TCP/IP 协议栈

摘要

TCP/IP:Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议TCP/IP是一个协议栈，由众多的协议组成。TCP和ip是最重要的两个协议，所以用来作为协议栈的名字。

TCP/IP 标准

• TCP/IP:Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议

• TCP/IP是一个协议栈，由众多的协议组成。TCP和ip是最重要的两个协议，所以用来作为协议栈的名字。

• 最早的时候这个协议是在互联网上面使用，局域网里面使用的最广泛的是IPX、SPX协议。
  以太网工作在数据链路层和物理层

TCP/IP 分层

  TCP/IP定义了四层：网络接口层、互联网层、传输层、应用层。简化了OSI的分层

TCP/IP应用层

TCP/IP 工作逻辑

数据包发送的时候，需要添加每层的头，对方收到之后再进行解封装。

transport 层

传输层的功能由两个协议实现：tcp和udp。可以实现可靠和快速通信。

TCP和UDP

tcp：

• 可靠性高、性能低、

• 面向连接、

• 有序列的

• 重传、

• 半关闭（四次挥手）、

• 确认机制（发一个包就确认一个包）、

• 滑动窗口（根据网络情况控制数据包的发送，一次能处理多少数据包是变化的）、

• 拥塞控制。
  主要用于：邮件通信、文件共享、下载

udp：

• 高性能、

• 可靠性差、

• 无序列的
  主要用于：语音、视频通信

TCP：Transmission Control Protocol（传输控制协议）

TCP特性

  传输层协议、确认机制、全双工、面向连接

TCP包头结构

• 第一行：源端口、目标端口（各占16位）

• 第二行：序号，表示数据报文的编号（因为需要把文件拆成小包来传送，经过编号以后，目标设备接收到文件后按顺序进行组装）

• 第三行：确认号，确认对方发过来的包已收，到

• 第四行：

数据偏移：表示头的长度。 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN：TCP的6个状态标记位，重点：ACK、SYN、FIN ACK：请求通信标记位 SYN：消息确认标记位 FIN：分手的状态标记位 

一般源端口是随机的，目标端口是约定俗称的。
linux列出常用应用的端口号： cat /etc/service

TCP协议PORT

  通过Ip地址可以找到对应的设备，但是设备上的通信应用不止一个，为了区分指定的应用程序，所以采用端口号来区分，每个应用程序都有一个唯一的端口号（应用程序的唯一标识）。
端口号范围：0--65536
0-1023：是给重要的服务使用的，已经分配出去了的。其他端口随意使用

范例：linux查看目前服务使用的端口

ss -ntl  #n:不解析服务名称，已数字方式显示端口号  t：tcp l:显示本地打开的所有端口 

范例：查看某个端口是那个应用程序在使用

方法一： ss -ntlp  #（p:显示使用套接字的进程和进程标号）  方法二： lsof -i :端口号 

TCP端口号通信过程

三次握手

面向连接的过程就叫做三次握手：

为什么需要三次握手，而不是两次握手？

  因为计算机完整的一次通信是有去有回。所以能进得来还出得去。所以是三次握手。
对A：需要又去有回，B也同样。

具体实现：（三步 A和B都需要有去有回）

A的通信：

1. 客户端发送请求（去）：SYN标记为置为1（请求通信），其他为0，并且记录当前包的序号（seq=x）。
2. 服务器回应请求（回）：SYN=1（请求通信），ACK=1（确认客户端发送过来的信息），当前数据包编号（seq=y），ack=x+1（数据包的确认号，告诉对方我希望你下次发x+1，变相说明了收到了x这个编号的包）

B的通信：

3. 回：ACK=1，其他为0。seq=x+1（因为x上面已经发了，这次就发x+1），ack=y+1（说明了y包收到了，希望下次你发y+1）

状态

客户端：

• CLOSED：从断开连接的状态发起连接请求，发送请求以后无论对方是否收到，立即进入到SYN-SENT状态。

• SYN-SENT：回应服务器的请求以后，从当前状态立即进入到ESTAB状态。

• ESTAB-LISHED:

服务器：

• CLOSED：断开连接的状态

• LISTEN：服务器端打开，监听某个服务的端口。回复客户端的请求以后，就从该状态切换为RVCD状态

• SYN-RCVD：收到了客户端的请求后，也立即进去ESTAB状态。

• ESTAB-LISHED：

四次挥手

建立简介以后，状态就变成了ESTAB这个状态。

流程：（理想状态）

1. 客户端向服务器段发送分手请求（FIN=1，FIN是finsh的缩写），并且发送当前数据包的编号（seq=u）。

2. 对方收到以后立即回复确认信息，ACK=1，seq=v，ack=u+1 -- 表示发送过来的分手请求已经收到了
   到目前位置只实现了客户端不想和服务器通信了，但是服务器还是可以和客户端通信的。（若数据还未发送完，就继续把数据传送完成）-- 数据单向传输

3. 当服务器决定好要和客户端分手以后，服务器主动提出分手（FIN=1），ACK=1，seq=w，ack=u+1

4. 客户端收到以后立即确认。ACK=1，seq=xx，ack=w+1（确认号）

状态：

客户端：

• ESTAB-LISHED：刚开始大家是建立连接的，需要断开连接就发起分手请求，一旦发送了这个请求，就立刻进去WAIT-1这个状态。

• FIN-WAIT-1：一旦收到服务器发送过来的请求，就进入WAIT-2这个状态

• FIN-WAIT-2：收到服务器的分手请求，从当前状态进入WAIT状态。然后再发请求过去

• TIME-WAIT：发送确认请求以后，需要等待一段时间（因为网络复杂，为了确保服务器发送分手数据包之前的数据都能稳妥到达）才进入CLOSED状态。

• CLOSED：

服务器：

• ESTAB-LISHED：收到客户端发送的分手请求以后，立刻回应。就从当前状态变成了CLOSED-WAIT状态。

• CLOSED-WAIT：这边没什么数据要发了，就发送分手请求，然后进入了LST-ACK这个状态。

• LAST-ACK：收到分手请求，进入断开连接这个状态。

• CLOSED：

范例：linux查看连接的状态

#进程与套接字关系 √ 进程类似房子，套接字是进程的门。  √ 进程通过套接字在网络上发送和接收报文。  √ 发送进程：把报文推出门（套接字）。  √ 传送报文：通过下面网络把报文传送到目的进程门口。  √ 接收进程：通过其门（套接字）接收报文。 

ss -nta #-a:显示所有套接字，套接字就是进程的接口  

#linux的抓包工具：tcpdump #windows的抓包工具：wireshark #linux抓包工具的使用： tcpdump -i 网卡名  -nn port 22    #-nn port 22：以数字的方式抓指定端口号的包 

TCP重传机制

丢包或者网络不通，它会自动一次一次地进行尝试。

与TCP超时重传相关的两个内核参数；

/proc/sys/net/ipv4/tcp_retries1 #指定TCP最少执行的重传次数，默认值是 3 /proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2 #指定TCP最多可以执行的重传次数，默认值 15（一般对应13～30min） 

UDP：User Datagram Protocol

UDP的特性：

可靠性差（没有建立连接的过程）、性能高。
udp协议使用较少，只用语音视频等使用udp协议。互联网大部分应用使用的都是tcp协议

UDP包头

  包头组成比tcp的包头更简单。因为tcp和udp是独立的两个协议，所以就算tcp和udp同时使用一个相同的端口也是不会冲突的。

组成：

• 源端口：

• 目标端口：

• udp的长度：

• udp的校验和：

• 数据部分：