网络基础

网络模型

各个组织或企业对网络模型定义有所不同，但目前最常见的定义有一下三种。

TCP/IP 五层模型

• 物理层 - 物理层表示与计算机互连的物理设备，其中还包括将物理设备连接在一起的网线、光缆、连接器的规范，以及描述如何通过这些连接发送信号的规范。

• 数据链路层 - 物理层仅仅涉及到的是光缆、连接器和信号发送，数据链路层负责定义解释这些信号的通用方法，以便网络设备可以进行通信。 该层中最常见的协议是以太网（Ethernet），它指定物理层属性，并定义负责同一网络或链路上的节点间传输数据的协议。

• 网络层 - 也称为 Internet 层，它允许不同的网络之间通过路由器设备相互通信。数据链路层只负责的是同一链路上的数据交互，网络层负责的是跨不同网络的数据交互。网络层最常见的两个协议是 IP 个 Internet。

• 传输层 - 网络层可以负责两个不同网络中的节点间的数据交互，传输层会理清应该由那个客户端和服务器程序获取这些数据。TCP 是最常见的四层协议，IP 负责将数据从一个节点传输到另一个节点; TCP 和 UDP 负责确保数据被节点上的特定应用获取。

• 应用层 - 这一层包括很多协议，常见的一些包括是用来允许您浏览网页或发送接收电子邮件等。

1. 物理层相当于投递快递的卡车和路。

2. 数据链路层确保投递卡车从一个十字路口到下一个十字路口，并且重复多次。

3. 网络层确定了地址 A 和地址 B 之间的路。

4. 传输层确保某个地址上具体的门牌号，以及告诉快速已经送达。

5. 应用层指包裹的内容本身。

TCP/IP 四层模型

• 应用层 - 常见的应用层协议有：SSH，HTTPS，NFS/CIFS，SMTP

• 传输层 - 传输层协议有 TCP 和 UDP，TCP 属于可靠连接传输协议，UDP 无连接数据包传输协议

• 网络互连层 - 负责将数据从源主机传输到目的主机，任意主机都有一个 IP 地址和子网掩码来确定网络地址，路由器用来连接网络。这一层的协议有 ICMP，ping 命令就是基于 ICMP 协议，ping 命令发送一个 ICMP ECHO_REQUEST 请 求包，成功则返回 ICMP ECHO_REPLY 确认。

• 网络接口层 - 提供连接到物理媒介，如常见的有线以太网（802.3）和无线WLAN（802.11），每一个物理网络设备都有一个物理地址（MAC）用来在网络中唯一标识目的地址。

OSI 七层模型

详细参照 wiki/OSI_model 了解更多关于 OSI 七层模型。

三种模型对比及对应网络协议

除了 TCP/IP 五层模型外，关于网络模型在业界还有其他表述，最有影响力的表扩：OSI 七层模型和 TCP/IP 四层模型，具体对照如下表：

• OSI 七层模型将 TCP/IP 模型中的应用层细分为三层：应层层、表示层、会话层

• 相比较 TCP/IP 五层模型，TCP/IP 四层模型将物理层和数据链路层合为一层

• 网络层也叫 Internet 层或网络互联层，数据链路层也称网络接口层

网络设备

电缆（Cables）

电缆（Cables）是将不同的设备连接在一起，允许他们相互交换数据。电缆可分为两类:

• 铜缆 - 就是最长见的网线，铜缆是网络电缆的最常见形式，它们由塑料绝缘体内的多对铜线组成。网络中最长见的铜线配对缠绕标准有 Cat5, Cat5e, 和 Cat6。这些类别具有不同的物理特性，例如一对铜线中的绞合数会导致不同的可用长度和传输速率。

• 光缆 - 光纤电缆包含单个的光纤是由玻璃制成的细管，大约与人的头发宽度相同。这些玻璃管可以传输光束。与使用电压的铜缆不同，光缆使用光脉冲来表示基础数据的 1 和0。

Hub

Hub 是物理层的设备，多台计算机设备可连接到它，允许同一时刻来自不同计算机的连接。

All the devices connected to a hub will end up talking to all other devices at the same time. It’s up to each system connected to the hub to determine if the incoming data was meant for them, or to ignore it if it isn’t. This causes a lot of noise on the network and creates what’s called a collision domain. A collision domain is a network segment where only one device can communicate at a time. If multiple systems try sending data at the same time, the electrical pulses sent across the cable can interfere with each other. This causes these systems to have to wait for a quiet period before they try sending their data again. It really slows down network communications, and is the primary reason hubs are fairly rare.

交换机（Switch）

交换机是二层（数据链路层）设备，是目前常见的网络设备，允许多台计算机连接到它，由于是二层的设备，交换机可以识别 Ethernet 协议中的属性来识别特点的计算机，确保数据准确的传输到特定的机器。这极大的减少了网络域冲突，提高了网络传输的吞吐量.

路由器（Router）

Hub 是一层的网络设备，交换机是二层的网络设备，二路由器是三层的网络设备，路由器知道如何在不同的网络之间发送数据。和交换机检测 Ethernet 协议中的属性决定将包发送到什么位置类似，路由器检测 IP 协议中的属性决定将包发送到什么位置。路由器内部有个路由表，包含着将数据路由到世界上不同网络的信息。

不同的路由器之间通过 BGP(Border Gateway Protocol) 协议共享数据，这使数据的发送基于最佳路径。当您打开Web浏览器并加载网页时，计算机和Web服务器之间的流量可能会经过数十个不同的路由器。 互联网异常庞大且复杂。 路由器是将流量吸引到正确位置的全球指南。

物理层

链路上的字节移动

• 物理层负责将字节流（0 或 1 的字节码串）从链路的一端移动到另一端

• 物理层是由传输字节码的设备和装置组成

• 一个比特(bit)代表计算机可以明白的最小数据，它要么是 1，要么是 0。这些在网络链路上发送的 0 或 1 的字节码串是组成数据帧、数据包的最底层元素，这些帧或包是其他网络层的概念。

• 0 或 1 的字节码串在网络上发送是通过一个叫调节器(Modulation)的程序控制，调节器(Modulation)是一种改变电荷在电缆上移动的电压的方式。当用于计算机网络时，这种调制方式更具体地称为线路编码。它允许链路两端的设备了解某种状态下的电荷为 0，而另一种状态下的电荷为 1。

传输介质

同轴电缆

传输速率低，基本被淘汰。

双绞线(Twisted Pair) 双向交流

• 一个标准的 Cat 6 电缆由 8 根铜线，4 对双绞线组成

• 双向交流指电缆支持双向传输 信息。

双绞线以太网

网络接口和配线架

• 一根网线通常通过一个 RJ-45 接头连接到一个 RJ-45 网络接口. 网络接口通常与组成计算机网络的设备直接连接，或是设备的一个部分，例如任何一台计算机都会至少有一个网络接口。

• 配线架是一种包含许多网络端口的设备，但没有其他作用，只是将不同网络线缆连接到一起。

光纤

• 亮黄色 - 单模光纤

• 橙黄色 - 双模光纤

串口电缆

拨号接入

• PSTN(Public Switched Telephone Network) is also referred to as the POTS(Plain Old Telephone Service).

