TCP协议详解

Posted 2023-03-29 吃橘子的Crow

1.TCP的准备条件

在古代的时候，古人们经常写书信进行交流，写书信的前提是你要知道这份信是要寄给谁

在网络中，我们通过ip+端口号找对目标对象，但是现在网站一般会对ip+端口注册一个域名，所以我们一般就是对域名进行查找，但是虽然我们看到通过域名找到了对应的网站，但是真的是我们看到的那样么？它又是通过什么方法将域名解析成ip+端口呢？

1. 解析URL

• 生成发送给web的请求信息

2. DNS域名解析

DNS：DNS服务器专门保存了Web服务器域名与ip对应关系

DNS域名解析过程如图所示，就好比及时一个刚毕业的程序猿，你刚到公司，公司给你了一台全新的电脑，但是你需要首先对电脑进行开机维修，于是你去找了人事部的老张，老赵让你去找维修部，于是你又去找了维修部，但是维修部说，新人的电脑需要去找某部，于是你又去找了某部，最后解决了这个问题

2.TCP协议传输过程

1.请求头的组织结构

1. 源端口和目标端口是为了确定发送对象和接收对象

2. 序号是为了防止包乱序

3. 确认号是为了确认接收对象是否接收到了数据

4. syn-- 发起一个连接 ACK--恢复 RST--重新连接 FIN-- 结束连接 URG--紧急位 PSH--有DATA数据传输

1. 三次挥手（连接）

1. 客户端向服务端发送第一次请求，判断服务器是否可正常进行连接

2. 服务端接收到后，向服务端发送请求，判断服务器是否可以正常发送数据

3. 客户端接收到信息再次发送请求，表明成功进行连接（双方都有数据传输的能力）

如图所示：

1. 一开始客户端和服务端都是处于CLOSE状态，先是服务器监听到裂开某个接口，随后处于LISTEN状态

2. 客户端发起连接，发送SYN以及版本seq,随后处于SYS_SENT状态

3. 服务端接收到连接请求，返回给客户端SYN以及服务端的ACK,随后处于SYN_RCVD状态

4. 客户端接收到服务端发送的请求，接收到客户端发送的ACK 以及SYN,处于ESTABLISHED状态

5. 服务端接收到了客户端发送的ACK、SYN,随后也处于ESTABLISHED状态

为什么是3次握手，而不是2次握手或者是4次握手？

1. 三次握手才可以避免重复历史连接的初始化

2. 三次就可以同步双方的初始序列号

3. 可以避免资源的浪费

1. 怎么避免历史连接？

网络的环境的错综复杂的，往往不是先发先到，而是取决于很多的因素，有可能旧的数据包比新的数据包更早先到主机，三次握手是怎么样进行避免这样的情况出现的呢？

是否还记得我们在上一个图中提起的版本号，它可是这里的主角

1. 假如旧的数据包先比新的数据包到达服务端，服务端将旧的数据包的ACK、SYN发送给客户端

2. 客户端接收到之后，判断为一个历史连接（序列号过期或者超时），向服务端发送RST请求终止这次连接

3. 如果是2次连接则不可能避免历史重复连接这种情况的发生

2. 同步双方初始序列号

序列号的作用：

• 接收方可以取出重复的数据

• 接收方可以根据序列号进行按序接收

• 可以对已被接收数据包进行标记

4次握手虽然也可以达到同步序列号，但是这种比较浪费资源

3. 避免浪费资源

如果2次握手，当服务端给客户端发送SYN请求,如果SYN信息被阻塞 ，客户端没有向服务端发送ACK,于是服务端就不确定客户端是否成功接收，所以不断的对客户端发送SYN，SYN堵塞，堆积在一块容易造成资源浪费

2次握手解决不了同步序列号以及重复历史连接问题，4次握手对资源是一种浪费

tcp/ip协议详解！！

tcp/ip协议详细：

参考技术A TCP/IP协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)叫做传输控制/网际协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet国际互联网络的基础。

TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议。虽然从名字上看TCP/IP包括两个协议，传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)，但TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。

TCP/IP是用于计算机通信的一组协议，我们通常称它为TCP/IP协议族。它是70年代中期美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准，以它为基础组建的INTERNET是目前国际上规模最大的计算机网络，正因为INTERNET的广泛使用，使得TCP/IP成了事实上的标准。

