OSI（七层）网络模型，三次握手四次挥手梳理，Socket.TCP/IP.HTTP三者说明

Posted 2023-04-07 朝熙d

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了OSI（七层）网络模型，三次握手四次挥手梳理，Socket.TCP/IP.HTTP三者说明相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一 OSI网络模型

OSI网络模型也称七层网络模型

7	应用层	HTTP、SMTP、SNMP、FTP、Telnet、SIP、SSH、NFS、RTSP、XMPP、Whois、ENRP
6	表示层	XDR、ASN.1、SMB、AFP、NCP
5	会话层	ASAP、TLS、SSH、ISO 8327 / CCITT X.225、RPC、NetBios、ASP、Winsock、BSD sockets
4	传输层	TCP、UDP、RTP、SCTP、SPX、ATP、IL
3	网络层	IP、ICMP、IGMP、IPX、BGP、OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、ARP、RARP、 X.25
2	数据链路层	以太网、令牌环、HDLC、帧中继、ISDN、ATM、IEEE 802.11、FDDI、PPP
1	物理层	线路、无线电、光纤、信鸽

常见的网络层：

● Socket —— 会话层

● TCP/UDP —— 传输层

● HTTP —— 应用层

二三次握手与四次挥手的简单理解

● 三次握手

建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”，断开需要经过“四次挥手”

00	SYN=0,ACK=O	简写	没有操作
10	SYN=1,ACK=0	SYN=1	连接请求
11	SYN=1,ACK=1	SYN=1,ACK=1	请求确认
01	SYN=0,ACK=1	ACK=1	连接确认

第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

● 四次挥手

00	FIN=0,ACK=0	简写	没有操作
10	FIN=1,ACK=0	FIN=1	断开请求
11	FIN=1,ACK=1	FIN=1,ACK=1	请求确认
01	FIN=0,ACK=1	ACK=1	断开确认

第一次：客户端向服务器发出停止传输请求；

第二次：服务器收到客户端发出的停止传输请求后，告诉客户端我已经收到了你的停止请求；

第三次：服务器确认，现在停止给你传输信息了，并把停止传输请求发给客户端；

第四次：客户端收到服务器发出的停止传输请求，也确认；

● 常见问题梳理

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？

3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

三 Socket，TCP/IP，HTTP

① TCP/IP连接

🔺 手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议，可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接；

🔺 TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。

🔺 建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”，断开经过“四次挥手”

● 握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据；

● 理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP连接都将被一直保持下去；

● 断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”，最终确定断开；

② HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

● 在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接；

● 在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接
请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回
复，表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

③ Socket说明

● 套接字（socket）概念

套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。

它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：

① 连接使用的协议；

② 本地主机的IP地址；

③ 本地进程的协议端口；

④ 远地主机的IP地址；

⑤ 远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个
TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应
用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

● 建立socket连接

● 建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket ；

● 套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

① 服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

② 客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

③ 连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

四 Socket连接与TCP/IP连接

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

socket则是对TCP/IP协议的封装和应用（程序员层面上）。也可以说，TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：

“我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

我们平时说的最多的socket是什么呢，实际上socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。也可以说Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，Socket的出现,只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、listen、connect、accept、send、read和write等等。

网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：

“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。”

实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。socket是对端口通信开发的工具,它要更底层一些.

五 Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

http协议是应用层的协义, 有个比较形象的描述：

HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力。

两个计算机之间的交流无非是两个端口之间的数据通信,具体的数据会以什么样的形式展现是以不同的应用层协议来定义的`如HTTP`FTP`...

TCP三次握手与四次挥手

一、网络模型

网络模型一般是指OSI七层参考模型和TCP/IP四层参考模型。这两个模型在网络中应用最为广泛。

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提问：各层的网络协议有哪些？（以下只是部分）

应用层：HTTP、SMTP、SSH
传输层：TCP、UDP
网络层：IP、路由表
网络接口层：以太网

二、TCP连接

1、TCP连接的特点：

面向连接的、可靠的传输协议。
TCP连接不是物理连接（不是电线的两端连接），只有建立TCP连接之后，客户端和服务端才可以开辟资源，比如建立Socket连接。
用户进程与服务器进程完成一次通信都需要完成三个阶段：建立连接、传输数据、断开连接。
TCP建立连接需要三次握手，断开连接需要四次挥手。

