网络干货，无论是运维还是开发都要知道的网络知识系列之（三）

TCP/IP协议簇（DoD参考模型）

用于简化OSI层次，以及相关的标准。

²  传输控制协议(tcp/ip)族是相关国防部(DoD)所创建的，主要用来确保数据的完整性及在毁灭性战争中维持通信

²  是由一组不同功能的协议组合在一起构成的协议簇

²  利用一组协议完成OSI所实现的功能

====================TCP / IP=====================
应用层：    它只负责产生相应格式的数据  ssh ftp nfs cifs dns http smtp pop3
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传输层：    定义数据传输的两种模式：
        TCP（传输控制协议：面向连接，可靠的，效率相对不高）   
        UDP（用户数据报协议：非面向连接，不可靠的，但效率高）
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网络层：    连接不同的网络如以太网、令牌环网
        IP （路由，分片） 、ICMP、 IGMP    
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数据链路层：以太网传输
        ARP ( 地址解析协议，作用是将IP解析成MAC )
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物理层：    主要任务是规定各种传输介质和接口与传输信号相关的一些特性
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TCP/IP协议簇中的相关协议

TCP/IP协议簇---应用层

TCP/IP协议簇---主机到主机层

TCP与UDP对比

传输控制协议（TCP）	用户数据报协议(UDP)
面向连接	无连接
可靠传输	不可靠传输
流控	尽力而为，尽力传递
使用TCP应用： WEB浏览器；电子邮件；文件传输程序	使用UDP的应用： 域名系统（DNS）；视频流；IP语音（VoIP）

 

TCP相关报文结构

    源端口：即本地发起连接的端口
    目标端口：即要访问的服务的端口
    序列号：因为传输层会将上层的数据进行分段，因此需要对分段数据进行编号
           同时也便于数据的重组
    验证号：用于对数据的进行验证

UDP相关报文结构

TCP/UDP端口号（1~65535）

1.源端口随机分配，目标端口使用知名端口
2.应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用的且大于1023的
3.目的端口号为服务器端应用服务的进程，如telnet为23

TCP三次握手过程

置位概念: 根据TCP的包头字段，存在三个重要的标识ACK SYN FIN

² ACK：表示验证字段

² SYN: 位数置1，表示建立TCP连接

² FIN：位数置1，表示断开TCP连接

建立过程说明：

①由主机A发送建立TCP连接的请求报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送

端随机生成的，并且还将报文中SYN字段置为1，表示需要建立TCP连接

②主机B会回复A发送的TCP连接请求报文，其中包含seq序列号，是由回复端随

机生成的，并且将回复报文的SYN字段置1，而且会产生ACK字段，ACK字段数

值是在A发过来的seq序列号基础上加1进行回复，以便A收到信息时，知晓自

己的TCP建立请求已得到了验证

③A端收到B端发送的TCP建立验证请求后，会使自己的序列号加1表示，并且再

次回复ACK验证请求，在B端发送过来的seq基础上加1，进行回复

①一开始，建立连接之前服务器和客户端的状态都为CLOSED。***
②服务器创建socket后开始监听，变为LISTEN状态。               ***
③客户端请求建立连接，向服务器发送SYN报文，客户端的状态变
为SYN_SENT。   ***
④服务器收到客户端的报文后向客户端发送ACK和SYN报文，此时服务器的
状态变为SYN_RCVD。    ***
⑤然后，客户端收到ACK、SYN，就向服务器发送ACK，客户端状态
变为ESTABLISHED，                ***
服务器收到客户端的ACK后也变为ESTABLISHED。此时，3次握手完成，
连接建立！ 

TCP四次挥手过程

建立过程说明：

①主机A发送断开TCP连接请求的报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且还将报文中FIN字段置为1，表示需要断开TCP连接

②主机B会回复A发送的TCP断开请求报文，其中包含seq序列号，是由回复端随机生成的，而且会产生ACK字段，ACK字段数值，是在A发过来的seq序列号基

础上加1进行回复，以便A收到信息时，知晓自己的TCP断开请求已得到了验证

③主机B在回复完A的TCP断开请求后，不会马上就进行TCP连接的断开，主机B会先确保断开前，所有传输到A的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输数据完毕

就会将回复报文的FIN字段置1，并产生随机seq序列号。

④主机A收到主机B的TCP断开请求后，会回复主机B的断开请求，包含随机生成的seq字段和ack字段，ack字段会在主机B的TCP断开请求的seq基础上

加1，从而完成主机B请求的验证回复。

至此TCP断开的4次挥手过程完毕

由于tcp连接是全双工的，断开连接会比建立连接麻烦一点点。

①客户端先向服务器发送FIN报文，请求断开连接，其状态变为FIN_WAIT1。

②服务器收到FIN后向客户端发生ACK，服务器状态变为CLOSE_WAIT。

③客户端收到ACK后就进入FIN_WAIT2状态。此时连接已经断开了一半了。如果服务器还有数据要发送给客户端，就会继续发送。

④直到发完了，就发送FIN报文，此时服务器进入LAST_ACK状态。

⑤客户端收到服务器的FIN后，马上发送ACK给服务器，此时客户端进入TIME_WAIT状态

⑥再过了2MSL长的时间后进入CLOSED状态。服务器收到客户端的ACK就进入CLOSED状态。

 至此，还有一个状态没有提及：CLOSING状态。

 CLOSING状态表示：

　　　　　客户端发生了FIN，但没有收到服务器的ACK，却收到了服务器的FIN。

 　　　　这种情况发生在服务器发送的ACK丢包的时候，因为网络传输有时会有意外。

四次分手：

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收 到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关 闭。

（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。

（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。

（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

1．为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作 用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所 以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的 ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2．为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比 从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因 此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发 可能丢失的ACK报文。

TCP的十一种状态转移总结

状态出现方式	状态出现环境	状态名称	状态描述
TCP建立过程 涉及5种状态	服务端/客户端	CLOSED	默认初始化状态
	服务端	LISTEN	建立socket，进入监听状态
	客户端	SYN_SENT	发送syn报文，进入syn发送状态
	服务端	SYN_RCVD	接收syn报文，并回复ack及syn报文
	客户端/服务端	ESTABLISHED	接收syn报文，回复ack，建立连接(客户端) 接收ack报文，建立连接(服务端)
TCP断开过程 涉及6种状态	服务端/客户端	ESTABLISHED	默认断开前初始化状态
	客户端	FIN_WAIT1	发送断开请求FIN报文
	服务端	CLOSE_WAIT	收到FIN后向客户端发生ACK
	客户端	FIN_WAIT2	收到服务端返回的ACK报文，等待数据传输
	服务端	LAST_ACK	发送FIN断开请求报文
	客户端	TIME_WAIT	回复FIN断开请求，发送ack报文
	服务端/客户端	CLOSED	收到ack报文，立即转变为断开状态 等待2MSL后，进入断开状态
	客户端	CLOSEING	没有收到回复FIN报文的ACK，直接收到FIN

 

TCP/IP协议簇---因特网层

定义了最重要的协议IP协议，和路由协议。