之所以说TCP/IP是一个协议族，是因为TCP/IP协议包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议，这些协议一起称为TCP/IP协议。以下我们对协议族中一些常用协议英文名：

TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议

IP(Internet Protocol)网际协议

UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议

ICMP(Internet Control Message Protocol)互联网控制信息协议

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)简单邮件传输协议

SNMP(Simple Network manage Protocol)简单网络管理协议

FTP(File Transfer Protocol)文件传输协议

ARP(Address Resolation Protocol)地址解析协议

从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。

其中：

网络接口层
这是TCP/IP软件的最低层，负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。

网络层 负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面:
一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。
二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。
三、处理路径、流控、拥塞等问题。

传输层
提供应用程序间的通信。其功能包括：
一、格式化信息流；
二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。

应用层
向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。

现在我们来看一看，相对于OSI七层协议参考模型，TCP/IP协议是如何实现网络模型的。

OSI中的层 功能 TCP/IP协议族

应用层 文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端 TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet

表示层 数据格式化，代码转换，数据加密 没有协议

会话层 解除或建立与别的接点的联系 没有协议

传输层 提供端对端的接口 TCP，UDP

网络层 为数据包选择路由 IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP

数据链路层 传输有地址的帧以及错误检测功能 SLIP，CSLIP，PPP，ARP，RARP，MTU

物理层 以二进制数据形式在物理媒体上传输数据 ISO2110，IEEE802。IEEE802.2

数据链路层包括了硬件接口和协议ARP，RARP，这两个协议主要是用来建立送到物理层上的信息和接收从物理层上传来的信息；

网络层中的协议主要有IP，ICMP，IGMP等，由于它包含了IP协议模块，所以它是所有基于TCP/IP协议网络的核心。在网络层中，IP模块完成大部分功能。ICMP和IGMP以及其他支持IP的协议帮助IP完成特定的任务，如传输差错控制信息以及主机/路由器之间的控制电文等。网络层掌管着网络中主机间的信息传输。

传输层上的主要协议是TCP和UDP。正如网络层控制着主机之间的数据传递，传输层控制着那些将要进入网络层的数据。两个协议就是它管理这些数据的两种方式：TCP是一个基于连接的协议（还记得我们在网络基础中讲到的关于面向连接的服务和面向无连接服务的概念吗？忘了的话，去看看）；UDP则是面向无连接服务的管理方式的协议。

应用层位于协议栈的顶端，它的主�挝窬褪怯τ昧恕I厦娴男�榈比灰彩俏�苏庑┯τ枚�杓频模�咛逅道匆恍┏S玫男�楣δ苋缦拢?br />
Telnet：提供远程登录（终端仿真）服务，好像比较古老的BBS就是用的这个登陆。

FTP ：提供应用级的文件传输服务，说的简单明了点就是远程文件访问等等服务；

SMTP：不用说拉，天天用到的电子邮件协议。

TFTP：提供小而简单的文件传输服务，实际上从某个角度上来说是对FTP的一种替换（在文件特别小并且仅有传输需求的时候）。

SNTP：简单网络管理协议。看名字就不用说什么含义了吧。

DNS：域名解析服务，也就是如何将域名映射城IP地址的协议。

HTTP：不知道各位对这个协议熟不熟悉啊？这是超文本传输协议，你之所以现在能看到网上的图片，动画，音频，等等，都是仰仗这个协议在起作用啊！
什么是TCP/IP协议，划为几层，各有什么功能？
TCP/IP协议族包含了很多功能各异的子协议。为此我们也利用上文所述的分层的方式来剖析它的结构。TCP/IP层次模型共分为四层：应用层、传输层、网络层、数据链路层。

TCP/IP网络协议
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网间网协议)是目前世界上应用最为广泛的协议，它的流行与Internet的迅猛发展密切相关—TCP/IP最初是为互联网的原型ARPANET所设计的，目的是提供一整套方便实用、能应用于多种网络上的协议，事实证明TCP/IP做到了这一点，它使网络互联变得容易起来，并且使越来越多的网络加入其中，成为Internet的事实标准。

