第一章.網絡基礎
1.1 網絡類型分類
網絡按照二層鏈路類型分為以下四種：
多點接入網絡（MA）：
1，廣播型多點接入（BMA）：如以太網，支持廣播，設備通過MAC地址通信，適合局域網。
2，非廣播型多點接入（NBMA）：如幀中繼，不支持廣播，需手動配置鄰居，常用于廣域網。
點到多點網絡（P2MP）：由其他網絡類型手動配置，需指定鄰居。
點到點網絡（P2P）：僅兩臺設備，通過串行接口（serial）連接，使用串行線，常用于廣域網。
1.傳輸標準：
?E1：2.048Mbps（歐洲標準）。
?T1：1.544Mbps（北美標準）。
1.2 數據鏈路層協議
以太網協議
·定義：傳輸以太網幀的局域網協議。
·特點：
支持廣播，多設備通過MAC地址區分。
使用頻分技術，傳輸速率高（10Mbps到100Gbps）。
?幀結構：
以太網Ⅱ幀：類型字段標識上層協議（如IP）。
?802.3幀：含LLC子層，提供分片和幀類型號。
HDLC協議
定義：高級數據鏈路控制協議，私有協議，不同廠商不兼容。
特點：
支持透明傳輸，幀格式統一，效率高。
?無驗證機制，安全性較低。
應用：常用于點到點廣域網連接。
PPP協議
定義：點到點協議，公有協議，所有廠商兼容。
特點：
?支持同步/異步線路。
?支持驗證（PAP/CHAP）和錯誤檢測。
?支持IP地址協商（如IPCP）。
?無重傳機制，網絡開銷小。
組成：
?LCP（鏈路控制協議）：協商鏈路參數（如MTU）。
?NCP（網絡控制協議）：協商網絡層參數（如IP地址）。
工作過程：
1.LCP建立：協商鏈路參數。
2.認證（可選）：
PAP：兩次握手，密碼明文，安全性低。
CHAP：三次握手，加密傳輸，安全性高。
3.NCP協商：分配IP地址等。
·應用：用于撥號連接（如PPP?E）或點到點廣域網。
·PPP的CHAP使用挑戰-響應機制（MD5加密），比PAP更安全。
·HDLC和PPP均使用FCS（幀校驗序列）檢測錯誤。
第二章 TCP協議
2.1 TCP協議概述
TCP（傳輸控制協議）是一種可靠的傳輸層協議，特點如下：
·面向連接：傳輸前需建立邏輯連接。
·可靠傳輸：通過確認、重傳、流控等機制確保數據不丟失。
·點到點：每條連接只有兩個端點。
·全雙工：支持雙向同時通信。
·面向字節流：以字節為單位傳輸數據。
TCP適合需要高可靠性的場景（如HTTP、FTP）。
對比UDP：無連接、不可靠、開銷小，適合實時應用（如DNS、視頻流）。
2.2 TCP報文結構
TCP報文頭部包含以下關鍵字段：
字段 長度 描述
源端口號 16位 發送方端口號
目標端口號 16位 接收方端口號
序列號 32位 報文段的字節序號
確認號 32位 期望收到的下一個字節序號
首部長度 4位 TCP頭部長度（單位：4字節，最大60字節）
控制位 6位 URG/ACK/PSH/RST/SYN/FIN標志
窗口大小 16位 接收方的可用緩沖區大小
校驗和 16位 驗證數據完整性
緊急指針 16位 緊急數據的位置
選項 可變 可選字段（如MSS、時間戳）
控制位作用：
?URG：緊急數據優先。
?ACK：確認號有效。
?PSH：盡快推送數據到應用層。
?RST：重置連接（異常終止）。
?SYN：發起連接。
?FIN：釋放連接。
·四元組：源IP、源端口、目標IP、目標端口，唯一標識一條TCP連接。
2.3 TCP可靠傳輸機制
連接確認
·通過ACK報文（ACK=1）確認數據接收，確認號指明期望的下一字節。
重傳機制
·超時重傳：
?RTT：發送到收到確認的往返時間。
?RT?：超時重傳時間，動態調整，略大于RTT。
?網絡擁塞時，RT?加倍以緩解壓力。
·快速重傳：
?接收方連續發送3個冗余ACK，發送方立即重傳丟失數據。
流控機制
·滑動窗口：接收方通過窗口字段（rwnd）通知發送方可發送數據量。
·零窗口：緩沖區滿時，窗口設為0，暫停發送。
·堅持定時器：定期探測窗口更新，避免死鎖。
??
·實際發送窗口 = min(cwnd, rwnd)，其中cwnd為擁塞窗口。
·零窗口可能導致死鎖，TCP通過堅持定時器解決。
2.4 TCP擁塞控制
·擁塞判斷：
?數據包超時。
?收到3個冗余ACK。
·擁塞窗口（cwnd）：動態調整發送速率，實際發送窗口 = min(cwnd, rwnd)。
擁塞控制階段
1.慢啟動：
?初始cwnd = 1 MSS（最大分段大小）。
?每收到一個ACK，cwnd翻倍（指數增長）。
?達到慢啟動門限（ssthresh）后進入擁塞避免。
2.擁塞避免：
?cwnd每RTT加1 MSS（線性增長）。
3.快速恢復：
?收到3個冗余ACK后，cwnd減半，繼續發送數據。
·ssthresh控制慢啟動到擁塞避免的切換。
·常見算法（如Ren?）優化擁塞控制，HCIA常考Ren?。
2.5 TCP連接管理
三次握手（建立連接）
1.客戶端發送SYN=1（序列號=x）。
2.服務器回復SYN=1, ACK=1（序列號=y，確認號=x+1）。
3.客戶端發送ACK=1（確認號=y+1）。
·目的：確認雙方收發能力，初始化隨機序列號（ISN）防止舊連接干擾。
四次揮手（釋放連接）
1.主動方發送FIN=1（序列號=x）。
2.被動方回復ACK=1（確認號=x+1）。
3.被動方發送FIN=1（序列號=y）。
4.主動方回復ACK=1（確認號=y+1）。
·MSL（最長報文段壽命）：默認2分鐘，TIME_WAIT狀態持續2MSL。
·?FIN報文消耗一個序列號，確保可靠性。
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