TCP/IP协议

1、TCP/IP协议族

TCP/IP协议（传输控制协议/互联网协议）不是简单的一个协议，而是一组特别的协议，包括：TCP，IP，UDP，ARP等，这些被称为子协议。在这些协议中，最重要、最著名的就是TCP和IP。因此，大部分网络管理员称整个协议族为“TCP/IP”。

首先通过一张图先来大概了解一下TCP/IP协议的基本框架：

 

链路层：对电信号进行分组并形成具有特定意义的数据帧，然后以广播的形式通过物理介质发送给接收方

网络层（IP、ARP、路由协议）：定义网络地址，区分网段，子网内MAC寻址，对于不同子网的数据包进行路由。

传输层（TCP、UDP）：定义端口，标识应用程序身份，实现端口到端口的通信，TCP协议可以保证数据传输的可靠性。

应用层（HTTP、HTTPS、FTP、SMTP ....）定义数据格式并按照对应的格式解读数据。

链路层定义了主机的身份，即MAC地址， 而网络层定义了IP地址，明确了主机所在的网段，有了这两个地址，数据包就从可以从一个主机发送到另一台主机。传输层定义了端口，这时候数据可以从一个主机上的应用程序传输到另一台主机的应用程序了，但此时传过来的数据是字节流，不能很好的被程序识别，操作性差。因此，应用层定义了各种各样的协议来规范数据格式。

来了解下TCP/UDP协议

2、TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

1-1.源始端口16位，范围当然是0-65535啦。

1-2.目的端口，同上。

2-1.数据序号32位，TCP为发送的每个字节都编一个号码，这里存储当前数据包数据第一个字节的序号。

3-1.确认序号32位，为了安全，TCP告诉接受者希望他下次接到数据包的第一个字节的序号。

4-1.偏移4位，类似IP，表明数据距包头有多少个32位。

4-2.保留6位，未使用，应置零。

4-3.紧急比特URG—当URG＝1时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。

4-3.确认比特ACK—只有当ACK＝1时确认号字段才有效。当ACK＝0时，确认号无效。参考TCP三次握手

4-4.复位比特RST(Reset) —当RST＝1时，表明TCP连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新

       建立运输连接。参考TCP三次握手

4-5.同步比特SYN—同步比特SYN置为1，就表示这是一个连接请求或连接接受报文。参考TCP三次握手

4-6.终止比特FIN(FINal)—用来释放一个连接。当FIN＝1时，表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

4-7.窗口字段16位，窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字节。TCP连接的一端根据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口

       大小，然后通知对方以确定对方的发送窗口的上限。

5-1.包校验和16位，包括首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。

5-2.紧急指针16位，紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。

6-1.可选选项24位，类似IP，是可选选项。

6-2.填充8位，使选项凑足32位。

基于连接的协议，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。TCP 的建立连接称为三次握手

1、第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号

2、第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（seq=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。

3、第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

 

TCP 的关闭连接称为四次握手

 

1、第一步，当主机A的应用程序通知TCP数据已经发送完毕时，TCP向主机B发送一个带有FIN附加标记的报文段（FIN表示英文finish）。

2、第二步，主机B收到这个FIN报文段之后，并不立即用FIN报文段回复主机A，而是先向主机A发送一个确认序号ACK，同时通知自己相应的应用程序：对方要求关闭连接（先发送ACK的目的是为了防止在这段时间内，对方重传FIN报文段）。

3、第三步，主机B的应用程序告诉TCP：我要彻底的关闭连接，TCP向主机A送一个FIN报文段。

4、第四步，主机A收到这个FIN报文段后，向主机B发送一个ACK表示连接彻底释放。

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当收到客户端的SYN报文的建立连接请求后，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。  

还有超时重传、快速重传等问题参考 https://blog.csdn.net/zhang6223284/article/details/81414149#23__97

 3、UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）

1、源端口：源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。

2、目的端口：目的端口号。这在终点交付报文时必须要使用到。

3、长度： UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部）。

4、校验和：检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。

4、UDP和TCP区别

• TCP 是面向连接的，UDP 是面向无连接的
• UDP程序结构较简单
• TCP 是面向字节流的，UDP 是基于数据报的
• TCP 保证数据正确性，UDP 可能丢包
• TCP 保证数据顺序，UDP 不保证