号信息）
- 第二次挥手：
  发送TCP数据报文服务端 ---- >客户端
  TCP数据报文中，需要将ack控制字段改为1
- 第三次挥手：
  发送TCP数据报文，服务端 ----- > 客户端
  TCP数据报文中，需要将ack控制字段改为1
  TCP数据报文中，同时将fin控制字段改为1
- 第四次挥手：
  发送TCP数据报文客户端 --- > 服务端
  TCP数据报文中，发送ack控制字段改为1
  
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TCP 11种状态集转换

TCP三次握手过程: 服务端和客户端状态变化(5种状态变化)

 第一历程: 初始状态信息
客户端状态为: closed
服务端状态为: closed

第二历程: 服务端开启相应服务
服务端状态为: closed -- LISTEN

第三历程: 发送建立连接请求(客户端) == 三次握手第一次
客户端发送syn信息
客户端状态为: closed -- syn_sent

第四历程: 接收建立连接请求(服务端) == 三次握手第二次
服务端接受syn信息, 发送确认以及请求建立连接信息(ack syn)
服务端状态为: LISTEN -- syn_rcvd

 第五历程: 发送最后确认信息(客户端) == 三次握手第三次
客户端发送ack信息
客户端状态为: syn_sent -- established

第六历程: 接收最后确认信息(服务端) 
服务端接收ack信息
服务端状态为: syn_rcvd -- established
结论: 只有服务端和客户端都统一处于established连接建立状态, 才能正常传输数据信息

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TCP四次挥手过程：服务端喝客户端服务状态变化

第一个历程：初始化状态信息
客户端状态：established
服务端状态：established

第二个历程：发送断开连接请求（客户端）==== 四次挥手第一次
客户端发送fin请求断开连接字段
客户端状态为：established  -- fin_wait1（等待状态）

第三个历程：接收断开连接请求（服务端）====  四次挥手第二次
服务端接收fin请求断开连接字段  发出确认信息（ack=1）
服务端状态为：established ---   close_wait

第四个历程：接受确认断开信息（客户端）
客户端接收服务端发出的确认信息（ack=1）
客户端状态为：  fin_wait  --  fin_wait2

第五个历程：发送断开连接请求（服务端）=== 四次挥手第三次
服务端发送fin请求断开连接字段   同时还会再次发送确认字段
服务端状态为： close_wait --- last_ack（等待最后一个ack）

第六个历程：接受断开连接请求（客户端）发送最后确认信息===四次挥手第四次
客户端接收断开连接请求  同时发送最后确认信息 （ack=1）
客户端状态为：fin_wait2 --- time_wait（等待时间  ）

第七个历程：接受最后确认信息（服务端）
服务端状态为：last_ack--- closed

第八个历程：等待时间结束
客户端状态为：time_wait---- closed

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为什么要由time_wait状态？

避免last_ack 状态信息在系统中产生堆积
在time_wait等待状态时不听的发送ack信息
等待状态结束，自动由time_wait转换成closed
如何保证数据传输可靠信？利用ack状态信息

补充:

1）当客户端fin_wait1状态直接接收到fin和ack信息
2）客户端状态： fin_wait1 ---- closing (替换了fin_wait2)
3）客户端状态：closing（替换了fin_wait2）--- time_wait --- closed