第一章.网络基础
1.1 网络类型分类
网络按照二层链路类型分为以下四种：
多点接入网络（MA）：
1，广播型多点接入（BMA）：如以太网，支持广播，设备通过MAC地址通信，适合局域网。
2，非广播型多点接入（NBMA）：如帧中继，不支持广播，需手动配置邻居，常用于广域网。
点到多点网络（P2MP）：由其他网络类型手动配置，需指定邻居。
点到点网络（P2P）：仅两台设备，通过串行接口（serial）连接，使用串行线，常用于广域网。
1.传输标准：
E1：2.048Mbps（欧洲标准）。
T1：1.544Mbps（北美标准）。
1.2 数据链路层协议
以太网协议
·定义：传输以太网帧的局域网协议。
·特点：
支持广播，多设备通过MAC地址区分。
使用频分技术，传输速率高（10Mbps到100Gbps）。
帧结构：
以太网Ⅱ帧：类型字段标识上层协议（如IP）。
802.3帧：含LLC子层，提供分片和帧类型号。
HDLC协议
定义：高级数据链路控制协议，私有协议，不同厂商不兼容。
特点：
支持透明传输，帧格式统一，效率高。
无验证机制，安全性较低。
应用：常用于点到点广域网连接。
PPP协议
定义：点到点协议，公有协议，所有厂商兼容。
特点：
支持同步/异步线路。
支持验证（PAP/CHAP）和错误检测。
支持IP地址协商（如IPCP）。
无重传机制，网络开销小。
组成：
LCP（链路控制协议）：协商链路参数（如MTU）。
NCP（网络控制协议）：协商网络层参数（如IP地址）。
工作过程：
1.LCP建立：协商链路参数。
2.认证（可选）：
PAP：两次握手，密码明文，安全性低。
CHAP：三次握手，加密传输，安全性高。
3.NCP协商：分配IP地址等。
·应用：用于拨号连接（如PPP E）或点到点广域网。
·PPP的CHAP使用挑战-响应机制（MD5加密），比PAP更安全。
·HDLC和PPP均使用FCS（帧校验序列）检测错误。
第二章 TCP协议
2.1 TCP协议概述
TCP（传输控制协议）是一种可靠的传输层协议，特点如下：
·面向连接：传输前需建立逻辑连接。
·可靠传输：通过确认、重传、流控等机制确保数据不丢失。
·点到点：每条连接只有两个端点。
·全双工：支持双向同时通信。
·面向字节流：以字节为单位传输数据。
TCP适合需要高可靠性的场景（如HTTP、FTP）。
对比UDP：无连接、不可靠、开销小，适合实时应用（如DNS、视频流）。
2.2 TCP报文结构
TCP报文头部包含以下关键字段：
字段 长度 描述
源端口号 16位 发送方端口号
目标端口号 16位 接收方端口号
序列号 32位 报文段的字节序号
确认号 32位 期望收到的下一个字节序号
首部长度 4位 TCP头部长度（单位：4字节，最大60字节）
控制位 6位 URG/ACK/PSH/RST/SYN/FIN标志
窗口大小 16位 接收方的可用缓冲区大小
校验和 16位 验证数据完整性
紧急指针 16位 紧急数据的位置
选项 可变 可选字段（如MSS、时间戳）
控制位作用：
URG：紧急数据优先。
ACK：确认号有效。
PSH：尽快推送数据到应用层。
RST：重置连接（异常终止）。
SYN：发起连接。
FIN：释放连接。
·四元组：源IP、源端口、目标IP、目标端口，唯一标识一条TCP连接。
2.3 TCP可靠传输机制
连接确认
·通过ACK报文（ACK=1）确认数据接收，确认号指明期望的下一字节。
重传机制
·超时重传：
RTT：发送到收到确认的往返时间。
RT ：超时重传时间，动态调整，略大于RTT。
网络拥塞时，RT 加倍以缓解压力。
·快速重传：
接收方连续发送3个冗余ACK，发送方立即重传丢失数据。
流控机制
·滑动窗口：接收方通过窗口字段（rwnd）通知发送方可发送数据量。
·零窗口：缓冲区满时，窗口设为0，暂停发送。
·坚持定时器：定期探测窗口更新，避免死锁。
·实际发送窗口 = min(cwnd, rwnd)，其中cwnd为拥塞窗口。
·零窗口可能导致死锁，TCP通过坚持定时器解决。
2.4 TCP拥塞控制
·拥塞判断：
数据包超时。
收到3个冗余ACK。
·拥塞窗口（cwnd）：动态调整发送速率，实际发送窗口 = min(cwnd, rwnd)。
拥塞控制阶段
1.慢启动：
初始cwnd = 1 MSS（最大分段大小）。
每收到一个ACK，cwnd翻倍（指数增长）。
达到慢启动门限（ssthresh）后进入拥塞避免。
2.拥塞避免：
cwnd每RTT加1 MSS（线性增长）。
3.快速恢复：
收到3个冗余ACK后，cwnd减半，继续发送数据。
·ssthresh控制慢启动到拥塞避免的切换。
·常见算法（如Ren ）优化拥塞控制，HCIA常考Ren 。
2.5 TCP连接管理
三次握手（建立连接）
1.客户端发送SYN=1（序列号=x）。
2.服务器回复SYN=1, ACK=1（序列号=y，确认号=x+1）。
3.客户端发送ACK=1（确认号=y+1）。
·目的：确认双方收发能力，初始化随机序列号（ISN）防止旧连接干扰。
四次挥手（释放连接）
1.主动方发送FIN=1（序列号=x）。
2.被动方回复ACK=1（确认号=x+1）。
3.被动方发送FIN=1（序列号=y）。
4.主动方回复ACK=1（确认号=y+1）。
·MSL（最长报文段寿命）：默认2分钟，TIME_WAIT状态持续2MSL。
· FIN报文消耗一个序列号，确保可靠性。
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