冲冲冲---TCP/IP详解

三、TCP/IP

　　在互联网所使用的各种协议中， 最重要的 和最著名的就是TCP和IP两个协议。 现在人们经常提到的TCP/IP并不一定是单指TCP和IP这两个具体的协议，而往往是表示互联网所使用的整个TCP/IP协议簇

1、TCP/IP参考模型：

　　数据链路层和物理层可以合并为网络接口层

 

 举例：

链接：https://baike.baidu.com/item/TCP%2FIP%E5%8D%8F%E8%AE%AE/212915?fromtitle=tcp%2Fip&fromid=214077&fr=aladdin

 

2、数据的封装与解封装

 <应用层> ----为应用进程提供服务,不同种类的应用程序会根据需要选择相应的协议(HTTP,SMTP,telnet...)

　　此时,A给B发送消息"hello".应用层将这个消息处理成一个数据包

<传输层>----提供两台主机之间的数据传输,传送应用层报文. 

　　应用层将消息封装成数据包后传递到传输层,传输层会对数据包进行进一步封装,为数据包添加一个TCP/UDP头部(具体用哪个取决于软件选择什么协议), 其中含有源端口和目标端口,假如我们用IE浏览器访问一个http开头的网页时,实际上在访问对方的80端口,这个过程中系统会为IE随机生成一个端口号,假如是1000, 当数据到达传输层,包头中的源端口就是1000,目标端口就是80

<网络层>----负责相邻主机之间的通信,会把接收到的数据报封装成分组或包继续传送

　　传输层虽然提供了端口号,但是一个网络里有很多主机,数据包要依靠网络层来把数据传输到我们指定的主机上去. 

　　网络层的重要协议--IP协议,当数据包到达网络层, 会给数据包添加一个IP包头,包含源目IP, 把数据传输到指定主机就是通过目标IP实现的

 <数据链路层(网络接口层)>----在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递

　　数据包到达数据链路层,会给数据包加上一份二层头部（MAC子层）和二层尾部（FCS）,封装后的数据包成为数据帧,帧被转换为比特,通过网络介质传输

　　MAC头部: 包含源目MAC地址,每台主机的MAC地址是唯一的

　　FCS尾部:上三层加上帧头之后，对中间的信息数据会使用一个循环校验算法，最终得到一个固定的值，我们可以利用这个值和FCS得出这个数据包的内容是否缺失

3、TCP/IP的工作：

　　TCP/IP意味着TCP和IP一起工作

　　TCP负责应用软件和网络之间的通信（比如浏览器）

　　IP负责计算机之间的通信

　　TCP负责将数据分割并装入IP包，然后在它们到达的时候重新组合它们　

　　IP负责将包发送至接收者

4、TCP报文格式：

序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编了号，第一个字节的编号是本地随机产生的，给字节编号后，就给每一个报文段编号，seq就是这个报文段中第一个字节的数据编号

确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段中的第一个字节的序号，序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号

确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效

同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0。

    终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接

    PS：ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位，其值要么是1，要么是0；ack、seq小写的单词表示序号

5、TCP三次握手：

• ACK：用于对收到的数据进行确认，所确认的数据由确认序列号表示。

  SYN：用作建立连接时的同步信号

  FIN：表示后面没有数据需要发送，通常意昧着所建立的连接需要关闭了

• 需要注意的是， 上图中出现的 ACK = x +1 的写法很容易让人误以为数据包中的 ACK 域的数据值被填成了 y+1 。 ACK = x+1 的实际含义是：
  • TCP 包的 ACK 标志位（1 bit） 被置成了 1
  • TCP 包的确认号（acknowledgement number ） 的值为 x+1
•  三次握手---->建立TCP连接，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器一共发送三个包来确认连接成功

<第一次握手>  你向妹子要微信

　　A主动去连接B，此时B是被动打开的，A会将SYN置为1，随机产生一个seq为x，发送给B。然后A会进入SYN_SENT状态，等待B确认

<第二次握手>  妹子同意，告诉你微信号 

　　B收到数据包后，发现SYN=1就知道A要请求连接，然后B就会将SYN置为1，再加一个ACK，也置为1，表示B收到了A的请求并确认，同时也向A请求连接。再给自己随机生成一个初始序列号seq=y，ack=x+1，最后将数据包发送给A，并进入SYN_RCVD状态。

<第三次握手> 你加上妹子微信

　　A收到数据包后，检查ack是不是x+1，ACK是否为1，如果正确，会将ACK置为1，ack=y+1，将数据包发送给B，B检查完ACK和ack之后，如果正确，则连接建立成功，双方都进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，然后他们之间就可以传递数据了

6、TCP四次挥手：

 　　

• 由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到另一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭

 <第一次挥手>  情侣分手，你跟妹子说，你把我删了吧

　　A发起一个断开请求，FIN=1，序列号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），用来关闭AB之间的数据传送，然后A进入FIN-WAIT-1状态。TCP规定，FIN报文即使不携带数据，也要消耗一个序号

<第二次挥手>  妹子说，好

　　B收到了A的断开请求，并同意对方的断开请求，就会向对方发出确认报文，ACK=1,ack=u+1，带上自己的序列号seq=v，此时，B就进入了CLOSE-WAIT状态。TCP服务器通知高层的应用进程，A向B的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即A已经没有数据要发送了，但是B若发送数据，A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

　　A收到了B的确认报文，此时，A就进入了FIN-WAIT-2Z状态，等待B发送连接释放报文（在收到此释放报文之前，还得接受B发来的数据）

<第三次挥手>  妹子说，那我删了

　　B将最后的数据发送完以后，就会向A发送连接释放（断开）报文，FIN=1，ACK=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，B可能又发送了一些数据，假设此时的序列号为seq=w，此时，B就进入了TIME-WAIT状态，等待A的确认。

<第四次挥手>  你含泪说，好

　　A收到B的连接释放报文后，必须发出确认报文，ACK=1，ACK=w+1，自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端进入了TIME-WAIT状态。

　　注意：此时TCP连接还没有断开，必须要经过2MSL（最大报文段生存时间）时间后，当客户端确认服务端收到确认报文时，才会进入CLOSE状态。很明显，B断开连接比A要早一点。

问题1：为什么链接的时候是三次握手，而断开需要四次？

　　因为当B收到A的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当B收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉A，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到B所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四次握手。

　　SOCKET：套接字，就是在不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点，比如A和B。套接字=ip地址：端口号

问题2：为什么在TIME-WAIT状态下要经过2MSL（最大报文段生存时间）时间才能进入CLOSE状态？

　　按道理，四个报文都发送完了就可以断开连接了，但是假设网络是不可靠的，A发送的最后一个ACK有可能会丢失，丢失了就要重发，TIME-WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK，那么怎么知道有没有丢失呢？在A发出最后一个ACK后，服务器如果没有收到，就会重复发送FIN片段。所以A不会立即关闭，他会设置一个计时器，等待2MSL的时间，如果在这个时间内还会收到对方发来的FIN，那么客户端就会重新发送一遍ACK并且再等待2MSL的时间（2倍的MSL），在这个时间内，没有再收到B的FIN，客户端就知道了对方已经收到ACK了，就会断开连接。当B收到ACK后，会先断开连接。

　　MSL：最大报文段生存时间

　　　　Windows：MSL = 2 min

　　　　linux(Ubuntu,CentOS) ：MSL = 60s

　　　　UNIX ：MSL = 30s 

　　

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_44198965/article/details/90083126