网络总结

TCP/IP四层协议#

1. 应用层：HTTP、FTP、SMTP、POP3、DNS...
2. 传输层：TCP、UDP
3. 网络层：ICMP、IP
4. 网络接口层：ARP、RARP、IEEE802、FDDI...

DNS#

DNS服务器层次结构#

DNS的层级结构如下

1. 根DNS服务器：记录每个顶级域名DNS服务器的地址
2. 顶级DNS服务器（TLD）：记录各个权威DNS服务器的地址
3. 权威服务器：各个接入网络的权威机构提供的DNS服务器

DNS请求路径#

1. 主机请求本地ISP的DNS服务器，它将你的请求转发到DNS服务器层次结构中的根DNS服务器
2. 根DNS服务器通过你域名的结尾找到TLD DNS服务器
3. TLD DNS服务器根据详细的域名找到相应负责的权威DNS服务器
4. 权威DNS服务器解析域名的IP

除了本地ISP这一环节，DNS请求路径是自顶向下的。

DNS请求解析方式的不同#

上面的四个步骤有可能是迭代的，有可能每一个服务器找到其它的DNS服务器后，直接返回一个NS记录给ISP DNS服务器，ISP再主动根据这个NS记录去找另一个DNS服务器，最终解析到一个A记录返回给你。

这个过程也有可能是递归的，每一个服务器向另一个服务器请求后直接拿到结果，各个DNS服务器逐层调用逐层返回。

DNS缓存#

DNS提供缓存，当一个DNS服务器请求其它服务器进行解析时，会缓存解析的结果。

TCP#

序号和确认号#

• 序号：本次发送数据包载荷中第一个字节在所有内容中的偏移量
• 确认号：接收端用于表示它期望接受的下一个字节，在这个偏移量之前的数据都已经正确接收

连接管理#

三次握手#

略

四次挥手#

具体过程略

注意四次挥手的主动发起方有一个2MSL（最大段生存周期）的TIME_WAIT阶段用于等待被动方确认收到了自己的最后一个ACK。如果使用反向代理或其它需要服务器关闭TCP连接的技术，请注意这个问题，并使用如下方法解决：

1. 使用keepalive连接
2. 使用SO_REUSEADDR选项
3. 设置内核参数，缩减TIME_WAIT阶段的时间

还有四次挥手是双方协商的过程，所以在FIN_WAIT_2阶段也有可能由于被动关闭方不发送FIN而一直等待，在linux中，设置net.ipv4.tcp_fin_timeout可以设置这个阶段的等待时间

ACK定时器设置——往返时间预测#

• SampleRTT：采样某一次往返的时间
• EstimatedRTT：对SampleRTT进行加权平均运算得到的估计值，能更好的适应网络波动
• DevRTT：记录SampleRTT与计算后的EstimatedRTT偏离的程度，该值展示了网络波动的程度，用于稍后在定时时间的计算中留出应对波动的余量

最终，ACK的往返时间为：$EstimatedRTT + 4\times DevRTT$

流量控制#

用于在接收方接收速率低于发送方发送速率时遏制发送方的速率

在接收方ACK的头部的$rwnd$字段中，显示了它可用的缓存窗口还有多大：

$$rwnd=RcvBuffer - (LastByteRcvd - LastByteRead)$$

而发送方要保证：

$$LastByteSent - LastByteAcked \leq rwnd$$

当发送方发现接收方的$rwnd = 0$时，它必须发送一个1字节的提醒报文，来通知接收方赶紧清空缓存，然后重新发送一个ACK报文段

拥塞控制#

概述#

由于网络层没提供任何支持，TCP只能根据一些拥塞发生时可能出现的现象，如丢包、超时、分组时延来作为判断拥塞的依据

就像$rwnd$代表接收端窗口，$cwnd$代表拥塞窗口，所以，发送方要保证：

$$LastByteSent - LastByteAcked \leq min(cwnd, rwnd)$$

当出现超时事件或冗余ACK时，发送方认为丢包发生了

而当：

1. 超时或冗余ACK发生时，增加$cwnd$
2. 正常ACK到达，减少$cwnd$

慢启动#

$cwnd$直接代表了发送方的发送速率，在慢启动阶段，设置$cwnd$的初始值为$1MSS$（最大报文长度），然后每次接到正常ACK都将$cwnd$增加1MSS，这是一个指数级增长，因为发送速率变大也会导致接收速率变大

1. 当发送速率到达$ssthresh$时，转移到拥塞避免模式
2. 当检测到拥塞时，减少$ssthresh=cwnd/2$，重启慢启动过程
3. 检测到3个冗余ACK，执行快速重传，进入快速恢复状态

拥塞避免#

这个阶段，每个RTT（往返时间）将$cwnd$增加1MSS

1. 出现超时时，$ssthresh=cwnd/2，cwnd=1MSS$
2. 出现3个冗余ACK，$ssthresh=cwnd/2, cwnd=cwnd/2$，进入快速恢复状态

快速恢复#

快速恢复阶段不是TCP必须要求实现的阶段，所以没学过