协议(TCP/IP,TCP)【详】

前言

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协议(TCP/IP,TCP)【详】

1、协议的分层模型(协议族(TCP/IP))

概述:
TCP/IP 不是TCP和IP这i两个协议的合称，而是因特网整个TCP/IP整个协议族，从协议分层来讲分为
【网络接口层】，【网络层】，【传输层】，【应用层】
协议的分层模型:

序号	模型	概念	作用
1	网络接口层	主机必须使用某种协议与网络相连。	【这是TCP/IP软件的最低层】，负责接收IP数据包并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。
2	网络层	其功能是使主机可以把分组发往任何网络，并使分组独立地传向目标。	【TCP/IP协议族中非常关键的一层】，主要定义了IP地址格式，从而能够使得不同应用类型的数据在Internet上通畅地传输，IP协议就是一个网络层协议。
3	传输层	使源端和目的端机器上的对等实体可以进行会话。在这一层定义了两个端到端的协议：传输控制协议(TCP)和用户数据报协 议(UDP)，除了基本的数据传输外，它还有可靠性保证、流量控制、多路 复用、优先权和安全性控制等功能。	提供应用程序间的通信(TCP,UDP)
4	应用层	包含所有的高层协议，包括：虚拟终端协议(TELNET，TELecommunications NETwork)、文件传输协议(FTP，File Transfer Protocol)、电子邮件 传输协议(SMTP，Simple Mail Transfer Protocol)、域名服务(DNS，Domain NameService)、网上新闻传输协议(NNTP，Net News Transfer Protocol)和超文本传送协议 (HTTP，HyperText Transfer Protocol)等	所有用户所面向的应用程序的统称

2、TCP协议

2.1、TCP 传输前

TCP 传输前进行三次沟通，简称为【三次握手】
知识点:

1、当建立一个新的连接时， 【SYN】 标志变 1
2、【顺序号 seq】（ 32 位）：用来标识从 TCP 源端向 TCP 目的端发送的数据字节流，它表示在这个 报文段中的第一个数据字节的顺序号。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP 用【顺序号】对每个字节进行计数
3、【确认号 ack】（ 32 位）：包含发送确认的一端所期望收到的下一个顺序号。因此，确认序号应当 是上次已成功收到数据字节顺序号加 1 。只有 【ACK】 标志为 1 时确认序号字段才有效。
4、【SYN 】：同步序号为 1 表示连接请求，用于建立连接和使顺序号同步（ synchronize ）

【第一次握手】： 【主机 A】 发送位码为 syn＝1,随机产生 seq number=1234567 的数据包到服务器， 【主 机 B】
由 SYN=1 知道， 【主机 A】 要求建立联机；
【第二次握手】 ： 【主 机 B】 收 到 请 求 后 要 确 认 联 机 信 息 ， 向 【主机 A】发 送 ack number=( 【主机 A】 的 seq+1),syn=1,ack=1,随机产生 seq=7654321 的包
【第三次握手】： 【主机 A】 收到后检查 ack number 是否正确，即第一次发送的 seq number+1,以及位码 ack 是否为 1，若正确， 【主机 A】 会再发送 ack number=(主机 B 的 seq+1),ack=1， 【主 机 B】 收到后确认seq 值与 ack=1 则连接建立成功。

2.2、TCP 传输完数据断开时

知识点:

【FIN】 ：用于释放连接，为 1 表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。

1） 关闭客户端到服务器的连接：首先客户端 A 发送一个 FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送， 然后等待服务器的确认。其中终止标志位 FIN=1，序列号 seq=u
2） 服务器收到这个 FIN，它发回一个 ACK，确认号 ack 为收到的序号加 1。
3） 关闭服务器到客户端的连接：也是发送一个 FIN 给客户端。
4） 客户段收到 FIN 后，并发回一个 ACK 报文确认，并将确认序号 seq 设置为收到序号加 1。
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。

四次挥手描述:

主机 A 发送 FIN 后，进入终止等待状态， 服务器 B 收到主机 A 连接释放报文段后，就立即 给主机 A 发送确认，然后服务器 B 就进入 close-wait 状态，此时 TCP 服务器进程就通知高 层应用进程，因而从 A 到 B 的连接就释放了。此时是“半关闭”状态。即 A 不可以发送给 B，但是 B 可以发送给 A。此时，若 B 没有数据报要发送给 A 了，其应用进程就通知 TCP 释放连接，然后发送给 A 连接释放报文段，并等待确认。A 发送确认后，进入 time-wait，注 意，此时 TCP 连接还没有释放掉，然后经过时间等待计时器设置的 2MSL 后，A 才进入到 close 状态。

2.3 TCP与UDP的比较

序号	TCP	UDP
1	TCP面向有链接的通信服务	UDP面向无连接的通信服务
2	TCP提供可靠的通信传输	UDP不可靠,会丢包
3	TCP保证数据顺序	UDP不保证
4	TCP数据无边界	UDP有边界
5	TCP速度慢	UDP速度快
6	TCP面向字节流	UDP面向报文
7	TCP一对一	UDP一对多
8	TCP报头至少20字节	UDP报头8字节
9	TCP有流量控制，拥塞控制	UDP没有
10	TCP对比UDP来说不安全	UDP对比TCP来说较安全

2.4 关于TCP与UDP的问题

2.4.1、为什么TCP比UDP可靠?

因为UDP没有确认机制，对于TCP来说，只有建立连接后才会发送数据，
而UDP是不管对方存不存在都会发送数据，而且TCP有确认机制，对于接收端来说，接收端每接受一个数据包，都会回复给客户端， 对于客户端来说，超时，或者数据包不完整的时候会重传，而UDP没有确认机制，有可能会丢包。

2.4.2、为什么TCP要比UDP稳定?

因为UDP数据传输时如果网络不好，很可能会丢包,对比UDP,TCP有确认机制，三次握手等机制，而UDP是面向无连接的，没有TCP这些机制，在数据传输时如果网络不好，很可能会丢包

2.4.3、为什么UDP比TCP快?

因为对比TCP,UDP是一对多的，不像TCP是一对一，为了保持可靠、稳定，TCP相比UDP，要做很多机制来达到这个目的。
如传入数据前要进行三次握手；
传输数据时，要进行确认机制(确认、重传、拥塞等会消耗大量时间以及CPU和内存等硬件资源)；
传入数据完，要进行四次挥手；
自然TCP的消耗就比UDP更多，因此UDP比TCP传输速率更快

2.4.4、为什么TCP无边界，而UDP有边界?

因为TCP有缓存区，而UDP无缓存区，
TCP有缓存区，客户端分多次发送数据给服务器，只要服务器的缓冲区够大，那么服务器端会在客户端发送完之后一次性接收过来，所以是无边界的。
而UDP无缓存区，也就是说客户端每发送一次，服务器端就会接收一次，发送多少次就会接收多少次，因此是有边界的。

2.4.5、为什么UDP比TCP较安全?

因为UDP是面向无连接的，不存在连接状态，不易被利用攻击，而TCP有确认机制，三次握手等机制，因此存在被人模仿，攻击，而UDP没有TCP这样的机制，自然被人利用的漏洞就少了，因此相比于TCP来说，UDP更加安全。

2.4.6、:为什么TCP关闭要四次挥手，而不是三次挥手。?

这是由于 TCP 的半关闭造成的。因为 TCP 连接是全双工的(即数据可在两个方向上同时传递)所以进行关闭时每个方向上都要单独进行关闭。【这个单 方向的关闭就叫半关闭】。当一方完成它的数据发送任务，就发送一个 FIN 来向另一方通告将要终止这个 方向的连接。