• A dial-up connection uses POTS for data transfer, and gets its name because the connection is established by actually dialing a phone number.

• Modem stands for modulator/demodulator, and they take data that computers can understand and turn them into audible wavelengths that can be transmitted over POTS.

• A baud rate is a measurement of how many bits could be passed across a phone line in a second.

宽带接入

What is broadband?

In terms of internet connectivity, it’s used to refer to any connectivity technology that isn’t dial-up Internet. Broadband Internet is almost always much faster than even the fastest dial-up connections and refers to connections that are always on. This means that they’re long lasting connections that don’t need to be established with each use. They’re essentially links that are always present.

T-Carrier Technologies

• T-Carrier Technologies were originally invented by AT&T in order to transmit multiple phone calls over a single link.

• T1 stands for Transmission System 1.

• A T1 communicates at speeds of 1.544 Kb/sec.

• A T3 is just 28 multiplexed T1 lines.

Digital Subscriber Lines

• DSL(digital subscriber line) was able to send much more data across the wire than traditional dial-up technologies.

• DSL technologies use DSLAMs or Digital Subscriber Line Access Multiplexers to establish data connections across phone lines.

两种常见的 DSL 类型：

1. ADSL - ADSL stands for Asymmetric Digital Subscriber Line. ADSL connections featured different speeds for outbound and incoming data. Generally, this means faster download speeds and slower upload speeds.

2. SDSL - SDSL stands for Symmetric Digital Subscriber Line. SDSL technology is basically the same as ADSL, except the upload and download speeds are the same.

Cable Broadband

Cable Internet connections are usually managed by what’s known as a cable modem. This is a device that sits at the edge of a consumer’s network and connects it to the cable modem termination system, or CMTS. The CMTS is what connects lots of different cable connections to an ISP’s core network.

Fiber Connections

• FTTN means fiber to the neighborhood that fiber technologies are used to deliver data to a single physical cabinet that serves a certain amount of the population.

• FTTB stands for fiber to the building, fiber to the business or even a fiber to the basement, since this is generally where cables to buildings physically enter.

• FTTH stands for fiber to the home, that is used in instances where fiber is actually run to each individual residents in a neighborhood or apartment building.

• FTTP fiber to the premises, FTTH and FTTB may both also be referred to as FTTP.

Instead of a modem, the demarcation point for fiber technologies is known as Optical Network Terminator, or ONT. An ONT converts data from protocols the fiber network can understand to those that are more traditional twisted pair copper networks can understand.

无线网络(WIFI)

• The most common specifications for how wireless networking devices should communicate, are defined by the IEEE 802.11 standards. This set of specifications, also called the 802.11 family, make up the set of technologies we call WiFi.

• A frequency band is a certain section of the radio spectrum that’s been agreed upon to be used for certain communications.

• WiFi networks operate on a few different frequency bands. Most commonly, the 2.4 gigahertz and 5 gigahertz bands. There are lots of 802.11 specifications including some that exist just experimentally or for testing. The most common specifications you might run into are 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, and 802.11ac.

802.11 frame

• Frame Control - Frame control field is 16 bits long, and contains a number of sub-fields that are used to describe how the frame itself should be processed.

• Duration ID - It specifies how long the total frame is. So, the receiver knows how long it should expect to have to listen to the transmission.

• Address - There are four address fields, because there needs to be room to indicate which wireless access point should be processing the frame. So, we’d have our normal source address field, which would represent the MAC address of the sending device.

• Sequence Control - Sequence control field is 16 bits long and mainly contains a sequence number used to keep track of ordering the frames.

• Data payload - Data payload section which has all of the data of the protocols further up the stack.

• FCS - Frame check sequence field which contains a checksum used for a cyclical redundancy check.

Wireless Channels

Channels are individual, smaller sections of the overall frequency band used by a wireless network.

Wireless Security

• WEP stands for Wired Equivalent Privacy, it’s an encryption technology that provides a very low level of privacy.

• WPA stabds for Wi-Fi Protected Access, by default, uses a 128-bit key, making it a whole lot more difficult to crack than WEP.

• WPA2, an update to the original WPA. WPA2 uses a 256-bit key make it even harder to crack.

Cellular Networking

Cellular networks are built around the concept of cells. Each cell is assigned a specific frequency band for use.

数据链路层

Ethernet 和 数据链路层

• Ethernet 是目前链路层最被广泛使用的协议，用来在单个链路上发送数据，Ethernet 最早在 1980 年提出，1983 成为标准，后续只是基于带宽的增加相应进行过一些微调。

• 数据链路层实质上是对物理层的一个抽象，使其他层可以不用考虑物理层所使用的硬件或设备，而可以进行发送数据和接受数据的工作，这样确保了不管物理层硬件或设备如何变化，网络层、传输层、应用层都在用同样的方式工作。

CSMA/CD

共享式网络可能会出现信号冲突现象。

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection, 载波侦听多路访问技术) - CSMA/CD 用于确定通信通道何时畅通以及设备何时自由传输数据，这是为了避免冲突域。

CSMA/CD 的工作原理就是检测当前网段上是否有数据传输，如果没有，则发送数据；如果有，则等待一个随机的时间间隔，然后尝试再次发送数据，CSMA/CD 使用 MAC 地址来确认目的地节点。

1. 先听后发

2. 边听边发

3. 冲突停发

4. 随机延迟后发

MAC 地址

MAC(Media Access Control) 地址 - MAC 地址是附加到一个网络接口上的全局唯一标识符。它是一个 48 位的二进制数字，由六组二位的十六进制数字构成，例如：8:00:27:c3:0f:80。MAC 地址分为两部分, 前三组十六进制数是组织唯一标识，是由 IEEE 组织分配给各个硬件制造商；后三位可以按制造商希望的方式任意分配，分配的条件是确保每个可能的地址只分配一次。

