IP&TCP知识

1. IP：

• IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”
• IP地址分类：A类地址、B类地址、C类地址、D类地址、E类地址
  • A类地址分配给规模特别大的网络使用，B类地址分配给一般的中型网络，C类地址分配给小型网络，如局域网，C类地址分配给小型网络，如局域网。
• IP地址 = 网络地址 + 主机地址
  • 一个C类IP地址：192.168.1.1，网络地址：192.168.1.0、主机地址：0.0.0.1

2. 子网掩码：

• 子网掩码是一个32位的2进制数 ，它必须结合IP地址一起使用。
• 子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成“网络地址”和“主机地址”两部分
  • 原因：很多时候，你并不知道这个IP地址究竟是A类、B类还是C类，子网掩码的作用就出现了，子网掩码通过和IP地址的“与”运算，求出主机地址是多少
• 计算公式：网络地址 = IP & 子网掩码

• 默认子网掩码

广播地址：

• 广播地址是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址
• 广播地址是该子网主机地址全1的地址，即子网中最大的地址
• 计算方式：广播地址 = (~子网掩码) | 网络地址

参考文章：

【计算机网络】IP地址和子网掩码的关系_子网掩码和ip地址的关系-CSDN博客

3. TCP：

        它是一个面向连接的可靠的传输协议。既然是一个可靠的传输协议就需要对数据进行确认。

TCP报文头部：

TCP三次握手详解-深入浅出：

TCP三次握手详解-深入浅出(有图实例演示)-CSDN博客

tcpdump命令观察三次握手：

tcpdump -i lo -nn port 82

        第三次握手tcpdump显示的是相对的顺序号。为了便于观察我们需要把tcpdump的顺序号变为绝对的顺序号，需要加-S参数。

tcpdump -i lo -nn port 82 -S

一段报文：

tcpdump -i lo -nn  port 82 -S报文分析：
 
Client第一次握手： SYN      【mss 最大报文段长度 sackOK 发送端支持并同意使用SACK nop是一个空操作选项  wscale 发送端使用的窗口扩大因子为2 】
11:11:05.489187 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [S], seq 543067661, win 43690, options [mss 65495,sackOK,TS val 2727838923 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
Server第一次握手（第二次握手）： ACK + SYN
11:11:05.489193 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [S.], seq 3824468340, ack 543067662, win 43690, options [mss 65495,sackOK,TS val 2727838923 ecr 2727838923,nop,wscale 7], length 0
Client第二次握手（第三次握手）：ACK
11:11:05.489201 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824468341, win 342, options [nop,nop,TS val 2727838923 ecr 2727838923], length 0
 
Client推送数据
11:11:05.489218 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [P.], seq 543067662:543068498, ack 3824468341, win 342, options [nop,nop,TS val 2727838923 ecr 2727838923], length 836
11:11:05.489221 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [.], ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838923 ecr 2727838923], length 0
11:11:05.502259 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824468341:3824469504, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838923], length 1163
11:11:05.502263 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824469504, win 1365, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838936], length 0
11:11:05.502289 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824469504:3824470528, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838936], length 1024
11:11:05.502292 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824470528, win 1383, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838936], length 0
11:11:05.503068 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824470528:3824471552, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838936], length 1024
11:11:05.503071 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824471552, win 1399, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838936], length 0
11:11:05.503079 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824471552:3824472576, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838936], length 1024
11:11:05.503081 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824472576, win 1415, options [nop,nop,TS val 2727838936 ecr 2727838936], length 0
11:11:05.503100 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824472576:3824473600, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838936], length 1024
11:11:05.503101 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824473600, win 1431, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503108 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824473600:3824474624, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503110 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824474624, win 1447, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503117 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824474624:3824475648, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503118 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824475648, win 1463, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503153 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824475648:3824476672, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503155 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824476672, win 1479, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503161 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824476672:3824477696, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503163 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824477696, win 1495, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503169 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824477696:3824478720, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503171 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824478720, win 1511, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503177 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824478720:3824479744, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503179 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824479744, win 1527, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503185 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824479744:3824480768, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503186 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824480768, win 1543, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503193 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824480768:3824481792, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
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11:11:05.503201 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824481792:3824482816, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
11:11:05.503203 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [.], ack 3824482816, win 1575, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.503209 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [P.], seq 3824482816:3824483840, ack 543068498, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838937 ecr 2727838937], length 1024
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11:11:05.504534 IP 10.0.8.11.60774 > 10.0.8.11.82: Flags [F.], seq 543068498, ack 3824495906, win 1783, options [nop,nop,TS val 2727838938 ecr 2727838937], length 0
11:11:05.504540 IP 10.0.8.11.82 > 10.0.8.11.60774: Flags [.], ack 543068499, win 355, options [nop,nop,TS val 2727838938 ecr 2727838938], length 0

4. TCP窗口机制：

4.1  窗口机制的由来与概念：

如果每次传输数据只能发送一个MSS，就等待接收方的ACK，会极大的影响传输的速率。所以在发送数据时，最好将所有的数据全部发送出去，然后再一起确认。但是现实中确实会存在一些限制：

• • 接收方的缓存（接收窗口）可能已经满了，无法接收数据。
  • 网络的带宽也不一定足够大，一次发太多会导致丢包事故。

一次性能发送的数据量就是TCP的发送窗口。（TCP窗口的概念）

TCP在进行数据传输时，都是先将数据放在数据缓冲区中，TCP维护了两个缓冲区，发送方缓冲区和接收方缓冲区。

• • 发送方缓冲区：用于存储"已经准备就绪数据"和"发送了但是没有被确认"的数据。
  • 接收方缓冲区：用于存储"已经被接收但是还没有被用户进程消费"的数据。

4.2 窗口分类：

• 固定的窗口，窗口大小是指我们一次传输几个数据。
• 滑动的窗口

4.3 滑动窗口机制：

滑动窗口机制是TCP的一种流量控制方法，该机制允许发送方，在停止并等待确认前，连续发送多个分组，而不必每发送一个分组就停下来等待确认，从而增加数据传输的速率，提高应用的吞吐量。

滑动窗口下，TCP包的四种状态：

• 已发送并且已经确认的包。
• 已发送但是没有确认的包。
• 未发送但是可以发送的包。
• 不允许被发送的包。

滑动窗口下，几个窗口的概念：

• 接收方窗口：由接收方通告窗口的大小，这个窗口称为提出窗口，也成接收方窗口。接收方提出的窗口，受被接收的缓冲区影响，如果数据没有被用户进程使用，那么接收方通告的窗口就会相应得到减小。
• 发送窗口取决于接收方窗口的大小。
• 可用窗口的大小 = 接收方窗口的大小 - 发送但是没有被确认的数据包大小。

滑动窗口机制示意流量图：

滑动窗口的动态性：

零窗口（TCP Zero Window）：

在接收方窗口大小变为0的时候，发送方就不能再发送数据了。但是当接收方窗口恢复的时候发送方要怎么知道那？在这个时候TCP会启动一个零窗口（TCP Zero Window）定时探测器，向接收方询问窗口大小，当接收方窗口恢复的时候，就可以再次发送数据。

 参考文章：https://blog.csdn.net/weixin_39666931/article/details/111108341