【Java】网络编程:TCP_IP协议详解(IP协议数据报文及如何解决IPv4不够的状况)

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🍔🍔🍔TCP核心机制-(异常处理)

🍟🍟🍟进程崩溃

在java中的体现就是抛出异常,然后并没有catch操作,后面就交给JVM,然后JVM最后也崩溃.
看起来是一个非常严重别的问题,但其实操作系统会对进行回收,在进程崩溃的时候,操作系统就会释放进程中的PCB,对应PCB中的文件描述符表中的所有的文件也会被释放,针对 socket 文件,也会触发很正常的关闭操作(TCP四次挥手).

🍔🍔🍔主机关机

对于正常的关机操作,操作系统也是会将所有的进程进行关闭,关闭的过程就会触发四次挥手操作.
那么此时关机的情况就有两种:

• 四次挥手的操作非常快,关机操作还没结束就已将所有的进程关闭了.
• 四次挥手的操作比较慢,关机操作已经结束了进程还没有全部关闭.

针对第二中情况,后序的流程时候这样的:

此时由于主机A关机了,导致主机B发送的 FIN 操作并没有被接受到,这时就会触发超时重传的操作,主机B不断地进行的FIN但是仍然没有被接收,主机B就会尝试进行重新连接(rst),如果还是失败,此时就会删除与主机A有关的所有信息.(断开连接).

🍔🍔🍔主机掉电

主机掉电这里我们也分为两种情况:
接收方掉电:

此时主机A给主机B发送请求,但是由于主机B掉电,并不能接受到信息,此时主机A就会触发超时重传的机制,对主机B继续发送数据,仍然没有收到ACK,此时主机A就会尝试重新连接(rst),如果此时仍然没有接收到ACK数据包,主机A就会单方面的删除主机B的所有信息(释放连接).

发送方掉电:

此时由于主机A突然停止了数据的发送,对于主机B来说并不清楚主机A到底发生了什么,也许是数据的传输太快了,主机A想歇一会在发,又或者主机A掉电已将连接不上了.所以此时主机B就会发送一个不携带任何数据内容的数据包 目的就是问一下主机A “你咋啦,还在吗” .如果主机A发送ACK数据包那就表示,主机A没事,只是歇歇,如果没有任何响应的话,就说明主机A应该是 “嘎了” ,此时主机B就会单方面的删除主机A的所有信息,断开连接.

这里的不携带任何数据的数据包我们将他称为 “心脏包” 因为这个数据包的发送是有周期的,就像心脏一样,且它的功能也是探测机器是否还在,所以称为"心脏包" 是非常形象的.

🍔🍔🍔网线断开

这个过程和掉电是大同小异的,这里也是站在发送方和接收方的视角去研究这个过程:

• 主机A:

不断发送数据包,但是收不到ACK,触发超时重传,仍然没有任何响应,进行rst,最后单方面删除主机B的信息.

• 主机B:

主机A突然停止了数据的发送,试探性的发送一个 “心脏包” 没有响应的话,单方面删除主机A的所有信息,断开连接.

这里我们就把TCP中的重要的机制全部讲完了,需要注意的是:TCP不止有这十大机制,还有很多其他的机制,我们这里就不在强调.以后在简历上也不能出现 “熟练掌握TCP的十大核心机制” 这里我们不会有这样的说法,可以说"熟悉TCP协议的常见特性".

🍔🍔🍔网络编程-IP协议

我们之前提到过一个概念叫TCP-IP协议,我们将TCP讲的差不多了,现在来另一个非常重要的协议-IP协议.这里涉及的是网络层.

这里有两个非常重要的概念叫:

• 地址管理:IP地址
• 路由选择数据报传输数据的路径选择

IP协议的报头结构:

4位版本:
对应的是IPv4和IPv6

4位首部长度:
IP协议的报头长度是可以变长的,比方说之前数据的长度是15,那么数据报的长度就是15*4=60.