ARP

ARP 是根据网络层 IP 地址寻找到对应网络接口的 MAC 地址，有些归纳里面讲 ARP 认为是网络层协议，详细参照 ARP。

单播, 多播, 广播

广播域是网络上的一个逻辑部分，这部分网络中的任意设计不经过路由（网关）可直接向任意其他一个设备发送数据。一个更专业的定义：计算机网络的区域，它由每个单台计算机或与网络连接设备组成，该区域可以通过向数据链路层的广播地址发送简单帧来直接访问。

通常一个广播域中的所有设备或节点位于同一个 LAN 或 VLAN。

16:91:99:24:68:c9
b6:fe:ee:92:78:42
fa:4e:1b:7f:27:7f

如上三个示例 MAC 地址第一组 16 进制转化为 2 进制对应如下：

• 16 - 00010110

• b6 - 10110110

• fa - 11111010

6b:b7:22:a4:a4:cb
97:20:82:57:fa:e5
a7:50:c1:30:ca:c1

如上三个示例 MAC 地址第一组 16 进制转化为 2 进制对应如下

• 6b - 01101011

• 97 - 10010111

• a7 - 10100111

ff:ff:ff:ff:ff:ff

LAN vs VLAN

如下图所示，

• 通常一个 2 层交换设备相当于一个 LAN， 而VLAN 是一个虚拟的广播域，通常是在一个二层交换设备中创建，当然现代多数 2 层交换设备之间可以相连和交换，不同交换机下的 VLAN 可以位于同一个 VLAN 中。

• VLAN 可以有效的降低广播负载，提高网络性能；传统上引入 VLAN 可以进行更好的安全、分组等控制，而且大多数 2 层交换机厂商的设备默认就有 VLAN 的划分；另外，新的 SDN（软件定义的网络）只有 VLAN 的概念。

• 不同 VLAN 之间的通信是通过路由设备

WAN

与 LAN 相对应，WAN stands for wide area network. A wide area network acts like a single network but spans across multiple physical locations.

WAN 协议：

• Frame Relay

• High-Level Data Link Control

• Asynchronous transfer mode

以太网(Ethernet)帧结构

以太网(Ethernet)帧是按特定顺序显示的高度结构化的信息集合。这样，可以确保将物理层网络接口将传输的二进制串转化为有意义的数据，或将数据转化为二进制串。

1. The first part of an Ethernet frame is known as the preamble. A preamble is 8 bytes or 64 bits long and can itself be split into two sections. The first seven bytes are a series of alternating ones and zeros. These act partially as a buffer between frames and can also be used by the network interfaces to synchronize internal clocks they use, to regulate the speed at which they send data. This last byte in the preamble is known as the SFD or start frame delimiter. This signals to a receiving device that the preamble is over and that the actual frame contents will now follow.

2. Destination MAC Address - 目的地接收地址硬件的物理地址；

3. Source MAC Address - 以太网帧发送端的物理地址；

4. Type Field - 16 二进制长度，以太网类型标识字段，包括帧的内容；

5. Payload - Data payload of an Ethernet frame. A payload in networking terms is the actual data being transported, which is everything that isn’t a header. The data payload of a traditional Ethernet frame can be anywhere from 46 to 1500 bytes long.

6. CRC(cyclical redundancy check) checksum, which is a 4-byte or 32-bit number that represents a checksum value for the entire frame.

链路聚合/LACP

链路聚合就是把多个链路聚合在一起，多个网络接口抽象出一个逻辑的网络接口，链路聚合的目的是增加链路的带宽，例如 4 条 100 MB 的链路聚合后带宽是 400 MB。除了增加带宽外，链路聚合还可以增加容错，例如当一条链路不可用不会影响整体聚合链路的可用性。聚合的链路总数通常是 2 的 N 次方（2，4，8）。

不同厂商链路聚合技术各异，F5 BIG-IP 采用 trunk 代表一组网络接口的抽象，基于 trunk，在 F5 BIG-IP 中最多可聚合 8 条链路。F5 BIG-IP trunk 会有一个独立的 MAC 地址，该地址用来和 pee 进行通信。

LACP(Link Aggregation Control Protocol) 链路聚合控制协议是 IEEE 标准 802.3ad 定义，用来检测链路的错误，重传等机制，以确保聚合的链路可靠，容错。

不同网路厂商 LACP 行为可陪，例如，Linux Bonding 就是一种软件 LACP 实现，可以灵活配置负载分发方式等。F5 BIG-IP 系统中 LACP 是一个可选配置，可以自定制 LACP 行为，如各个链路数据传输权重等，还可以配置一些控制策略。

网络层

IPv4 地址

• IPv4 地址长度为 32 为二进制数，由 4 组十进制数组成，4 组十进制数之间通过圆点连接

• IPv4 地址有两部组成：网络部分(Network)和主机部分(Host)，同一子网的所有主机可以不经过路由而连通彼此，同一子网中主机部分唯一。

• 子网掩码用来区分 Network 和 Host，如上图，10.66.192.36 子网掩码为 255.255.0.0，即前缀是 16，则为 10.66 网段。

• 广播地址：当主机部分所有为位置为1是就为广播地址，如上两个地址的广播地址分别为 192.168.1.255，10.66.255.255.

