TCP/IP簡記

做爲一個非科班的前端er，計算機網絡基礎和原理方面一直都是本身比較薄弱的環節，最近學習了一些相關的知識便記錄一下。

簡介

tcp/ip：咱們一般所說的tcp/ip協議，指的是以TCP（傳輸控制協議）和IP（網際協議）爲核心的TCP/IP協議族。TCP/IP也稱互聯網協議，是一個網絡通訊模型，以及一整個網絡傳輸協議家族，爲互聯網的基礎通訊架構。

計算機網絡體系結構的分層

根據不一樣的模型，咱們將計算機網絡中的協議分爲不一樣的層級。最多見的有OSI七層參考模型和TCP/IP四層模型。

數據的傳輸

互聯網協議規定了數據（包）的發送從上層到下層，每一個分層中，都會對所發送的數據附加一個首部，在這個首部中包含了該層必要的信息，明確標明瞭協議應該如何讀取數據。

數據的接收則從下層到上層，每一個分層中，都會對接收的數據進行處理，根據包首部，瞭解該協議的必要信息以及要處理的數據。

下圖以用戶a向用戶b發送郵件爲例子：

TCP鏈接中的三次握手與四次揮手

TCP提供面向有鏈接的通訊傳輸。面向有鏈接是指在數據通訊開始以前先作好兩端間的準備工做。

三次握手

所謂三次握手是指創建一個TCP鏈接時須要客戶端和服務器端總共發送三個包以確認鏈接的創建。在socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發。

• 第一次握手：客戶端將標誌位SYN置爲1，隨機產生一個值seq=J，並將該數據包發送給服務器端，客戶端進入SYN_SENT狀態，等待服務器端確認。

• 第二次握手：服務器端接收到數據包後由標誌位SYN=1知道客戶端請求創建鏈接，服務端將標誌位SYN和ACK都設置爲1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該數據包發送給客戶端以確認鏈接請求，服務器端進入SYN_RCVD狀態。

• 第三次握手：客戶端接收到確認後，檢查ack是否爲J+1，ACK是否爲1，若是正確則將標誌位ACK置爲1，ack=K+1，並將該數據包發送給服務器端，服務器端檢查ack是否爲K+1，
  ACK是否爲1，若是正確則鏈接創建成功，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後客戶端與服務器之間能夠開始傳輸數據了。

四次揮手

四次揮手即終止TCP鏈接，就是指斷開一個TCP鏈接時，須要客戶端和服務器端總共發送四個數據包以確認鏈接的斷開。在socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發。

因爲TCP鏈接是雙工的，所以，每一個方向都必需要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成數據發送任務後，發送一個FIN來終止這以方向的鏈接，收到一個FIN知識意味着這一方向上沒有數據流動了，即不會再收到數據了，可是在這個TCP鏈接上仍然可以發送數據，直到這一方向也發送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另外一方則執行被動關閉。

• 中斷鏈接能夠是客戶端，也能夠是服務端

• 第一次揮手：客戶端發送一個FIN=M，用來關閉客戶端到服務端的數據傳送，客戶端進入FIN_WAIT_1狀態。意思是我（客戶端）沒有數據要發給你了，但若是你服務端還有數據沒有發送完成，則沒必要急着關閉鏈接，能夠繼續發送數據。

• 第二次揮手：服務端接收到FIN後，先發送ack=M+1，告訴客戶端，你的請求我收到了，但我還沒準備好，請你繼續等待個人消息。這個時候客戶端就進入FIN_WAIT_2狀態，繼續等待服務器端的FIN報文。

• 第三次揮手：當服務端肯定數據已發送完成，則向客戶端發送FIN=N報文，告訴客戶端我這邊的數據已經發完了，準備好關閉鏈接了。服務端進入LAST_ACK狀態。

• 第四次揮手：客戶端收到FIN=N報文後，就知道能夠關閉鏈接了，可是他仍是不相信網絡，怕服務端不知道要關閉，因此發送ack=N+1進入TIME_WAIT狀態，若是server端沒有收到ACK則能夠重傳。服務端接收到ACK後，就知道能夠斷開鏈接了。客戶端等待了2MSL後依然沒有獲得回覆，則證實服務端已正常關閉，那好，我客戶端也能夠關閉鏈接了。最終完成了四次握手。

實際上還可能會出現同時發起關閉的狀況：

經過序列號與確認應答提升可靠性

• 在 TCP 中，當發送端的數據到達接收主機時，接收端主機會返回一個已收到消息的通知。這個消息叫作確認應答（ACK）。當發送端將數據發出以後會等待對端的確認應答。若是有確認應答，說明數據已經成功到達對端。反之，則數據丟失的可能性很大。

• 在必定時間內沒有等待到確認應答，發送端就能夠認爲數據已經丟失，並進行重發。由此，即便產生了丟包，仍然可以保證數據可以到達對端，實現可靠傳輸。

• 未收到確認應答並不意味着數據必定丟失。也有多是數據對方已經收到，只是返回的確認應答在途中丟失。這種狀況也會致使發送端誤覺得數據沒有到達目的地而重發數據。

• 此外，也有可能由於一些其餘緣由致使確認應答延遲到達，在源主機重發數據之後纔到達的狀況也家常便飯。此時，源主機只要按照機制重發數據便可。

• 對於目標主機來講，反覆收到相同的數據是不可取的。爲了對上層應用提供可靠的傳輸，目標主機必須放棄重複的數據包。爲此咱們引入了序列號。

• 序列號是按照順序給發送數據的每個字節（8位字節）都標上號碼的編號。接收端查詢接收數據 TCP 首部中的序列號和數據的長度，將本身下一步應該接收的序列號做爲確認應答返送回去。經過序列號和確認應答號，TCP 可以識別是否已經接收數據，又可以判斷是否須要接收，從而實現可靠傳輸。

重發超時的肯定

• 每次發包以前都會計算往返時間，以此肯定超時間隔

• 重發以後可能再次重發，超時間隔以指數形式增長 2 - 4 - 8

• 重發屢次以後將強制斷開鏈接，不會無限重發

參考

• 一篇文章帶你熟悉 TCP/IP 協議（網絡協議篇二）

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