本篇主要介绍TCP协议以及UDP协议两种协议的内容以及特性，重点介绍了传输层协议的三次握手、四次挥手，同时介绍一些常见协议和相对应端口。

一、 TCP协议的特性

1.工作在传输层

2.面向连接协议

3.全双工协议

4.半关闭

5.错误检查

6.将数据打包成段，排序

7.确认机制

8.数据恢复，重传

9.流量控制，滑动窗口

二、UDP协议的特性

1. UDP特性

2. 工作在传输层

3. 提供不可靠的网络访问

4. 非面向连接协议

5. 有限的错误检查

6. 传输性能高

7. 无数据恢复特性

三、 PID与端口号

PID与端口号：系统每启动一个进程，系统都会分配一个标志给这个程序，也就是PID（系统中的编号）。其次会分配给进程分配一个端口号。PID在不同主机中的编号并不相同。

端口号作用：确定进程

端口号的分类：

1.规定好的，固定的端口号。（比如80端口号为http协议的端口号）

2.系统可以随机分配的端口号。（客户端在访问服务端时，系统会自动随机分配一个端口号）

3.人类可以自由使用的端口号。（新开发的程序规定的端口号且端口号之前没有被使用过）

四、 TCP协议的首部报文

源端口、目标端口：计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个,即 65536 （0-65535）。

序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0开始无限循环。

确认号：（ack）表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。举例：如果主机A需要给主机B发送数据包，主机A发送的确认号为0，那么主机A期望主机B回复数据包时需要发送一个数据包的序号为0+1的数据包。

数据偏移／首部长度：表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位），4位二进制最大表示15，所以数据偏移也就是TCP首部最大60字节

控制位的作用： 设备之间进行通讯，建立连接的状态由控制位决定。连接状态通常有三种：请求连接；建立连接；断开连接

URG（紧急位）：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。当URG=1时后面的紧急指针字段（urgent pointer）才会生效

ACK（确认位）：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段

PSH（急切位）：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中

RST（重置位）：如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带RST标志的TCP报文段称为复位报文段

SYN（同步位）：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1， 带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段 。

FIN（断开位）：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了。”

校验和：提供额外的可靠性紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置。

选项部分：其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示，选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节

五、TCP的连接

5.1 TCP连接（三次握手）

首先，先给大家一张两台PC进行通讯的三次握手内容图进行分析：

如上图所示，PC1为客户端，PC2为服务端，PC1需要向PC2进行请求建立连接

第一步：PC1会发送一个请求建立连接的报文，这个报文包含以下几个内容：

1. 报文的序号（Seq=x）
2. 同步位由于PC1和PC2还没有建立连接，处于请求建立连接的状态，所以同步位SYN=1，确认位ACK=0.

第二步：PC2收到PC1请求建立连接的报文后，同意与PC1建立连接，所以需要回复一个报文给PC1，PC2发送的报文内容有以下几点：

1. 报文的序号（Seq=y）
2. Ack确认号为x+1，即PC2需要PC1回复一个报文序号为x+1的报文
3. 控制位 SYN=1 ACK=1 PC2同意PC1请求建立连接的请求，即确认位为1，同步位为1

第三步：PC1收到PC2的回复报文后

1. 会发送一个报文序号为x+1的报文，即Seq=x+1
2. Ack确认号为y+1，即希望PC2下一次回复消息的报文序号为y+1
3. 最后将ACK=1封装进数据包中，这时候PC1与PC2已经建立连接同步位SYN=0

5.2 TCP断开（四次挥手）

下图为TCP断开连接的图片解析

客户A和服务器B都处于建立连接的状态，此时客户A主动与服务器B发出断开连接的请求： 第一步：客户A会发送一个序号为Seq=u的报文给服务器B，此时控制位中的断开位FIN=1，即请求与服务器B断开连接。（PS：此时客户A处于等待断开连接的状态，服务器B的数据传送未结束）

第二步：服务器B需要先将数据传输全部传输结束才能同意断开连接，服务器B会进行下面两步操作：

2.2 服务器B会回复一个报文序号为v的报文给客户A（Seq=1）

需要客户A能回复一个报文序号为u+1的报文给服务器B（确认号ack-u+1）

此时服务器B与客户A仍处于建立连接的状态所以控制位的确认位ACK=1

2.3 服务器B同意了客户A的断开连接请求：服务器B会回复一个同意断开连接的报文：

服务器B发出的报文的序号为w（Seq=w）

需要客户A回复一个报文序号为u+1的报文给服务器B（Ack=u+1）

此时的控制位中，断开位FIN=1，确认位ACK=1（2个控制位表示同意断开连接）

第三步：客户A接收完服务器传输的数据后，收到了服务器B的同意断开连接请求，这个时候客户A会发送一个确认报文给服务器B：

按照服务器B要求，客户A回复了一个报文序号为u+1的报文给服务器B（Seq=u+1）

控制位中确认位为1（ACK=1）

需要服务器B回复客户A一个报文序号为w+1的报文给客户A（此时客户A与服务器相当于完全断开连接，所以客户A最后发送的报文将会被服务器B拒收，服务器B将不再回复客户A）

总结

本章的重点主要是理解，TCP与UDP协议的特性和优缺点对比，重点理解传输层中TCP的三次握手中控制位处于什么状态以及变化。