9.100.100.100

二进制和十进制转换

IPv4 地址分类

IPv4 地址被分为五个类型（为了更好的管理互联网网络）：A、B、C、D、E，地址分类是从两个维度进行（或依赖两个原则）：

1. 第一组数字的范围，0 - 127 为 A 类地址，128 - 191 为 B 类地址，192 - 223 为 C 类地址，224 - 239 为 D 类地址，240 - 255 为 E 类地址

2. 网络部分和主机部分的划分，A 类地址只有第一组为网络地址，后面三组为主机地址；B 类地址前两组为网络地址，后两组为主机地址；C 类地址前三组为网络地址，后一组为主机地址

对比 IPv4 地址的二进制表述和十进制表述可以帮助理解 IPv4 地址分类：

同样不是所有的 IP 地址可以分配给网络设备，如下一些地址属预留地址，不能分配给网络设备：

• 0.0.0.0 : 代表所有网络

• 127.0.0.0 - 127.255.255.255 : loopback 本地测试地址

• 224.0.0.0 - 239.255.255.255 : 类型 D 多播通信预留地址

• 240.0.0.0 - 255.255.255.254 : 类型 E 预留地址段，未来使用

• 255.255.255.255 : 代表所有主机

• 一个网络中的第一个地址和最后一个地址，第一个地址是网络预留地址，最后一个地址是多播地址，例如 10.1.10.0/24 网络，10.1.10.0 是网络预留地址，10.1.10.255 是多播地址。

参照 了解更多关于网络分类。

子网掩码

子网掩码长度也为 32 位二进制数，通常由 4 组十进制数组成，4 组十进制数之间通过圆点连接，二进制表述，子网掩码由连续的 1 和 连续的 0 构成，通常子网掩码由十进制表述，例如下表为一些子网掩码二进制和十进制示例：

子网掩码示例

CIDR(classless inter-domain routing)

CIDR 是描述 IP 地址的一种更加灵活的方法，以斜杠 + 数字来表示掩码长度，这样对子网的划分更加易读。

https://ipaddressguide.com/cidr

子网

如果一个 IPv4 地址 属于 A 类或 B类地址，则可能存在的最大主机较多，这就需要子网来进一步分组成较小的网络，这就叫做子网。

IPv4 数据报文结构

IPv4 数据报文是由一系列高度结构化的字段严格定义，IP 数据两个主要部分是 header 和 payload。

• Version - 第一个字段长度为 4 个二进制位，代表着 IP 协议的版本。常见的 IP协议版本是 4，即 IPv4。

• Header Length - Header Length 字段长度为 4 个二进制位，代表着整个 header 的长度。如果是 IPv4，则 Header 的长度永远都是 20，事实上，20 个字节是 IP header 的最小长度，你不能在小于 20 自己的空间里合适的描述一个 IP Header。

• Service Type - Service Type 字段长度为 8 个二进制位，用来指定 QoS 技术的详细情况。QoS 的作用是允许路由器作出决策，在一系列 IP 数据报文中，选择出最为重要的一个数据报文。

• Total Length - Total Length 字段长度为 16 个二进制位，用来表示 IP 数据报文的整体长度。单个数据报文的最大长度为 16 个二进制位都为 1，即为 65,535。

• Identification - Identification 字段长度为 16 个二进制位，用来将消息分组在一起，当要发送的数据大于单个数据报文允许的最大值时，则 IP 层需要将原始的大的数据包分割成几个小的数据包，在这种情况下 Identification 字段用来被接收端标识分割后的数据包属于同一个数据包。

• Flag - Flag 字段用来标识数据报文是否允许分段，或者标识数据报文已经分段。

• Fragmentation - 是将一个大的 IP 数据报文分割成多个小的数据报文的进程。

• TTL - TTL 字段的长度为 8 个二进制位，指定一个数据报文在经过多少个路由跳转后丢弃。

• Protocol - Protocol 字段的长度为 8 个二进制位，包含数据标识那个传输层的协议被使用，最常见的传输层协议是 TCP 或 UDP。

• Header Checksum - Header checksum 字段用来对整个 IP 数据报文 header进行校验，它和 Ethernet Checksum 字段类似，通常由于 TTL 字段经过任意一个路由器时都会被修改，Header Checksum 字段相应的也会被修改。

• Source IP Address - 长度为 32 个二进制位，代表着源 IP 地址。

• Destination IP Address - 长度为 32 个二进制位，代表着目的地 IP 地址。

• Option - 可选的字段，用来设定一些特定字符，通常用于测试目的。

• Padding - 相当于一个占位符字段，由于 Option 字段时可选的一个变量，长度不定，该字段只是一些 0 串，用来确保 Header 的整体长度。

ARP

• ARP(Address Resolution Protocol) 协议用来通过特定的 IP 地址发现该 IP 地址对应的硬件设备的 MAC 地址。

• 通常网络设备都有一个 ARP 表，ARP 表中包含着一系列 IP 地址与 MAC 地址对应的条目。ARP 表中条目通常 会在较短的时间后过期，以确保网络设备及时感知到网络的变更。

tcpdump 抓去 ARP 包

客户端和服务器端通信场景，本部分通常 arp 名称和 tcpdump 命令抓取 ARP 包，并查看 IP 和 MAC 映射列表。

• 客户端主机 client.example.com, IP 为 192.168.33.101

• 服务端主机 server.example.com, IP 为 192.168.33.201

sudo arp -d server.example.com

ping 192.168.33.201 -c3

$ arp -e -i eth1
Address                  HWtype  HWaddress           Flags Mask            Iface
192.168.33.1             ether   0a:00:27:00:00:05   C                     eth1
server.example.com       ether   08:00:27:c3:0f:80   C                     eth1

$ sudo tcpdump -vvv -nn -w arp.cap -i eth1 arp
$ tcpdump -r arp.cap
reading from file arp.cap, link-type EN10MB (Ethernet)
02:09:34.895590 ARP, Request who-has server.example.com tell 192.168.33.101, length 46
02:09:34.895609 ARP, Reply server.example.com is-at 08:00:27:c3:0f:80 (oui Unknown), length 28

$ ip addr show eth1 | grep ether
    link/ether 08:00:27:c3:0f:80 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

6. 详细分析 ARP 请求包

• Ethernet 帧的目的地址是一个广播地址 ff:ff:ff:ff:ff:ff

• Ethernet 帧的类型为 ARP，即 Ethernet 帧的数据 Payload 为 ARP 请求包

• ARP 请求硬件协议为 Ethernet，类型为 IPv4

• ARP 请求发送者的 IP 192.168.33.101，目的者的 IP 192.168.33.201

路由

路由器

路由器是网络层设备（三层网络设备），它根据数据包的目的地址转发相应的数据包，将这一数据包的转发过程称为路由。一个路由器设备至少有两个网络接口，因为路由器工作机制至少需要连接连个网络。