8位服务类型:
这里有四位已将废弃,一位是保留位,剩下四位才是TOS数据类型.这里主要分为四种形态:

需要注意的是这里的四种形态是互不兼容的,也就是说只能选择一中服务类型.
这也决定了我们的IP协议是可以 “变身” 的.

16位总长度:
我们在之前的学习中有讲过UDP的时候,说UDP的传输数据的大小也是16位(大约64kb),那么当传输层构造了一个非常大的数据包的时候,IP协议数据包能否运输呢,答案是肯定的,因为其内部有一套拆分规则,可以将数据包拆成很多份,从而运输大数据包.

针对这三个特性,第一个是将数据包拆分后,同一个数据包拆分后的小的数据包应该具有相同的16位标识,3位标志,一个是判断当前是否是 组包/拆包 另一个则是判断是否是拆包过程的最后一个包,还有一个保留位. 13位片偏移,我们需要将拆分的过程做一个记录,否则我们后面讲数据包进行合并的时候,我们就需要按照拆分的顺序将数据合并.

8位生存时间:
如果我们构造了一个IP数据包,写成了一个不存在的目的IP,那么此时这个数据包如果一直在网络中进行无效传输的话,是非常浪费资源的,所以我们规定,一定的传输时间之后,就是自动地将数据包废弃掉.
TTL并不是时间单位,而是次数.数据包每有一个路由器传输之后,就会减一,减到为零就会停止.

咱们数据包 TTL 64 中间经过了12个路由器的转发,最终到达最后的额服务器.

那么此时有一个问题,63为的TTL 到底够用吗,正常情况下,是够用的而且发送数据的时候,还有128这样的TTL.

这里有一个六度空间理论:

我只是一个普通的程序员,如果我想认识一下美国总统,
我就发动我的朋友,我的朋友在发动他的朋友~,朋友的朋友
理论上,最多6层朋友,就能找到认识川普的人.

8位协议:
IP数据包中,携带的载荷,属哪种传输层协议的数据包呢.
可以通过这里数值,感知到,接下来将数据给TCP解析,还是给UDP解析呢 类似于TCP/UDP 包头的端口号.

16位首部校验和:
验证数据在传输中书否出错了,这里我们只针对报头部分,载荷部分 TCP和UDP 都有自己的校验和.

32位源IP地址 32位目的地址:
IP数据报中最关键的信息,数据报从哪里来,到哪里去.

IP地址,是32位的整数,是一个分非常大的数字,不方便阅读,我们就将32位通过3个原点分隔开,每个字节的范围是0-255.(我们将这种写法称为点分十进制写法).

IP地址,是用来标识网络上一个设备,期望IP是唯一的,32位表示的范围是42亿9千万,这个数字,看着很大,但是现在已经不够用了,

🍔🍔🍔解决IP不够用的问题

方案一: 动态分配IP地址,

一个设备在他上网的时候,再分配IP,不上网的时候,我们先不分配IP,权宜之计,没有真正解决IP不够用的问题.

方案二:
NAT网络地址的转换.
以一当千,
使用一个IP代表一大波设备.

这里IP地址其实大体上分为两大类:

1. 内网IP/私网IP
2. 外网IP/公网IP
   要求:公网IP必须是唯一的,但是私网IP是允许重复的(在不同的局域网中允许重复的)

NAT网络地址的转换
一个设备在进行上网的时候,IP数据报中的IP地址,会被NAT设备(通常就是路由器)进行自动的修改~~

1. 同一个局域网内,主机A访问主机B不会涉及到NAT机制.
2. 公网上的设备A,访问公网设备B不会涉及NAT
3. 一个局域网中的主机A访问另一个局域网主机BNAT机制中,是不被允许的.
   4.局域网内部的设备A,访问 公网的设备B,NAT机制要针对这个情况进行生效~~

我们在之前书写UDP回显服务的时候,我这里电脑上启动UDP服务器,同学使用UDP客户端能否访问呢? 不行!!!

我处于俺们学校的局域网.你处于你们学校的局域网.

文章来源:https://blog.csdn.net/2301_76249062/article/details/142147943
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