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前言
本文主要记录TCP/IP五层模型中每层的重点协议，重点是TCP/UDP协议（包括常考的三次握手和四次挥手）。
一、应用层重点协议
1.DNS
DNS（Domain Name System）域名系统，是一套域名映射到IP的系统。其是一个字符串，如：www.baidu.com等。
2.NAT
NAT是解决IP地址不够的一个重要手段，是路由器的一个重要功能。
NAT/IP转换过程：NAT路由器将源地址替换成全局的IP；在路由器收到外部的数据时，又会把目标IP替换回源地址 。NAT路由器内部有一张自动生成的用于地址转换的表。
NAT的缺陷：（1）无法从NAT外部向内部服务器建立连接；（2）转换表的生成和销毁都需要额外开销；（3）NAT一旦出现异常，所有TCP连接也会断开。
3.HTTP/HTTPS
（HTTP和HTTPS是应用层的重点协议，在web开发中进行记录）
二、传输层重点协议
1.TCP
1.TCP格式
TCP的格式如上图所示，在属性中会穿插讲到。
2.属性
TCP对数据在传输层提供管控机制，只要是安全和效率，为了保证在可靠性的前提下提高传输效率，所以设置一下属性：
（1）确认应答（安全机制）：数据传输的过程中，以免对数据进行重复传输，则对每个字节的数据都进行编号，即为序列号，每一个ACK带有对应的确认序列号，告诉给发送者已收到那些数据。
（2）超时重传（安全机制）：数据的传输过程中，ACK可能会丢失，接收方会收到许多重复的数据，TCP协议未解决这种问题，前面提到的序列号会有去重的效果；而超时的时间应该怎如何确定？TCP为了保证在任何环境下都能高性能的通信，会动态计算这个最大超时时间，假如第一次超时m，会等待2*m后再重传，以指数形式递增，累积到一定次数后会强制关闭。
（3）连接管理（安全机制）
三次握手建立连接：发送端请求连接，SYN=1，接收端收到请求后同时发送ack=1，syn=1给发送端确认连接，发送端再给接收端发送已经建立连接的确认信号。三次握手也可以是四次但是没必要，浪费时间。
两个重要的状态：
LISTEN：服务器启动之后，绑定端口之后。
ESTABLISHED:连接建立好了之后的稳定状态。
四次挥手断开连接：发送端给接收端发送FIN表示断开连接后，接收端向发送端回应确定要断开连接吗，发送端再回应确认信号，则断开连接。其中四次挥手，分开主要是由于ACK是操作系统内核收到FIN立即触发的，另一个则是应用程序显示调用Socket的close方法触发的，时机不同。也有可能是三次，中间的两次若是在同一时机，可能会合并。
两个重要的状态：
CLOSE_WAIT:一般使用在接收端，当出现大量close状态说明代码逻辑可能有误，没有及时调用。
TIME_WAIT：发送端收到结束报文段后进入的状态，会等待2MSL时间后进入CLOSED状态。这个状态比较重要，例如：当最后一次ACK丢失的时候，会等待2MSL时间后进入CLOSED状态。
（4）滑动窗口（效率机制）：当我们在发送消息的时候，如果是发一句等待对方回一句，确认对方回应后再发下一句，这样的传输效率太低了，为了在可靠传输的前提下，提高传输效率，滑动窗口能够很好的解决这个问题。窗口的大小就是无序等待确认可以继续发送数据的最大值，设置发送缓冲区记录未确认的数据；窗口越大，网络吞吐率越高。
如果传输过程中ACK丢失，并不要紧，因为可以通过后面的ACK确认。
如果传输过程中数据丢失，发送端会一直收到需要什么数据包ACK的重复提醒，连续三次后就会将对应数据重新发送，然后通过接收缓冲区直接回到上次传输的位置。
（5）流量控制（安全机制）：由于接收端处理数据的速度是有限的，如果发送端发的太快，就会导致接收缓冲区太满，再继续接收的话会造成丢包等一些问题，为了控制发送端的发送速度 ，TCP设置流量控制机制支持根据接收端的处理能力进行控制发送端。
（6）拥塞控制（安全机制）：滑动窗口可以很好解决传输效率的问题，但是如果一开始滑动的窗口很大就会导致一系列问题，所有为了安全，TCP使用拥塞窗口，刚开始发送很少的数据，探测网络是否通畅，再指数形式增加到一个阈值后按照线性增长的方式增长。
（7）延迟应答（效率机制）：接收数据的主机如果立刻返回ACK应答，这时的窗口可能较小，为了在网络不拥塞的情况下提高传输效率，让它延迟回应，达到最大延迟时间后就应到一次。
（8）捎带应答（效率机制）：接收端和发送端大多是一发一收的情况，ACK在接收端给发送方回应的时候可以顺带一起回应。
（9）面向字节流（黏包问题）：应用层收到的数据包，在传输层是由序列号排序，但是应用层是一连串的字节数据，并不知道从哪开始从哪结束，为了避免这种情况，需要明确两个包之间的边界，可以通过设置标志符，数据长度等方式进行改进。
