分布式通信基础

1. 分布式通信基础思维导图

　　

2. IP协议

2.1 ICMP协议

　　ICMP协议（Internet Control Message Protocol）,Internet控制报文协议，其作用就是探测网络连接，该协议提供了简单的出错报告信息，发送的出错报文会返回到发送数据的源端，发送端随后可根据ICMP报文确定发生错误的类型，并确定如何才能更号地重发失败的数据包。需要注意的是ICMP只负责报告错误，而如何处理特定的错误，则由发送端自己决定。

2.2 IPV4协议头部

（1）版本：对于IPv4版本的IP协议来说，其值是4

（2）首部长度：用于指定当前IP头部的总长度（单位为32位），由于该字段为4位，所以最大十进制为15，IP协议头部的总长度为15*32/8 = 60字节

（3）服务类型：用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性，该字段的最高3bit用于定义IP优先级，可以定义8种不同的服务优先级。其次第3到第6bit用于定义最低延迟、最高吞吐量、可靠性和最小开销，而最后1bit则必须置0，注意，第3至第6bit的定义中，至多只能有一位置1，应用程序需要根据特定需求来进行置位

（4）长度：定义整个IP数据报的总字长

（5）认证：用于对IP数据报进行唯一标识，其值从一个随机数开始，随着发送的IP数据报每次加1，不过，对于字长超过MTU的IP数据报，拆分后发送的数据报具有相同的认证

（6）标志：该字段长度为3位，第一位为保留字段，第2位置1则表示禁止对IP数据报拆分，如果将该位置置为1，那么网络层将不会对IP数据报进行拆分，取而代之的是返回一个ICMP差错报文，第3位表示是否含有更多的分片，除了最后一个分片以外，其它IP数据报都应该置为1

（7）段偏移量：表示分片相对于原始IP数据报开始处的偏移量

（8）TTL：用于指定数据报到达目的地之前允许经过的最大路由跳数

（9）协议：表示当前上层所使用的协议类型

（10）校验和：通过CRC算法计算出来，用于检查接收到的数据是否正确

（11）源IP地址

（12）目的IP地址

（13）选项：40字节

2.3 路由与转发规则

确定了路由之后，将IP报文封装成数据链路层的帧并转发到对应端口上。

路由匹配规则：

（1）路由最长匹配原则：我们优先选择子网掩码最长的路由表项进行匹配，因为掩码越长，表示网络号越长，代表其网络范围越小，越精确

（2）路由迭代查找原则

（3）默认路由匹配原则：在路由器中加入一条IP地址和子网掩码均为0.0.0.0的路由表项

子网掩码的有趣解释：
　　

作者：车小胖
链接：https://www.zhihu.com/question/56895036/answer/150953183
来源：知乎
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从前有一个地主，有256间房子，地主家的门牌号码是“192.168.1”，那么他家第一间房子的门牌号码是192.168.1.0，第二间是192.168.1.1，…第256间的编号是192.168.1.255。

地主老了，需要把256间房子分给4个儿子，平均分配，每个儿子可以分64间。

请来一位先生主持公道，先生这么来操作：
192.168.1.0-192.168.1.63 分给大儿子
192.168.1.64-192.168.1.127 分给二儿子
192.168.1.128 -192.168.1.191 分给三儿子
192.168.1.192-192.168.1.255 分给四儿子

那如何来描述四个儿子的子网网段呢？
192.168.1.0/26
192.168.1.64/26
192.168.1.128/26
192.168.1.192/26

/26是什么鬼？
255.255.255.192的二进制是多少？ “11111111-11111111-11111111-11”大家数数一共多少个1？不用数了，是26个1，为了简化子网掩码的表示，用/26代替255.255.255.192。

按位与运算
我们来看大儿子的网段192.168.1.0/26是如何得到的？

以大儿子的房间为例：
192.168.1.0-192.168.1.63

二进制表示：
192.168.1.0

11000000.10101000.00000001.00000000

192.168.1.63

11000000.10101000.00000001.00111111

首尾地址完全相同的是多少？
11000000.10101000.00000001.00

数数一共多少位？26位！那么用这个“192.168.1.0/26”就可以表示大儿子所有房间。

对照房间的门牌号码“192.168.1.199”，很显然属于四儿子的。

一个主机192.168.1.199/26 能否和直连主机192.168.1.200/24 通信？可以的，因为都是四儿子的房间。

一个主机192.168.1.199/26 能否和直连主机
192.168.1.1/24 通信？ 不可以，因为一个是大儿子的房间，一个是四儿子的房间，无法直连通信！

3. TCP协议

　　TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，TCP协议支持超时重传和确认机制，确保了发送消息的可靠性

3.1 TCP协议头部结构

　　

3.2 3次握手和4次分手协议

A. 3次握手协议

（1）第一次握手：建立连接时，客户端发送SYN包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号

（2）第二次握手：服务器收到SYN包，必须确认客户SYN(ack=j+1),同时发送一个SYN包（syn=k）,即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态

（3）第三次握手：客户端收到SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED(TCP连接状态)，完成3次握手

B. 4次分手协议

（1）第一次分手：主机1（可以是客户端也可以是服务器），设置Sequence Number和Acknowledge NUmber，向主机2发送一个FIN报文段；此时主机1进入FIN_WAIT_1状态，这表示主机1没有数据要发送到主机2

（2）第二次分手：主机2收到主机1发送的FIN报文段，向主机1回复一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1；主机1进入FIN_WAIT_2状态，主机2告诉主机1，为同意你的关闭请求

（3）第三次分手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入CLOSE_WAIT状态

（4）第四次分手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态，主机2收到主机1的ACK报文段以后就关闭连接，此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，证明server端已正常关闭，那号，主机1也可以关闭连接了