TCP/IP协议笔记

1. 截至目前，我们已经得到了三个首部：以太网首部、IP 首部、TCP 首部。
2. 这三者看起来类似，实际却完全不同：
   1. 以太网首部是以太网技术提供的基础数据 package 功能：其数据包的长度是以太网独有的，和其他技术如光纤环网 FDDI 是完全不同的。实际上其他技术都不一定用的是 帧 这种基础逻辑单元，也不一定用的是这种简单的交换方式。
   2. IP 是网络层协议，其存在的意义是规定一种跨物理实现的“虚拟网络”，让这个网络在上层看来是一致的。从这个意义上来讲，IP 层是 Internet 的本体。IP 网络是真正的全球统一的网络。每一台接入网络的计算机都有一个 ip 地址。
   3. TCP 是传输层协议，其目的是在统一的 IP 层上实现“可靠”的信息传递。

TCP为什么可靠

以太网数据帧和 IP 数据包都只是简单地规定了头部应该如何携带信息，而以太网帧并不保证能够送达，也不能保证按照顺序送达，出现了可靠性问题。

TCP 通过校验、序列号机制、确认应答机制、重发控制、连接管理等特性实现了可靠性传输。具体的特性不再展开叙述，因为 TCP 实在是太复杂，展开讲还能再写五个本文这么长的系列文章。下面我重点介绍 TCP 实现可靠传输的几个重点功能：

1. TCP 以 段 为基本单位发送数据，段的长度是在首次建立连接的时候双方约定好的。
2. 序列号和确认应答机制：每个段的发送都会携带一个整数序列号：当前段第一位在完整数据中的字节顺序，每次接收到一个段，远程计算机都要回复一个带序列号的“确认收到”。
3. 重发机制：首个段发送的时候使用一个比较大的 timeout 值，之后每次的 timeout 的值都是实时计算的，因为 TCP 希望在网络情况变化时也能够尽可能地提供高性能的传输。timeout 时间过了还没有收到携带本段序列号的“确认收到”，那就重发。

三次握手建立友好连接

如图:

$客户端像服务端发起建立连接的请求(你好,我可以和你交朋友吗)

$服务端,收到请求,发送我也要建立连接(你好,我也想和你交朋友)

$客户端:收到(好的,那真是太好了)

经历过这三个 IP 包的来往，这个可靠的 TCP 连接才算建立成功了。

四次挥手断开连接 

经过这四次 IP 包的往来，双方都认为这个 TCP 连接已经断开了，相应的内存资源就可以释放了。

为什么握手是三次而挥手是四次？

原因很简单：TCP 是全双工协议，即可以同时发送和接收数据，两条通道是完全独立的。

1. 尝试建立连接时，两者之间什么关系都没有，而“收到。我也要建立连接。”这两个动作是有顺序的，直接用一个 IP 包发送就可以了，节省时间。
2. 尝试断开连接时，“收到。我也要断开连接。”这两个动作之间还有其他事情要发生：客户端这边是不会再发送数据了，但是服务器发给客户端的 IP 包可能还在路上，这时候就要等待客户端给一个“收到”的回应，才能放心地发出“我也要断开连接”这个包。

Tcp 的几个状态

在TCP层，有个FLAGS字段，这个字段有以下几个标识：SYN, FIN, ACK, PSH, RST, URG.

其中，对于我们日常的分析有用的就是前面的五个字段。

 它们的含义是：

SYN表示建立连接，

FIN表示关闭连接，

ACK表示响应，

PSH表示有 DATA数据传输，

RST表示连接重置。

 其中，ACK是可能与SYN，FIN等同时使用的，比如SYN和ACK可能同时为1，它表示的就是建立连接之后的响应，

 如果只是单个的一个SYN，它表示的只是建立连接。

TCP的几次握手就是通过这样的ACK表现出来的。

 但SYN与FIN是不会同时为1的，因为前者表示的是建立连接，而后者表示的是断开连接。

RST一般是在FIN之后才会出现为1的情况，表示的是连接重置。

 一般地，当出现FIN包或RST包时，我们便认为客户端与服务器端断开了连接；而当出现SYN和SYN＋ACK包时，我们认为客户端与服务器建立了一个连接。

PSH为1的情况，一般只出现在 DATA内容不为0的包中，也就是说PSH为1表示的是有真正的TCP数据包内容被传递。

TCP的连接建立和连接关闭，都是通过请求－响应的模式完成的。

 概念补充-TCP三次握手：

TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议

TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接：

 位码即tcp标志位，有6种标示：SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)

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，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。

 完成三次握手，主机A与主机B开始传送数据。