路由的基本过程

下图描述了位于不同网络的 PC 通过路由器进行通信。数据包经过路由器转发到目的 PC 的过程就是路由的基本过程，具体包括四个步骤：

1. 路由器通过它的一个网络接口接收到一个数据包

2. 路由器检测数据包中目的地的 IP 地址（对源数据链路层以太网帧的头和尾去掉，只保留 IP 数据报文，从 IP 数据报文的头中获取目的地 IP 地址）

3. 路由器从路由表中查询目的地的 IP 地址

4. 路由器通过它的一个网络接口将数据包转发出去（修改 2 步骤中的 IP 数据报文，对 IP 数据报文头中的 TTL 字段减一，重新计算 Header Checksum 字段，然后封装一个新的太网帧，添加头和尾）

路由表

路由表结构比较简单，通常有四个列：

1. Destination - 目的地网络，路由器上已知的所有网络都会存在一行，代表的是目的地的网络，包括网络地址和子网掩码。

2. Next Hop - 是去往目的网络最近的路由器的 IP 地址；如果去往目的网络不需要经过网络跳转，或者说目的地和路由器在同一个网络，则该字段是目的地的 IP 地址。

3. Total Hops - 这是了解路由以及路由表如何工作的关键部分，在任何复杂的网络（如Internet）上，从一个点到另一个点都有很多不同的路径。

4. Interface - 路由器的网络接口，该接口用于将数据包从路由器转发出去

$ route -nv
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         10.1.10.2       0.0.0.0         UG    0      0        0 external
0.0.0.0         10.1.1.1        0.0.0.0         UG    9      0        0 mgmt
10.1.1.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 mgmt
10.1.10.0       0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 external
10.1.20.0       0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 internal
127.1.1.0       0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 tmm
127.7.0.0       127.1.1.253     255.255.0.0     UG    0      0        0 tmm
127.20.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 tmm_bp

$ ip route list
default via 10.1.10.2 dev external
default via 10.1.1.1 dev mgmt  metric 9  mtu 1500
10.1.1.0/24 dev mgmt  proto kernel  scope link  src 10.1.1.245
10.1.10.0/24 dev external  proto kernel  scope link  src 10.1.10.240
10.1.20.0/24 dev internal  proto kernel  scope link  src 10.1.20.240
127.1.1.0/24 dev tmm  proto kernel  scope link  src 127.1.1.254
127.7.0.0/16 via 127.1.1.253 dev tmm
127.20.0.0/16 dev tmm_bp  proto kernel  scope link  src 127.20.0.254

路由协议

路由协议主要目的有两个：

1. 网络发现

2. 路由表更新

路由协议可以分为两类：

1. IGP(Interior Gateway Protocol 内部网关协议) - IGP 通常是在一个自治系统（Autonomous system, AS，一个，有时是多个实体管辖下的所有 IP 网络和路由器的全体，例如一个企业/组织的内网）内路由器共享信息

2. EGP(Exterior Gateway Protocol 外部网管协议) - EGP 是自制系统之间路由器共享信息。

IGP 协议可以进一步分为两类：

1. 链路状态路由协议（Link State Routing Protocol）

2. 距离矢量路由协议（Distance-Vector Protocol）。

动态路由协议

现代路由器设备通常通过动态路由器共享远程网络的状态和可达性，如下是一些常见的动态路由协议

• EIP(Routing Information Protocol)

• EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

• OSPF(Open Shortest Path First)

• BGP(Border Gateway Protocol)

动态路由协议的优点是：

• 动态更新路由表

• 不仅仅针对不同的网络可以选择出一个最佳路径，而且在初始最佳路径不可用（网络拓扑变化）后可以重新选择出一个最佳路径

• 不同路由器之间动态共享路由信息，而不需要网络管理员人为参与

不可路由的地址空间

不可路由的地址空间是一些 IP 范围，可以被任何人使用，但是不能路由。不是每台每台连接到 Internet 的计算机都需要能够与其他连接到 Internet 的计算机进行通信，不可路由的地址为这一需求而定，此类节点构成的网络他们可以相互通信，但没有网关路由器会尝试将流量转发到此类网络。

不可路由的地址空间主要有三个范围：

• 10.0.0.0/8

• 172.16.0.0/12

• 192.168.0.0/16

http://www.ietf.org/

Fragmentation

如下图，应用层发送一个消息在网络模型中每一层封装过程，底层包的 payload 是临近上一层包，

1. 数据链路层 Ethernet 帧的 Payload 是其上一层网络层 IP 数据报文

2. 网络层 IP 数据报文的 Payload 是其上一层传输层 TCP 报文或 UDP 报文

3. 传输层 TCP/UDP 报文的 Payload 是其上一层应用层的 Message

如果 IP Datagram 的大小大于当前网络允许的 MTU(Maximum Transmission Unit) 时，则 IP Datagram 被首先分割成多个 Packet，然后在网络上传输，这个过程叫做 Fragmentation。Fragmentation 可以发生在初始的主机，或在路由过程中。

Fragmentation 可能会造成一个重传的出现，例如如果一个 Packet 的丢失，可能会导致多个 IP Datagrams 的重传。

IPv6 地址

• IPv6 地址: IPv6 地址是一个由 32 个十六进制（128 个二进制）的数字组成，且 32 个十六进制位分为 8 组，每组 4 位。为方便书写，定义了如下规则：

  • 每 4 位小组中的前缀 0 可以省略，例如 2001:0db8:0000:0010:0000:0000:0000:0001 简写为 2001:db8:0:10:0:0:0:1

  • 一组或多组连续 0 必须以一个 :: 块来合并，例如 2001:db8:0:10:0:0:0:1 需写为 2001:db8:0:10::1

  • 所有可能出现字母的十六进制位必须使用小写字母 a 到 f

  • 如果在 IPv6 地址后面包括 TCP 或 UDP 网络端口，则需将 IPv6 地址括在方括号中，例如 [2001:db8:0:10::1]:80

• IPv6 地址有两部组成: 网络前缀和接口 ID。与 IPv4 不同的是，IPv6 具有一个标准的子网掩码/64，用于几乎所有的普通地址。在此情况下，地址的一半是网络前缀，另一半是接口 ID。这意味着单个子网可以>根据需要容纳任意数量的主机。

• 子网分配: 通常，网络提供商将为组织分配一个较短的前缀，如/48。这会保留其余网络部分以用于通过这一分配的前缀来指定子网。处理已分配的48位，将保留16位以用于子网（最多 65536 个子网）。同一子网上的任何 两个子网接口都不能具有相同接口 ID，接口 ID 可标识子网上的特定接口。

IPv6 数据报文结构

IPv6 数据报文同样是由一系列高度结构化的字段严格定义，IPv6 数据报文同样主要主要部分是 header 和 payload。

• Version - A 4-bit field that defines what version of IP is in use.

