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HCIA/IP(一二章)笔记

ds 2025/7/23 14:04:18

一、TCP 协议核心特性与机制

TCP（传输控制协议）是面向连接的可靠传输协议，其核心设计围绕 “可靠传输” 和 “网络适应性” 展开，主要特性如下：

TCP 协议的扩展
1. 面向连接
  1. TCP 传输数据前需建立点到点的逻辑连接，非物理连接。
  2. 点到点指通讯中只有双方，无第三方。
2. TCP 的报文结构
  1. 报文包含源端口号（16 位）、目标端口号（16 位）、序列号（32 位）、确认应答号（32 位）等参数，部分与建立连接强相关。
  2. 区分不同 TCP 连接靠源 IP 地址、源端口、目标 IP 地址、目标端口这四元组，可唯一标识一条连接。
3. TCP 的异常连接
  1. 主机向发送源发送 TCP 报文段，将 RST 标记位置 1 以中断连接。
  2. 一般发送到无效 TCP 连接时，用 RST 报文段终止。
4. TCP 的可靠传输机制
  1. 连接确认机制：让对方回复确认报文段，其 ACK 标记位置 1，激活确认序列号。
  2. 重传机制
    1. RTT（往返时间）是发出数据到收到确认报文的时间。
    2. RTO（超时重传时间）是动态变化的值。
    3. 超时间隔加倍，缓解网络拥塞时的重传加重拥塞问题。
    4. 快速重传机制：发送方可通过接收方反馈，在超时前意识到数据包丢失并重传，接收方收到序列号大于期望的情况会导致冗余 ACK，连续三次则触发。
  3. 流控：通过滑动窗口，接收方用窗口字段通知发送方，防止接收方缓冲区溢出。
    1. 零窗口：接收方缓冲区满时，窗口设为 0，发送方暂停发送，直至收到新窗口通知。
    2. 小窗口处理：发送方需满足窗口和数据大小≥MSS，或收到之前数据的 ack 回包才发送。
  4. 校验和：用于检测数据传输中的错误。
5. TCP 的拥塞控制
  1. 目的：观察网络拥堵情况，调整发送量缓解拥堵。
  2. 拥塞判断：将丢包视为拥塞表现，丢包形式有数据包确认超时和收到 3 个冗余 ACK。
  3. 拥塞控制方法
    1. 拥塞窗口：发送方维护，动态调整，受其和接收窗口最小值影响，最小为 1 个 MSS。
    2. 控制过程
      1. 初始化阶段用慢开始算法，拥塞窗口初始为 1 个 MSS，收到应答确认后呈指数增长，受慢启动门限（ssthresh）限制。
      2. 增长阶段，拥塞窗口达 ssthresh 后用拥塞避免算法，呈线性增长。
      3. 拥塞发生时，有超时重传和收到 3 个重复确认（快重传）等情况，对应不同的 ssthresh 和拥塞窗口更新。
网络类型及数据链路层协议
1. 网络类型的分类
  1. 多点接入网络（MA）
    1. BMA（广播型多点接入）：支持广播，设备可互访，如以太网。
    2. NBMA（非广播型多点接入）：不支持广播，如帧中继网络，spoke 之间不能互访，与 hub 可互访，广泛用于运营商接入网。
  2. P2MP（点到多点网络）：由其他网络类型手动更改，需模拟组播发送协议报文，手动指定邻居。
  3. 点到点网络（P2P）：网络中只有两台设备，用串线连接串线接口搭建，串线传输标准有 E1（2.048Mbps，欧洲）和 T1（1.544Mbps，北美）。
2. 数据链路层协议
  1. MA 网络：以太网协议，是传输 EthernetII 类型帧的协议，属 BMA，用 MAC 地址区分设备，通过以太网线连接以太网接口，利用频分技术提升传输速率。
  2. P2P 网络
    1. HDLC 协议：私有协议，厂商不兼容，分标准和非标准，思科默认采用，华为默认用 PPP，有透明传输、高效率等特点，不支持验证和 IP 地址协商。
    2. PPP 协议
      1. 基本概念：公有协议，厂商兼容，支持同步和异步线路，直连设备配置不同网段 IP 可通信，支持验证、错误检测，能协商网络层地址，兼容性好，无重传机制。
      2. 数据帧封装结构：包含 Flag、Address、Control、Protocol、Information、FCS 等字段，各有固定取值或作用。
      3. 组成：由 LCP、NCP 及可选验证协议族组成，LCP 完成会话建立第一阶段协商，NCP 完成第三阶段网络层协议协商。
      4. 工作过程：包括链路建立和配置协调、可选验证、网络层协议配置协商阶段。
      5. 会话流程：从底层 up 开始，经历不同阶段，失败会进入相应状态。
      6. 验证方式：PAP 验证（被验证方发起，两次握手，密码明文传送）和 CHAP 验证（主验证方发起，三次握手，不发密码，安全性高），均支持单、双向认证。
      7. 配置命令：主验证方配置用户列表及验证方式，被验证方配置验证用户名和密码。
      8. MP 简介：将多个 ppp 链路捆绑使用，可增加带宽、负载分担等，通过 MP-GROUP 配置。