（10）异常情况
a.程序奔溃：进程异常退出，操作系统会回收进程的资源，和普通的四次挥手差不多。
b.正常关机：系统内核会进行文件描述符的释放操作，进行四次挥手。
c.机器断电：如果是接收方掉电，发送方会继续发送数据，但是没有ACK了，重传几次，仍然无应答，会尝试重置连接，也会失败，就会放弃连接。如果掉电的是发送方，接收方等一会之后会发送一个“心跳包”，是一个不携带任何数据的包，如果对方不回应，此时会放弃连接。
d.网线断开：同机器掉电一样。
这里主要记录TCP的是个属性，但TCP远不止这十个属性
2.UDP
1.格式
UDP无需建立连接，只需要目的端IP和端口号就可以进行传输，它是一个面向数据报的不可靠传输。
3.TCP/UDP对比
| TCP | UDP |
|---|---|
| 有连接 | 无连接 |
| 可靠 | 不可靠 |
| 面向字节流 | 面向数据报 |
| 接收和发送缓冲区都有 | 只有接收缓冲区 |
面试题1
如何基于传输层UDP协议，实现一个可靠传输？
可以参考TCP的可靠机制在应用层实现的逻辑：(1)引入序列号，保证数据顺序；（2）引入确认应答，确保对端收到了数据；（3）引入超时重传，如果隔一段时间没有应答就重发数据等等。
三、网络层重点协议
1.IP
协议头部格式如下：
4位版本号，如IPv4、IPv6；8位服务类型，主要用到的右四位分别表示：最小延迟、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本，只能四选一。
8位生存时间TTL是数据报到达目的地的最大报文跳数，一般是64，经过一个路由减1，一直减到0还没到达，则丢弃。
8位协议表示上层协议的类型。16位首部校验和使用CRC来校验头部手否损坏。
（1）地址管理
IP地址由网络号和主机号组成。
网络号：标识网段，保证相互连接的两个网段有不同的表示。
主机号：标识主机，同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同主机号。
子网掩码：用来划分从哪到哪是网络号，其特征是左半部分为全1，右半部分为全0；例如：255.255.255.0表示主机号有24位。A、B、C、D、E类不做过多的说明。
广播IP：主机号全为1.
IP地址分为两大类：外网IP/公网IP、内网IP/私网IP/局域网IP；（约定10.、172.16~172.31.，192.168.* 为局域网IP）
本地环回地址：127.0.0.1
本机IP地址：192.168.xxx.xxx
（2）路由选择
类似于“问路”，从一点到另一点，一路走一路问，直到转到终点，路由器中有一个路由表数据结构，如果目前IP路由器认识，会给出一个明确的路线，如果路由器不认识，路由器会把数据报发给一个更广的路由器（路由表中的默认选项下一跳），如果最终没有找到，TTL会耗尽就结束了。
四、数据链路层重点协议
1.以太网
（1）以太网帧格式如下：
其中的目的地址和源地址是mac地址（物理地址），用6个字节表示，主要是在数据链路层实现相邻结点之间的转发，mac地址可以作为是主机身份标识的一种方式。
数据的1500是以太网数据帧的最大值。
帧协议类型字段有三种值：IP、ARP、RARP。
CRC校验和是交给硬件（网卡）计算的，UDP的校验和是通过软件计算的。
（2）MTU
MTU是限制不同数据链路对应的物理层，以太网的数据长度最大为1500字节；如果数据包从以太网路由到链路上长度过长，则需要对数据包进行分片，不同的数据链路层标准的MTU是不同的。
（3）ARP
ARP协议建立了主机IP地址和MAC地址的映射关系。RARP则是相反的关系。
面试题2
从浏览器输入一个URL，到最终展示出页面，大概会发生什么？
（1）进行DNS域名解析：将域名自动转换成IP地址；
（2）进行封装：浏览器构造出HTTP数据报；交给传输层TCP（先建立连接三次握手），然后在发送刚才的HTTP请求，数据交给网络层，IP协议封装成IP数据报，IP数据报再交给数据链路层，封装成对应的数据帧，最终通过网卡传输出去；
（3）进行传输：中间会经历一些交换机和路由器，交换机会把数据分用到数据链路层（更上层的不再解析），再重新封装，继续转发；路由器会把数据分用到网络层（更上层的不再解析），重新封装，继续转发；路由表匹配过程就是路由器根据数据报中的目的IP在路由表中匹配，找个合适的方向发出去（每次转发TTL-1）；
（4）到达目标服务器之后：服务器进行层层分用，一直到HTTP这一层；服务器会找到想访问的那个资源，把资源再进行构造成HTTP响应（根据请求计算响应）；
（5）服务器把响应重新封装；
（6）响应数据在中间进行转发，回到浏览器；
（7）客户端在针对数据解析；
（8）解析出一个网页，渲染到浏览器上。