• Traffic Class - An 8-bit field that defines the type of traffic contained within the IP datagram and allows for different classes of traffic to receive different priorities.

• Flow Labe - A 20-bit field that’s used in conjunction with the traffic class field for routers to make decisions about the quality of service level for a specific datagram.

• Payload Length - A 16-bit field that defines how long the data payload section of the datagram is.

• Next header - The next header field defines what kind of header is immediately after this current one.

• Hop limit - An 8-bit field that’s identical in purpose to the TTL field in an IPv4 header.

• Source address - 128 bits length

• Destination address - 128 bits length

IPv6 and IPv4 Harmony

IPv6 tunnels - IPv6 tunnels are conceptually pretty simple. They consist of IPv6 tunnels servers on either end of a connection. These IPv6 tunnel servers take incoming IPv6 traffic and encapsulate it within traditional IPv4 datagrams.

IPv6 tunnel broker - Companies that provide IPv6 tunneling endpoints for you, so you don’t have to introduce additional equipment to your network.

Links:

• 6in4

• TSP(Tunnel Setup Protocol)

• Anything In Anything

ICMP

ICMP(internet control message protocol) is mainly used by router or remote hosts to communicate while transmission has failed back to the origin of the transmission.

• Type - Type field is eight bits long which specifies what type of message is being delivered.

• Code - Code field indicates a more specific reason for the message than just the type.

• Checksum - Checksum is 16 bit length, that works like every other checksum field in other frame, like Ethernet frame, IP datagram and TCP segment.

• Rest of header - A 32 bit field with an uninspired name, this field is optionally used by some of the specific types and codes to send more data.

• Data payload - Data payload for an ICMP packet exists entirely so that the recipient of the message knows which of their transmissions caused the error being reported.

传输层

计算机网络通信中有两个常见的名词，即端到端(End to End)通信和点到点(Point to Point)通信，下图为常见的网络通信场景，

客户端 PC 发送请求到服务器端 Server，而PC 和 Server 位于不同的网络，PC 请求到达 Server 需要经过路由器 R1 和 路由器 R2，那么 在这个场景中发生的点对点通信包括：

• PC → R1

• R1 → R2

• R2 → Server

端到端的通信只有一个，即 PC → Server。

如前面的内容描述，数据链路层可确保点对点的网络传输可靠，网络层可让数据包在不同的网络之间转发，而网络模型中的传输层负责的是端到端的可靠网络通信。为了实现端到端的可靠网络通信，传输层提供了一些重要的方法和功能，具体包括：

• 多路复用发送(Multiplexing Traffic)

• 多路分解接收(Demultiplexing Traffic)

• 建立长运行连接

• 通过错误检查和数据验证来确保数据完整性

多路复用发送 & 多路分解接收

TCP Segment 结构

一个 TCP Segment 是有 TCP 头和数据部分构成。

• Destination port - 目的地端口，是目的服务所监听的端口，是最终接收TCP Segment 的服务的端口。

• Source port - 源端口，是一个较大的数字，发送 TCP Segment 的客户端从随机端口中随机选择

• Sequence number - 32 位字节长度，用来跟踪 TCP Segment 在传输序列中预期的位置。

• Acknowledgment number - 32 位字节长度，用来确定下一个期望的 TCP Segment。

• Header Length - 长度为 4 个字节，也叫数据偏移字段，它定义了在一个 TCP Segment 中 TCP 头的长度，这也使接收端的网络设备知道真正数据 负载开始的位置。

• Control flags - TCP Segment 控制标签。

• TCP window - 16 字节的数字，指定在需要确认前可能发送的序列号范围。

• Checksum - 长度为 16 个字节，和 IP、Ethernet 中的 Checksum 字段类似，当接收者接收到这个 TCP Segment 后，Checksum 会进行一次计算，计算整个 TCP Segment 的长度，并和改字段定义的长度进行比较，以确保传输的过程中没有数据的丢失或损坏。

• Urgent - 该字段通常与 TCP 控制标签中的某个标签联合使用，来说明某个 Segment 比其他 Segment 重要，或有特定含义。

• Options - 该字段通常比较少用，但有时会用于更复杂的流控制协议。

• Padding - 零序列，以确保数据有效负载部分从预期位置开始。

TCP 控制标签

三次握手

如下图所示，TCP 连接的建立至少需要交换三个 TCP Segment，三次握手是对 TCP 连接建立的一个抽象。

// Step One
A 发送一个 TCP Segment 到 B，主要包括一个 SYN 标签，告诉 B 客户端 A 的初始序列号为 J。（让我们开始建立连接吧，我的序列号为 J，这样我们会知道我们交流开始的位置）
A sends a TCP segment to B with SYN flag set (`Let's establish a connection and look at my sequence number field, so we know where this conversation starts.`)

// Step Two
B 回复一个 TCP Segment 到 A，包括两个标签 SYN 和 ACK，告诉 A 服务器端（B）的初始序列号为 K，同时确认 A 服务器（B）确认客户端 A 的序列号（ACK 的值为 J + 1）
B then responds with a TCP segment, where both the SYN and ACK flags are set(`Sure, let's establish a connection and I acknowledge your sequence number.`)

// Step Three
A 回复一个 TCP Segment 到 B，主要包括一个 ACK 标签，告诉服务器端 B 客户端 A 确认服务端的序列号（ACK 的值为 K + 1）。
A responds again with just the ACK flag set* (`I acknowledge your acknowledgement. Let's start sending data.`)

一次握手是两个设备确保他们所使用同一个协议，并且能够彼此相互理解。

TCP 连接是一个多路复用的模式，每一个 TCP Segment 的发送都会有一个 TCP Segment 的回复（ACK 标签），这样发送端就知道接收端接收到相应的片段。

四次握手

TCP 建立一个连接需要三次 TCP Segment 交换，而终止一个连接需要四次 TCP Segment 交换，四次握手是对 TCP 连接终止的一个抽象。

TCP 连接可以从客户端和服务器端的任何一方发起，发起关闭连接的一次通常通过调运 close() 方法，我们将这一动作称为主动关闭（Active Close），相应的另一端则称为被动关闭（Passive Close），下图演示的是从服务器端 B 发起的主要关闭过程：

1. B 发送 FIN 标签到 A（FIN M）

2. A 确认 B 并回复一个 ACK 标签(ACK M + 1)

3. A 发送 FIN 标签到 B（FIN N）

4. B 确认 A 并回复一个 ACK 标签(ACK N + 1)

TCP 套接字状态

一个 TCP 套接字是一个潜在 TCP 连接一端的实例化，实例化。TCP 套接字有多个状态。

A socket is the instantiation of an endpoint in a potential TCP connection.