* 应用层—应用层是所有用户所面向的应用程序的统称。ICP/IP协议族在这一层面有着很多协议来支持不同的应用，许多大家所熟悉的基于Internet的应用的实现就离不开这些协议。如我们进行万维网（WWW）访问用到了HTTP协议、文件传输用FTP协议、电子邮件发送用SMTP、域名的解析用DNS协议、 远程登录用Telnet协议等等，都是属于TCP/IP应用层的；就用户而言，看到的是由一个个软件所构筑的大多为图形化的操作界面，而实际后台运行的便是上述协议。

* 传输层—这一层的的功能主要是提供应用程序间的通信，TCP/IP协议族在这一层的协议有TCP和UDP。

* 网络层—是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。

* 网络接口层—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。

1．TCP/UDP协议
TCP (Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)协议属于传输层协议。其中TCP提供IP环境下的数据可靠传输，它提供的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。通过面向连接、端到端和可靠的数据包发送。通俗说，它是事先为所发送的数据开辟出连接好的通道，然后再进行数据发送；而UDP则不为IP提供可靠性、流控或差错恢复功能。一般来说，TCP对应的是可靠性要求高的应用，而UDP对应的则是可靠性要求低、传输经济的应用。TCP支持的应用协议主要有：Telnet、FTP、SMTP等；UDP支持的应用层协议主要有：NFS（网络文件系统）、SNMP（简单网络管理协议）、DNS（主域名称系统）、TFTP（通用文件传输协议）等。

IP协议的定义、IP地址的分类及特点

什么是IP协议，IP地址如何表示，分为几类，各有什么特点？
为了便于寻址和层次化地构造网络，IP地址被分为A、B、C、D、E五类，商业应用中只用到A、B、C三类。

IP协议(Internet Protocol)又称互联网协议，是支持网间互连的数据报协议，它与TCP协议（传输控制协议）一起构成了TCP/IP协议族的核心。它提供网间连接的完善功能， 包括IP数据报规定互连网络范围内的IP地址格式。

Internet 上，为了实现连接到互联网上的结点之间的通信，必须为每个结点（入网的计算机）分配一个地址，并且应当保证这个地址是全网唯一的，这便是IP地址。
目前的IP地址（IPv4：IP第4版本）由32个二进制位表示，每8位二进制数为一个整数，中间由小数点间隔，如159.226.41.98，整个IP地址空间有4组8位二进制数，由表示主机所在的网络的地址（类似部队的编号）以及主机在该网络中的标识（如同士兵在该部队的编号）共同组成。

为了便于寻址和层次化的构造网络，IP地址被分为A、B、C、D、E五类，商业应用中只用到A、B、C三类。

* A类地址：A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示，网络中的主机标识占3组8位二进制数，A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为"0"。不难算出，A类地址允许有126个网段，每个网络大约允许有1670万台主机，通常分配给拥有大量主机的网络（如主干网）。

* B类地址：B类地址的网络标识由前两组8位二进制数表示，网络中的主机标识占两组8位二进制数，B类地址的特点是网络标识的前两位二进制数取值必须为"10"。B类地址允许有16384个网段，每个网络允许有65533台主机，适用于结点比较多的网络（如区域网）。

* C类地址：C类地址的网络标识由前3组8位二进制数表示，网络中主机标识占1组8位二进制数，C类地址的特点是网络标识的前3位二进制数取值必须为"110"。具有C类地址的网络允许有254台主机，适用于结点比较少的网络（如校园网）。

为了便于记忆，通常习惯采用4个十进制数来表示一个IP地址，十进制数之间采用句点"."予以分隔。这种IP地址的表示方法也被称为点分十进制法。如以这种方式表示，A类网络的IP地址范围为1.0.0.1－127.255.255.254；B类网络的IP地址范围为：128.1.0.1－191.255.255.254；C类网络的IP地址范围为：192.0.1.1－223.255.255.254。

由于网络地址紧张、主机地址相对过剩，采取子网掩码的方式来指定网段号。

TCP/IP协议与低层的数据链路层和物理层无关，这也是TCP/IP的重要特点。正因为如此 ，它能广泛地支持由低两层协议构成的物理网络结构。目前已使用TCP/IP连接成洲际网、全国网与跨地区网