TCP/IP协议

TCP/IP协议

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是传输控制协议和网络协议的简称，它定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。

TCP/IP 不是一个协议，而是一个协议族的统称，里面包括了 IP 协议、ICMP 协议、TCP 协议、以及 http、ftp、pop3、https 协议等。网络中的计算机都采用这套协议族进行互联。

TCP/IP模型框架

• 链路层：处理与电缆（或者其他任何传输媒介）的物理接口细节
• 网络层：处理分组在网络中的活动，例如分组选路
• 传输层：为两台主机上的应用程序提供端到端的通讯
• 应用层：处理特定应用程序的细节

层级	协议	实现平台
应用层	HTTP、FTP	基于浏览器、其他应用等
传输层	TCP、UDP	基于windows、Mac、linux
网络层	IP、ICMP、IGMP	基于windows、Mac、linux
链路层	设备驱动程序及接口卡、以太网协议	基于windows、Mac、linux

注释：分层的目的是为了简化实际使用过程中的工作细节（物理层细节） ，减少工作量。

• 端系统（end system）
• 中间系统（intermediate system）
• 应用层和运输层使用端到端（end-to-end）协议
• 网络层提供的是逐跳（hop-to-hop）协议
• 网络IP提供的是一种不可靠的服务，它只是负责尽可能快的把分组从源结点送到目的结点，但是不提供可靠性保障。
• TCP则是在不可靠的IP层上提供一个可靠的运输层

TCP与UDP的区别

• TCP使用不可靠的IP服务，并提供一种可靠的传输层服务，即TCP的传输需要传输的双方进行确认，如果数据丢失，则需要重新传输以保证数据的完整性。
• UDP为应用程序发送和接受的数据报，和TCP不同的是其本身不可靠，即数据的发送会发生丢失，从而导致数据的不完整，但是其发送的时间短。
• IP是网络层上的主要协议，同时被TCP和UDP使用。
• ICMP是IP协议的附属协议。

TCP三次握手和四次挥手

• 三次握手

  • 第一次握手

    客户端向服务器发出连接请求报文，这时报文首部中的同部位SYN=1，同时随机生成初始序列号 seq=x，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。这个三次握手中的开始。表示客户端想要和服务端建立连接。

  • 第二次握手

    TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己随机初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。这个报文带有SYN(建立连接)和ACK(确认)标志，询问客户端是否准备好。

  • 第三次握手

    TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。这里客户端表示我已经准备好。

注释：为什么要三次握手呢，而不是两次握手就好了。

举例：已失效的连接请求报文段。

client发送了第一个连接的请求报文，但是由于网络不好，这个请求没有立即到达服务端，而是在某个网络节点中滞留了，直到某个时间才到达server，本来这已经是一个失效的报文，但是server端接收到这个请求报文后，还是会想client发出确认的报文，表示同意连接。假如不采用三次握手，那么只要server发出确认，新的建立就连接了，但其实这个请求是失效的请求，client是不会理睬server的确认信息，也不会向服务端发送确认的请求，但是server认为新的连接已经建立起来了，并一直等待client发来数据，这样，server的很多资源就没白白浪费掉了，采用三次握手就是为了防止这种情况的发生，server会因为收不到确认的报文，就知道client并没有建立连接。这就是三次握手的作用。

• 四次挥手

  • 第一次挥手

    TCP发送一个FIN(结束)，用来关闭客户到服务端的连接。客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

  • 第二次挥手

    服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

  • 第三次挥手

    服务端发送一个FIN(结束)到客户端，服务端关闭客户端的连接。服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

  • 第四次挥手

    客户端发送ACK(确认)报文确认，并将确认的序号+1，这样关闭完成。客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

注释：那么为什么是4次挥手。

为了确保数据能够完成传输。