UDP(用户数据报协议)

不像 TCP，UDP 不依赖一个连接，没有类似 TCP 中 ACK 的理念，UDP 中只需要设定一个目的地端口。

系统端口和临时端口

传输层是根据端口号来确保端到端的通信，传输层的协议不管是 TCP 还是 UDP，都与端口号关联，端口号是一个 16 个字节长度的数字（范围为 0 - 65535）。端口号又分为系统端口和临时端口。

防火墙

一个防火墙是一个网络设备，用来阻塞满足特定条件的网络负载。防火墙通常可以在不同的网络层运行：

• 传输层 - 通常通过配置阻塞特定的端口上的网络负载，同时允许一些端口上的网络负载

• 应用层 - 检测应用层数据负载，例如特定范围 IP地址等。

应用层

应用层协议

• HTTP - For web traffic

• FTP - For ftp traffic

HTTP

在 TCP/IP 体系结构中，HTTP 属于应用层协议，位于 TCP/IP 协议的顶层。因此，它在设 计和使用中要以 TCP/IP 协议族中的其他协议为基础。例如，它要通过 DNS 进行域名和 IP 地 址的转换，要建立 TCP 连接才能进行文档传输。

显然，HTTP 也是客户/服务器结构。这里，客户是浏览器(Browser),服务器是 Web 服 务器。浏览 Web 时，浏览器通过 HTTP 协议于 Web 服务器交换信息。每当在 Web 上从一个 资源转到另一个资源时，浏览器用 HTTP 访问 Web 服务器，其中就包括想要获得的资源信息。

浏览器和服务器通过 HTTP 交换 Web 文档时，实际可以交换不同的文档类型。这些文档 类型的格式由多用途 Internet 邮件扩展 MIME(Mutipurpose Internet Mail Extensions)定义。MIME 是专门描述通过 Internet 传输多媒体数据的技术标准。

HTTP 支持客户(一般是浏览器)与服务器间的通信，相互传送数据。一个服务器可以 为分布在世界各地的许多客户服务。HTTP 定义的事务处理由以下四步组成:

• 客户与服务器建立连接

• 客户向服务器提出请求

• 如果请求被接受，则服务器送回响应，在响应中包含状态码和所需的文件

• 客户与服务器断开连接

HTTP 与必须持续连接的 FTP 等不同，它是无状态的。也就是说，浏览器和服务器每进 行一次 HTTP 操作，就建立一次连接，但随即又断开此次连接。访问 Web 站点时，浏览器与 服务其之间建立连接，以便将服务器上的 HTML 文件下载到浏览器上。在 HTTP 1.0 版本中， 浏览器收到文件后，即断开此次连接，如果浏览器发现还需要某些文件(例如下载图形)时， 必须重新建立连接。而在 HTTP 1.1 版本中，可以采用一些机制使客户端和浏览器不断开最 初建立的连接，而使用最初的连接请求后续的内容。

一次 HTTP 操作通常被称为一次事务(Transection)。HTTP 采用 TCP 连接，而且该连接 仅在此次事务中保持，浏览器和服务器都不会记忆上次的连接状态。

HTTP 之所以采用这种无状态机制，完全是为了提高服务器的工作效率。在 Web 中点击 一个超链接时，浏览器有可能从当前站点转到另一个站点。因此，无论何时单击超链接时， 服务器都假定用户要退出浏览，因而断开连接。如果要继续浏览，就再次建立连接。如果用户确实要退出，服务期就不需要执行任务，因为连接已经断开。

当然 HTTP 的无状态也有缺点。由于没有状态，协议对事务处理没有记忆能力。如果后 续事务处理需要前面处理的有关信息，那么这些信息必须在协议外面保存。缺少状态意味着 所需要的前面信息必须重现，势必导致每次连接要传送较多的信息。在实际的应用中，状态 的信息通常会采用客户端 Cookie 和服务器端的 Session ID 来配合保持用户的连接状态。

FTP

SMTP

DHCP

• DHCP stands for Dynamic Host Configuration Protocol, which is an application layer protocol that automates the configuration process of hosts on a network. With DHCP, a machine can query a DHCP server when the computer connects to the network and receive all the network configuration in one go.

• DHCP is an application layer protocol, which means it relies on the transport, network, data link and physical layers to operate.

• The process by which a client configured to use DHCP attempts to get network configuration information is known as DHCP discovery.

DHCP discovery process - 4 steps:

1. DHCP Discovery - DHCP clients sends a DHCP discover message(DHCPDISCOVER) out onto the network, the DHCPDISCOVER message is encapsulated in a UDP datagram with a destination port of 67 and a source port of 68, this is then encapsulated inside of an IP datagram with a destination IP of 255.255.255.255, and a source IP of 0.0.0.0.

2. DHCP Offer - DHCP server examine its own configuration and make a decision on what, if any, IP address to offer to the client, the response would be sent as a DHCPOFFER message with a destination port of 68, a source port of 67, a destination broadcast IP of 255.255.255.255, and its actual IP as the source.

3. DHCP Request - DHCP client respond to the DHCPOFFER message with a DHCPREQUEST message, which essentially says, yes, I would like to have an IP that you offer to me. Since the IP hasn’t been assigned yet, this is again sent from an IP of 0.0.0.0 and to the broadcast IP of 255.255.255.255.

4. DHCP ACK - DHCP server receives the DHCPREQUEST message and responds with a DHCPACK or DHCP acknowledgement message, which is again sent to a broadcast IP of 255.255.255.255, and with a source IP corresponding to the actual IP of the DHCP server.

NAT(Network Address Translation)

字面上理解，NAT(Network Address Translation) 就是将一个 IP 地址翻译/转换成另一个 IP 地址。

NAT is a technology that allows a gateway usually a router or a firewall to rewrite the source IP of an outgoing IP datagram, while retaining the original IP in order to rewrite it into the response.

NAT and the Transport Layer

• Port preservation is a technique where the source port chosen by a client, is the same port used by the router.

