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【Linux】40.网络基础（2.2）

news 来源：原创 2025/9/19 2:57:15

文章目录

  • 2. 传输层
    • 2.1 再谈端口号
      • 2.1.1 端口号范围划分
      • 2.1.2 认识知名端口号
      • 2.1.3 netstat
      • 2.1.4 pidof
    • 2.2 UDP协议
      • 2.2.1 UDP协议端格式
      • 2.2.2 UDP的特点
      • 2.2.3 面向数据报
      • 2.2.4 UDP的缓冲区
      • 2.2.5 UDP使用注意事项
      • 2.2.6 基于UDP的应用层协议
    • 2.3 TCP协议
      • 2.3.1 TCP协议段格式
      • 2.3.2 确认应答(ACK)机制
      • 2.3.3 超时重传机制
      • 2.3.4 连接管理机制

2. 传输层

负责数据能够从发送端传输接收端

2.1 再谈端口号

端口号(Port)标识了一个主机上进行通信的不同的应用程序

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在TCP/IP协议中, 用 “源IP”, “源端口号”, “目的IP”, “目的端口号”, “协议号” 这样一个五元组来标识一个通信(可以通过netstat -n查看);

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2.1.1 端口号范围划分

  • 0 - 1023: 知名端口号, HTTP, FTP, SSH等这些广为使用的应用层协议, 他们的端口号都是固定的
  • 1024 - 65535: 操作系统动态分配的端口号. 客户端程序的端口号, 就是由操作系统从这个范围分配的

2.1.2 认识知名端口号

有些服务器是非常常用的, 为了使用方便, 人们约定一些常用的服务器, 都是用以下这些固定的端口号:

  • ssh服务器, 使用22端口
  • ftp服务器, 使用21端口
  • telnet服务器, 使用23端口
  • http服务器, 使用80端口
  • https服务器, 使用443

执行下面的命令, 可以看到知名端口号

cat /etc/services

我们自己写一个程序使用端口号时, 要避开这些知名端口号

两个问题：

  1. 一个进程是否可以bind多个端口号?
  2. 一个端口号是否可以被多个进程bind?

2.1.3 netstat

netstat是一个用来查看网络状态的重要工具.

语法：netstat [选项]

功能：查看网络状态

常用选项：

  • n 拒绝显示别名，能显示数字的全部转化成数字
  • l 仅列出有在 Listen (监听) 的服務状态
  • p 显示建立相关链接的程序名
  • t (tcp)仅显示tcp相关选项
  • u (udp)仅显示udp相关选项
  • a (all)显示所有选项，默认不显示LISTEN相关

2.1.4 pidof

在查看服务器的进程id时非常方便.

语法：pidof [进程名]

功能：通过进程名, 查看进程id

2.2 UDP协议

2.2.1 UDP协议端格式

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  • 16位UDP长度, 表示整个数据报(UDP首部+UDP数据)的最大长度
  • 如果校验和出错, 就会直接丢弃

2.2.2 UDP的特点

UDP传输的过程类似于寄信.

  • 无连接: 知道对端的IP和端口号就直接进行传输, 不需要建立连接;
  • 不可靠: 没有确认机制, 没有重传机制; 如果因为网络故障该段无法发到对方, UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息;
  • 面向数据报: 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量;

2.2.3 面向数据报

应用层交给UDP多长的报文, UDP原样发送, 既不会拆分, 也不会合并;

用UDP传输100个字节的数据：

如果发送端调用一次sendto, 发送100个字节, 那么接收端也必须调用对应的一次recvfrom, 接收100个字节; 而不能循环调用10次recvfrom, 每次接收10个字节

2.2.4 UDP的缓冲区

  • UDP没有真正意义上的 发送缓冲区. 调用sendto会直接交给内核, 由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作
  • UDP具有接收缓冲区. 但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序一致; 如果缓冲区满了, 再到达的UDP数据就会被丢弃

UDP的socket既能读, 也能写, 这个概念叫做 全双工

2.2.5 UDP使用注意事项

我们注意到, UDP协议首部中有一个16位的最大长度. 也就是说一个UDP能传输的数据最大长度是64K(包含UDP首部)

然而64K在当今的互联网环境下, 是一个非常小的数字

2.2.6 基于UDP的应用层协议

NFS: 网络文件系统

TFTP: 简单文件传输协议

DHCP: 动态主机配置协议

BOOTP: 启动协议(用于无盘设备启动)

