OSI七层协议
OSI（开放式系统互连）模型是一个概念性框架，它将网络通信功能划分为七个不同的层次，旨在促进不同计算机系统间的互联和通信。
OSI 七层从下到上是：物理、数据链路、网络、传输、会话、表示、应用。
- 前四层偏底层负责数据的传输：物理传信号，链路传帧，网络传 IP 包做路由，传输层提供端到端可靠传输（TCP/UDP）。
- 上三层偏业务：会话层管理连接，表示层做编解码和加密，应用层提供 HTTP、DNS 等服务。
- 现代网络实现通常使用 TCP/IP 四层模型（链路层、网络层、传输层、应用层），是对 OSI 的简化。
下面对每一层进行详细讲述
- 物理层（比特流传输）
- 作用： 负责比特流（0,1）的电气/光信号传输。
- 代表协议/标准： RJ45、光纤、电压规范
- 设备： HUB（集线器）、双绞线、光纤
- 关键词： 电信号、物理介质、传输速率
- 数据链路层（帧 Frame）
- 作用：将比特流封装成 帧，负责 MAC 地址寻址、差错检测、流量控制。
- 协议：ARP、RARP、PPP、MAC
- 设备：二层交换机（交换机工作在这一层）
- 关键词：以太网帧、MAC 地址、广播域
- 网络层（IP包）
- 作用： 负责 IP 地址寻址 + 路由选择
- 协议： IP、ICMP、IGMP、OSPF、BGP
- 设备： 路由器
- 关键词： IP、路由表、跨网段通信
- 面试必提：IP 不保证可靠性，可靠性在传输层实现
- 传输层（端到端）
- 作用： 提供端到端通信，保证数据可靠或快速传输。
- 协议： TCP、UDP
- 设备： 四层交换机
- 关键词：
- TCP：可靠、三次握手、四次挥手、流控、拥塞控制
- UDP：不可靠但快
- 会话层（建立会话）
- 作用：管理会话建立、维持和终止
- 协议：RPC、NetBIOS
- 关键词：建立/管理系统之间的会话
- 补充：实际应用中，这一层通常由操作系统和库函数来实现，不单独存在。
- 表示层（编解码、加密）
- 作用： 数据格式转换、压缩、加密解密
- 协议/标准：JPEG、GIF、SSL/TLS(可归类此层)
- 关键词： 格式化、序列化、加密
- 应用层（直接面向用户）
- 作用： 提供网络服务给用户
- 协议： HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、DNS、SSH
- 关键词： 浏览器访问网页、查询 DNS
TCP三次握手（建立连接）
目的：为了确认双方的发送和接收能力正常，并初始化序列号（Sequence Number）。
- 第一次握手(SYN)
- 发起方 (客户端) -> 接收方 (服务器)
- 客户端发送一个 SYN (Synchronize) 报文段，并带上自己的初始序列号 Seq=X。
- 状态：客户端进入 SYN_SENT 状态。
- 含义：客户端请求建立连接，并告诉服务器：“我能发给你数据。”
- 第二次握手 (SYN + ACK)
- 接收方 (服务器) -> 发起方 (客户端)
- 服务器接收到请求后，发送一个 SYN/ACK 报文段：
- 确认号 Ack=X+1 (确认已收到客户端的 Seq=X)。
- 自己的初始序列号 Seq=Y。
- SYN 和 ACK 标志位都置为 1。
- 状态：服务器进入 SYN_RCVD 状态。
- 含义：服务器同意建立连接，并告诉客户端：“我已收到你的请求，并且我也能发给你数据，你现在可以接收我的数据了。”
- 第三次握手 (ACK)
- 发起方 (客户端) -> 接收方 (服务器)
- 客户端接收到服务器的响应后，发送一个 ACK (Acknowledgement) 报文段：
- 确认号Ack=Y+1 (确认已收到服务器的 Seq=Y)。
- ACK标志位置为 1。
- 状态：客户端和服务器都进入 ESTABLISHED 状态，连接建立成功。
- 含义：客户端告诉服务器：“我已收到你同意连接的响应，现在我们可以开始传输数据了。”
为什么是三次，而不是两次？
- 防止“已失效的连接请求”突然到达服务器，导致服务器错误建立连接、浪费资源。
- 两次握手：服务端无法确认客户端是否具备接收能力
- 三次握手：双方都确认了“收+发”能力
TCP四次挥手（断开连接）
目的：为了安全地关闭连接，允许双方未完成的数据传输能够继续完成。由于TCP是全双工的（数据可以双向传输），因此关闭连接需要两个方向都独立地关闭。
- 第一次挥手 (FIN)
- 发起方 (客户端) -> 接收方 (服务器)
- 客户端发送一个FIN (Finish) 报文段，并带上序列号Seq=U。
- 状态：客户端进入FIN_WAIT_1 状态。
- 含义：客户端告诉服务器：“我已经没有数据要发送给你了，我请求关闭发送方向的连接。” (但客户端仍然可以接收数据)
- 第二次挥手 (ACK)
- 接收方 (服务器) -> 发起方 (客户端)
- 服务器接收到 FIN 后，发送一个 ACK 报文段：确认号 Ack=U+1。ACK 标志位置为 1。
- 状态：服务器进入 CLOSE_WAIT 状态；客户端进入 FIN_WAIT_2 状态。
- 含义： 服务器告诉客户端：“我已收到你的关闭请求。请等待我处理完我这边剩余的数据。” (此时，TCP连接处于半关闭状态，服务器仍可以向客户端发送数据。)
- 第三次挥手 (FIN)
- 接收方 (服务器) -> 发起方 (客户端)
- 服务器处理完所有数据后，发送自己的 FIN 报文段，带上序列号 Seq=W。
- 状态：服务器进入LAST_ACK状态。含义： 服务器告诉客户端：“我也已经没有数据要发送给你了，我请求关闭接收方向的连接。”
- 第四次挥手 (ACK)
- 发起方 (客户端) -> 接收方 (服务器)
- 客户端接收到 FIN 后，发送一个 ACK 报文段：确认号 Ack=W+1。ACK标志位置为 1。
- 状态：客户端进入TIME_WAIT状态（持续2MSL后关闭）。服务器接收到最终ACK后，立即关闭连接。
- 含义：客户端确认收到服务器的关闭请求，等待一段时间后彻底关闭连接。
为什么是四次挥手？
- 因为TCP是全双工协议，双方的“发送和接收”需要分别关闭。
- 客户端关闭发送
- 服务端确认
- 服务端关闭发送
- 客户端确认
为什么客户端要进入TIME_WAIT？
- 保证最后一个 ACK 能被服务端收到
- 防止旧连接的数据包干扰新连接
- 等待时间：2×MSL（最大报文生存时间）
三次握手四次挥手简短回答：
- TCP 建立连接通过三次握手完成：客户端发送SYN，请求建立连接；服务端回复SYN+ACK；客户端再发送ACK，连接建立。
- 断开连接通过四次挥手完成：一方发送 FIN 表示不再发送数据；对方ACK确认；等对方数据发送完再发送FIN；最后ACK确认并进入TIME_WAIT，防止旧包干扰新连接。