• Port forwarding is a technique where a specific destination ports can be configured to always be delivered to specific nodes.

RIR(regional internet registries)

IPv4 address exhaustion

NAT and non-routable address space

• Non-routable address space was defined in RFC1918 and consists of several different IP ranges that anyone can use.

• And unlimited number of networks can use non-routable address space internally because internet routers won’t forward traffic to it. This means there’s never any global collision of IP addresses when people use those address spaces.

• Non-routable address space is largely usable today because of technologies like NAT.

VPN(Virtual Private Networks)

• Virtual Private Networks or VPNs, are a technology that allows for the extension of a private or local network, to a host that might not work on that same local network.

• VPNs are a tunneling protocol. Which means, they provision access to something not locally available.

• VPNs, usually requires strict authentication procedures in order to ensure that they can only be connected to by computers and users authorized to do so. In fact, VPNs were one of the first technologies where two-factor authentication became common.

• Two-factor authentication is a technique where more than just a username and password are required to authenticate. Usually, a short-lived numerical token is generated by the user through a specialized piece of hardware or software.

VPN 构建点对点连接

VPNs can also be used to establish site-to-site connectivity. It’s just that the router, or sometimes a specialized VPN device on one network, establishes the VPN tunnel to the router or VPN device on another network. This way, two physically separated offices might be able to act as one network and access network resources across the tunnel.

Proxy Services

• A proxy service is a server that actson behalf of a client in order to access another service. Proxies sit between clients and other servers, providing some additional benefit, anonymity, security, content filtering, increased performance, a couple other things.

• Proxies doesn’t refer to any specific implementation. Proxies exist at almost every layer of our networking model.

Reverse proxy

A reverse proxy is a service that might appear to be a single server to external clients, but actually represents many servers living behind it.

Application Layer and the OSI Model

• The session layer is that it’s responsible for things like facilitating the communication between actual applications and the transport layer

• The presentation layer is responsible for making sure that the unencapsulated application layer data is actually able to be understood by the application in question.

TCP/IP 五层模型示例

场景描述

As depicted in above figure:

1. Network A contains address space 10.1.1.0/24, and computer A is part of Network A and has been assigned an IP address of 10.1.1.100

2. Network B contains address space 192.168.1.0/24, and computer B is part of Network B and has been assigned an IP address of 192.168.1.100, web server on computer B is running and listening on port 80

3. Router sits between network A and network B, with an interface configured with an IP of 10.1.1.1 on network A, and an interface at 192.168.1.1 on network B

4. An end user sitting at computer A opens up a web browser and enters 192.168.1.100 into the address bar to access the content in computer B’s web server

通信过程

1. The web browser communicates with the local networking stack(part of OS), and know that it’s going to establish a TCP connection to 192.168.1.100, port 80 on another network.

2. Computer A looks at its ARP table to determine what MAC address of it’s gateway 10.1.1.1 is, but it doesn’t find any corresponding entry.

3. Router receives ARP message, check that currently it assigned the IP address of 10.1.1.1. So it responds to computer A to let it know about its own MAC address of 00:11:22:33:44:55.

4. Computer A receives this response and now knows the hardware address of its gateway, and ready to start constructing the outbound packet.

5. Application layer's web browser trigger to open a socket, and get a ephemeral port 50000 from computer A OS

6. In the Transport layer, the networking stack starts to build a TCP segment, with appropriate fields in the header, including a source port of 50000, destination port of 80, sequence number field filled with a appropriate sequence number, the SYN flag is set, checksum for the segment is calculated and written to the checksum field.

7. The TCP segment passed along to the Network layer and start to encapsulate a IP Datagram, fill IP header with the source IP, the destination IP, a TTL of 64, fill the TCP segment as the data payload of the IP datagram, a checksum is calculated and put in checksum field.

8. The IP datagram passed alone to the Data link layer and start to construct a Ethernet frame, fill 00:11:22:33:44:55 as destination MAC addresses and computer A’s MAC addresses as source MAC addresses, insert IP datagram as he data payload of the Ethernet frame, enter a calculated checksum to reference field.

9. The Ethernet frame is ready to be sent across the physical layer, the network interface connected to computer A sends this binary data as modulations of the voltage of an electrical current running across a CAT6 cable that’s connected between it and a network switch.

10. This switch receives the frame and inspects the destination MAC address. The switch knows which of its interfaces this MAC address is attached to, and forwards the frame across only the cable connected to this interface.

11. Router receives the frame and recognizes its own hardware address as the destination. Router knows that this frame is intended for itself. So it now takes the entirety of the frame and performa checksum check against it. Router compares this checksum with the one in the Ethernet frame header and sees that they match.

12. Router strips away the Ethernet frame, leaving it with just the IP datagram. Again, it performs a checksum calculation against the entire datagram. And again, it finds that it matches. It then inspects the destination IP address and performs a lookup of this destination in its routing table, the look up results is that the router sees that the destination address 192.168.1.100 is on a locally connected network.

13. Continue in Router, the TTL be decrement, a new checksum be re-calculated, and creates a new IP datagram. Similar with Step 8, this new IP datagram is again encapsulated by a new Ethernet frame, which the source and destination MAC address of router and and computer B

14. The new Ethernet frame` is ready to be sent, and computer B receives the frame.

15. Computer B identifies its own MAC address as the destination, and knows that it’s intended for itself. computer B then strips away the Ethernet frame, leaving it with the IP datagram. It performs a checksum check and recognizes that the data has been delivered intact. It then examines the destination IP address and recognizes that as its own.

16. Computer B strips away the IP datagram, leaving it with just the TCP segment. Again, the checksum for this layer is examined, and everything checks out.

17. Computer B examines the destination port, which is TCP port 80. The networking stack on computer B checks to ensure that there’s an open socket on port 80, which there is. It’s in the listen state, and held open by a running Apache web server.

18. Computer B then sees that this packet has the SYN flag and knows that this is a TCP connection request.

19. Repeat the steps from 6 - 16, and form a TCP segment with flag SYN-ACK, and other field be filled correctly.

20. Computer A receives frame and awared the SYN-ACK flag and knows that the Computer B are ready to establish connection.

21. Repeat the steps from 6 - 16, and form a TCP segment with flag ACK, and other field be filled correctly.

22. Computer B receives frame and awared the ACK flag from computer A, knows that the Computer A are acknowledged. And finally finish the socket instantiation, and set the state to ESTABLISHED.