DNS: 域名解析协议

当然, 也包括你自己写UDP程序时自定义的应用层协议

2.3 TCP协议

TCP全称为 “传输控制协议(Transmission Control Protocol”). 人如其名, 要对数据的传输进行一个详细的控制

2.3.1 TCP协议段格式

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  • 源/目的端口号: 表示数据是从哪个进程来, 到哪个进程去;
  • 32位序号/32位确认号: 后面详细讲;
  • 4位TCP报头长度: 表示该TCP头部有多少个32位bit(有多少个4字节); 所以TCP头部最大长度是15 * 4 = 60
  • 6位标志位:
    • URG: 紧急指针是否有效
    • ACK: 确认号是否有效
    • PSH: 提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走
    • RST: 对方要求重新建立连接; 我们把携带RST标识的称为复位报文段
    • SYN: 请求建立连接; 我们把携带SYN标识的称为同步报文段
    • FIN: 通知对方, 本端要关闭了, 我们称携带FIN标识的为结束报文段
  • 16位窗口大小: 后面再说
  • 16位校验和: 发送端填充, CRC校验。接收端校验不通过, 则认为数据有问题. 此处的检验和不光包含TCP首部, 也包含TCP数据部分
  • 16位紧急指针: 标识哪部分数据是紧急数据
  • 40字节 头部选项: 暂时忽略

2.3.2 确认应答(ACK)机制

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TCP将每个字节的数据都进行了编号。即为序列号。

f27e048c9141deaa67d33b8e5f440d42

每一个ACK都带有对应的确认序列号, 意思是告诉发送者, 我已经收到了哪些数据; 下一次你从哪里开始发

2.3.3 超时重传机制

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  • 主机A发送数据给B之后, 可能因为网络拥堵等原因, 数据无法到达主机B;
  • 如果主机A在一个特定时间间隔内没有收到B发来的确认应答, 就会进行重发;

但是, 主机A未收到B发来的确认应答, 也可能是因为ACK丢失了;

3be1ae155b910666fe5ec658bc3f4ac4

因此主机B会收到很多重复数据. 那么TCP协议需要能够识别出那些包是重复的包, 并且把重复的丢弃掉。这时候我们可以利用前面提到的序列号，,就可以很容易做到去重的效果。

那么, 如果超时的时间如何确定?

  • 最理想的情况下, 找到一个最小的时间, 保证 “确认应答一定能在这个时间内返回”
  • 但是这个时间的长短, 随着网络环境的不同, 是有差异的
  • 如果超时时间设的太长, 会影响整体的重传效率
  • 如果超时时间设的太短, 有可能会频繁发送重复的包

TCP为了保证无论在任何环境下都能比较高性能的通信, 因此会动态计算这个最大超时时间.

  • Linux中(BSD Unix和Windows也是如此), 超时以500ms为一个单位进行控制, 每次判定超时重发的超时时间都是500ms的整数倍
  • 如果重发一次之后, 仍然得不到应答, 等待 2*500ms 后再进行重传
  • 如果仍然得不到应答, 等待 4*500ms 进行重传. 依次类推, 以指数形式递增
  • 累计到一定的重传次数, TCP认为网络或者对端主机出现异常, 强制关闭连接

2.3.4 连接管理机制

在正常情况下, TCP要经过三次握手建立连接, 四次挥手断开连接

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服务端状态转化:

  • [CLOSED -> LISTEN] 服务器端调用listen后进入LISTEN状态, 等待客户端连接;
  • [LISTEN -> SYN_RCVD] , 并向客户端(同步报文段), 就将该连接放入内核等待队列中。一旦监听到连接请求发送SYN确认报文。
  • [SYN_RCVD -> ESTABLISHED] 服务端一旦收到客户端的确认报文, 就进入ESTABLISHED状态, 可以进行读写数据了.
  • [ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT] 当客户端主动关闭连接(调用close), 服务器会收到结束报文段, 服务器返回确认报文段并进入CLOSE_WAIT;
  • [CLOSE_WAIT -> LAST_ACK] 进入CLOSE_WAIT后说明服务器准备关闭连接(需要处理完之前的数据); 当服务器真正调用close关闭连接时, 会向客户端发送FIN, 此时服务器进入LAST_ACK状态, 等待最后一个ACK到来(这个ACK是客户端确认收到了FIN)
  • [LAST_ACK -> CLOSED] 服务器收到了对FIN的ACK, 彻底关闭连接.

客户端状态转化:

  • [CLOSED -> SYN_SENT] 客户端调用connect, 发送同步报文段;
  • [SYN_SENT -> ESTABLISHED] connect调用成功, 则进入ESTABLISHED状态, 开始读写数据;
  • [ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1] 客户端主动调用close时, 向服务器发送结束报文段, 同时进入FIN_WAIT_1;
  • [FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2] 客户端收到服务器对结束报文段的确认, 则进入FIN_WAIT_2, 开始等待服务器的结束报文段;
  • [FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT] 客户端收到服务器发来的结束报文段, 进入TIME_WAIT, 并发出LAST_ACK;
  • [TIME_WAIT -> CLOSED] 客户端要等待一个2MSL(Max Segment Life, 报文最大生存时间)的时间, 才会进入CLOSED状态.

