深入理解网络通信和TCP/IP协议

OSI 七层模型 与 TCP/IP 五层模型

• OSI 七层模型

  • 应用层、表示层、会话层: 为程序提供服务，处理数据以及会话管理，比如MySQL
  • 传输层：处理端与端的连接，比如TCP
  • 网络层: IP地址以及路由选择
  • 数据链路层: 提供介质访问和链路管理，比如网卡驱动
  • 物理层: 比如网卡+网线

• TCP/IP 五层模型

  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层

网络通信中的地址和端口号

• 端口号为什么只有65535个

  • 因为在TCP、UDP协议报文的开头分别有16位二进制来存储端口号和目标端口号，所以端口数 = 2 ^ 16 = 65536，但是0号端口号表示所有端口，所以实际可用的只有65535个
  • 虽然端口号只有65535个，并不是一台主机只能保持最多65535个TCP连接，具体得根据服务器和客户端看

TCP三次握手

• 流程

  • 第一次握手

    • 客户端将请求报文SYN=1，请求报文的序列号seq=J，并将数据包一起发往服务端，客户端处于同步发送状态(SYN_SENT)，等待服务端确认

  • 第二次握手

    • 服务端收到数据包通过报文标志位SYN=1知道客户端请求建立连接，服务端应答报文标志位SYN=1、ACK=1，应答报文的确认号ack=J+1，应答报文的序列号seq=K，并将数据包发送到客户端来确认连接，服务端处于同步接收状态(SYN_RCVD)

  • 第三次握手

    • 客户端收到应答报文后，检查发送过来的标志位，如果正确会将标志位ACK=1、确认号ack=K+1，并将数据包发给服务端，服务端检查没问题后，客户端和服务端进入完成建立状态(ESTABLISHED)，后续就可以进行数据传输了

• 简概流程

  • TCP建立连接时，客户端首先发送一个SYN报文给服务端，表示想要建立连接
  • 服务端收到后，回复一个SYN+ACK报文，既表示同意连接，也确认收到了客户端的SYN报文
  • 客户端再次回复一个ACK报文，确认收到了服务端的SYN+ACK报文

• 问题: 为什么TCP握手需要三次

  • 确认双方接收和发送的能力是否正常

  • 通过双方相互告知起始序列号，来确认序列号已被对方收到，可以保证可靠性传输

  • 为什么不是一次、二次

    • 为了防止已失效的连接请求报文段突然传到服务端导致问题

      • 如果此时客户端发送的延迟握手信息被服务端收到，然后服务端进行响应了，服务端认为客户端已经和它建立连接，并一直等待客户端发来的数据，这样会让服务端很多资源被浪费

TCP四次挥手

• 流程

  • 第一次挥手

    • TCP是全双工的，客户端和服务端均可发起第一次分手
    • 客户端发送FIN=1表示数据发送完毕，服务端可关闭接收，但仍可发送数据给客户端，此时客户端等待服务端确认释放连接

  • 第二次挥手

    • 客户端向服务端发送释放连接请求后，服务端确认无更多数据，发送ACK=1的响应，并进入CLOSE_WAIT状态等待关闭连接

    • 第三次挥手

      • 服务端已发送完所有数据给客户端，并通过发送FIN=1通知客户端关闭接收连接
      • 服务器目前处于LAST_ACK状态，等待客户端确认接收请求

  • 第四次挥手

    • 服务端已发送完所有数据给客户端，并通过发送FIN=1通知客户端关闭接收连接，服务器目前处于LAST_ACK状态，等待客户端确认接收请求

• 简概流程

  • TCP断开连接时，客户端首先发送一个FIN报文给服务端，表示它已完成数据发送，希望关闭连接
  • 服务端收到后，回复一个ACK报文，确认收到了客户端的关闭请求，此时，服务端可能还有数据要发送，所以不会立即关闭连接
  • 当服务端也完成数据发送后，它会发送一个FIN报文给客户端，表示自己也准备关闭连接
  • 客户端收到后，再次回复一个ACK报文，确认收到了服务端的关闭请求