2、TCP连接过程

（本文暂时跳过了序列号seq和确认号ack的讲解，只讲以下3个标志位）

（1）标志位

SYN（Synchronize）：发起建立连接的标志。
ACK（Acknowledge）：确认/应答的标志。
FIN（Finally）：发起断开连接的标志。

（2）TCP连接的两端

客户端：主动打开/关闭连接的一方。
服务端：被动打开/关闭连接的一方。

（3）三次握手过程：

第一次握手：客户端首先发送一个带有SYN的报文给服务端，表示请求建立连接，并进入SYN-SENT（同步已发送）状态，等待服务端确认。
第二次握手：服务端发送一个带有SYN+ACK的报文给客户端，表示收到并确认客户端发送的连接请求报文，同时服务端也请求和客户端建立连接，此时服务端进入SYN-RCVD（同步收到）状态。
第三次握手：客户端会再一次发送一个带有ACK的报文给服务端，表示客户端也确认收到服务端的应答和连接请求报文。当服务端收到报文后，客户端和服务端进入ESTAB-LISHED（已建立连接）状态，至此完成三次握手，双方正式建立了连接通信，可以进行数据传输。

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提问：为什么TCP建立连接是三次握手而不能是两次握手？

通信是双向的，目的是为了双方彼此建立可靠的连接。如果仅仅是两次握手，仅客户端能够确认服务端的应答，而服务端无法确认客户端是否收到服务端的连接请求，所以客户端仍需再一次发送ACK报文给服务端表示应答，服务端收到后双方才算正式建立连接通信。

（4）四次挥手过程：

第一次挥手：客户端首先发送一个带有FIN的报文给服务端，表示请求断开连接，即客户端已经没有数据要发送了，此时客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。
第二次挥手：服务端发送一个带有ACK的报文给客户端，表示确认收到客户端的断开连接请求报文，此时服务端进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。客户端收到服务端的应答后，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态。这个时候如果服务端继续发送数据，客户端依然要接受。
第三次挥手：服务端再最后的数据发送完毕后，会再次发送一个带有FIN+ACK的报文给客户端，表示服务端此时同意断开连接，并向客户端请求断开连接，此时服务端进入LAST-ACK（最后确认）状态。
第四次挥手：客户端再次收到服务端的应答和断开连接请求报文后，会再一次发送一个带有ACK的报文给服务端，表示客户端也确认收到服务端的断开连接请求，此时客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态，当服务端收到客户端的应答报文后，就立刻进入CLOSED（关闭连接）状态，而客户端必须经过2MSL（最长报文段寿命）的时间、并且这个期间没有再次收到FIN报文，才进入CLOSED状态。可以看到，服务端结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

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提问：为什么TCP断开连接需要四次挥手？

因为TCP连接是可靠的连接。当服务端收到FIN报文后，很可能不会立即关闭Socket，因为此时服务端的数据传输可能还没发送完毕，所以此时只能先回一个ACK报文，告诉客户端：“你发的FIN报文我收到了，只有等我所有数据都发送完毕，我才能发送FIN报文给你”。因此不能在第二次挥手的时候就一起发送ACK+FIN报文，故需要四次挥手。

提问：为什么客户端TIME_WAIT状态需要等待2MSL(最大报文段生存时间)才能进入CLOSE状态？

假设网络是不可靠的，有可能客户端最后发送的ACK报文丢失，此时服务端没有收到客户端的应答，会不断发送FIN报文给客户端，所以TIME-WAIT状态就是客户端用来重发可能丢失的ACK报文，它必须确认服务端收到了ACK报文。客户端会设置一个计时器，等待2MSL的时间，如果在该时间内再次收到FIN报文，客户端会重发ACK数据并再次等待2MSL，直到这2MSL时间内都没收到服务端的FIN报文，客户端才推断ACK报文被服务端成功接收，此时才结束客户端的TCP连接。

（所谓的2MSL是指两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最长时间）

补充：知乎上有个形象的示例，再次说明TCP连接为什么是三次握手，而不是两次或四次？

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