下图是TCP状态转换的一个汇总：

deb2a0a7db2fc74f9a084972c2710f6b

  • 较粗的虚线表示服务端的状态变化情况;
  • 较粗的实线表示客户端的状态变化情况
  • CLOSED是一个假想的起始点, 不是真实状态;

关于 “半关闭” , 男女朋友分手例子。

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编程日记 2025/9/16 20:14:15

神经网络入门—

修改网络 神经网络入门—自定义网络-CSDN博客 修改数据集&#xff0c;yx^2 # 生成一些示例数据 x_train torch.tensor([[1.0], [2.0], [3.0], [4.0]], dtypetorch.float32) y_train torch.tensor([[1.0], [4.0], [9.0], [16.0]], dtypetorch.float32) 将预测代码改为&…...

编程日记 2025/9/19 1:38:55

Python Cookbook-5.10 选取序列中最小的第 n个元素

任务 需要根据排名顺序从序列中获得第n个元素(比如&#xff0c;中间的元素&#xff0c;也被称为中值)。如果序列是已经排序的状态&#xff0c;应该使用seq[n]&#xff0c;但如果序列还未被排序&#xff0c;那么除了先对整个序列进行排序之外&#xff0c;还有没有更好的方法? …...

编程日记 2025/9/16 15:07:39

GitHub 克隆/下载失败的解决方案

&#x1f680; GitHub 下载/克隆失败&#xff1f;一招搞定代理配置与回滚&#xff01; 在国内使用 Git 操作 GitHub 时&#xff0c;经常会遇到以下问题&#xff1a; ❌ 下载失败、超时 ❌ Failed to connect to github.com port 443 ❌ SSL certificate problem 本文将详细讲解…...

编程日记 2025/9/16 1:20:37

【Linux】进程控制：创建、终止、等待与替换全解析

文章目录 前言一、重谈进程创建二、进程终止2.1 正常终止的退出码机制2.2 异常终止的信号机制2.3 进程常见的退出方法 三、进程等待&#xff1a;避免僵尸进程的关键3.1 进程等待的必要性3.2 进程等待的两个系统调用接口3.2.1 wait()3.2.2 waitpid()区别 四、进程程序替换4.1 进…...

编程日记 2025/9/16 0:47:00

LabVIEW 图像处理中常见的边缘检测算法

在 LabVIEW 图像处理领域&#xff0c;边缘检测对于提取图像特征、目标识别及图像分割等任务至关重要。以下介绍几种常见的边缘检测算法及其在 LabVIEW 中的应用。​ 一、Sobel 算子​ Sobel 算子是一种离散的一阶差分算子&#xff0c;用于计算图像灰度的近似梯度。它通过分别…...

编程日记 2025/9/16 4:18:28

Redis-场景缓存+秒杀+管道+消息队列

缓存一致性 1.两次更新 先更新数据库&#xff0c;再更新缓存&#xff1b;先更新缓存&#xff0c;再更新数据库&#xff1b; 出现不一致问题场景&#xff1a; 先更新数据库&#xff0c;再更新缓存&#xff1b; 先更新缓存&#xff0c;再更新数据库&#xff1b; 两次更新的适…...

编程日记 2025/9/18 7:53:24

亲身体验 Copilot Pages：利用人工智能实时整理和优化笔记

想象一下&#xff0c;有一款与云端相连的笔记本&#xff0c;它不仅能保存您收集的信息&#xff0c;还能自动整理&#xff0c;并根据需要添加详细信息和研究资料。这就是微软在华盛顿州雷德蒙德举行的 50 周年庆典活动上推出的全新 Copilot Pages 功能。这是微软在该活动中介绍的…...

编程日记 2025/9/16 4:16:04

[250409] GitHub Copilot 全面升级，推出AI代理模式，可支援MCP | Devin 2.0 发布

目录 GitHub Copilot 全面升级&#xff0c;推出AI代理模式&#xff0c;可支援MCPDevin 2.0 正式发布&#xff1a;带来全新的 AI 协作开发体验 GitHub Copilot 全面升级&#xff0c;推出AI代理模式&#xff0c;可支援MCP GitHub Copilot 迎来了一次重大升级&#xff0c;核心在于…...

编程日记 2025/9/15 10:33:10

代码随想录算法训练营Day25

一、力扣93.复原IP地址【medium】 题目链接&#xff1a;力扣93.复原IP地址 left x300 视频链接&#xff1a;代码随想录 1、思路 时间复杂度&#xff1a; O ( n ) O(n) O(n) 2、代码 class Solution:def restoreIpAddresses(self, s: str) -> List[str]:n len(s)ans []…...

编程日记 2025/9/16 22:48:14

支持企业知识库和联网搜索，360AI企业知识库驱动业务深度融合

在企业智能化转型进程中&#xff0c;高效整合内外部结构化与非结构化数据资源、快速构建AI能力已成为制胜未来的核心命题。360 DeepSeek企业知识库助力企业实现知识管理、辅助决策与业务场景落地的全链路贯通&#xff0c;重塑智能化升级路径。 1 企业知识库构建 终结信息孤岛…...

编程日记 2025/9/15 4:47:16