一、TCP/IP协议栈

1. TCP/IP介绍

Transmission Control Protocol / Internet Protocol 传输控制协议 / 因特网互联协议

TCP/IP是一个Protocol Stack，包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等许多协议

2. TCP/IP分层

共定义了四层，和 OSI参考模型的分层有对应关系。RFC官方将其分为四层:

Application Layer 应用层
Transport Layer 传输层
Internet Layer 互联网层
Link Layer(media-access) 网络接口层

TCP IP四层模型.png

3. TCP/IP通信过程

TCP IP通信过程.png

二、TCP协议

1. TCP协议介绍

tcp协议：面向连接在传递数据之前会测试主机的联通性，如果通才会传输真实数据

TCP特性：

工作在传输层
面向连接协议
全双工协议
半关闭
错误检查
将数据打包成段，排序
确认机制
数据恢复，重传
流量控制，滑动窗口

2. TCP报文格式

TCP报文格式.png

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）

$\color{red}{端口号的特点}$

$\color{red}{1.服务端一般固定，客户端随机使用}$

$\color{red}{2.前1024端口号被知名程序使用}$

$\color{red}{3.端口号的范围 2^16=65536 即 0-65535}$

$\color{red}{4.一个端口号只能被一个应用程序是使用 tcp 80 只有一个}$

$\color{red}{5.协议最终体现程序是某个程序}$

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。也就是告诉发送方：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号：传输是否有问题？

$\color{red}{确认号的作用：确定对面收到了我的包，并且约定下一个包的序号需要+1}$

确认号的作用.png

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

URG（紧急位）：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段（urgent pointer）只有当URG=1时才有效

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”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段

$\color{red}{控制位：描述了目前两台电脑处于什么阶段？（请求连接、建立连接、半断开、断开连接）}$

$\color{red}{SYN 请求建立连接}$

$\color{red}{FIN 断开连接}$

$\color{red}{ACK 确认同意连接/确认断开连接}$

窗口大小：表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量，达到此值，需要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value * Window size scaling factor（此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到）得出此值
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

3. TCP三次握手

tcp建立连接的过程称为三次握手

3次握手.png

客户端： colsed 、 syn-sent 、 estab
服务端：closed 、 listen 、 syn-rcvd 、 estab

三次握手.png

3.1 pc1 和 pc2 三次握手的过程

pc1 发送同步位为1 序号为x 的请求报文给pc2
pc2 收到pc1 的请求建立连接报文后会回复一个序号为y 确认号为 x+1 同步位为1 确认位为1 的同意报文给 pc1
pc1收到同意报文，还需要回复一个序号为x+1 确认号为y+1 确认位为1 的确认报文

3.2 为什么握手三次？？？

主要目的是确认自己和对方的发送与接受都是正常的，从而保证了双方能够进行可靠通信。若采用两次握手，当第二次握手后就建立连接的话，此时客户端知道服务器能够正常接收到自己发送的数据，而服务器并不知道客户端是否能够收到自己发送到数据。防止已失效的连接请求报文突然又传送到了服务端，从而导致错误

4. TCP四次挥手

tcp断开连接的过程称为四次挥手

4次挥手.png

四次挥手.png

fin-wait1 ： pc1发送断开请求给pc2 （pc1处于此状态）
close-wait ： pc2 收到pc1 断开请求（pc2处于此状态半断开）
fin-wait2 ： pc1收到pc2的确认报文但是没有同意断开（pc1处于此状态）
last-ACK ： pc2发送同意断开报文后所处在的状态
time-wait ： 2msl pc1也同意分手后处于的状态

5. 常用的tcp端口号

协议	端口号
http	80
https	443
ftp	20 21
ssh	22
telnet	23
dns	53

mysql	3306
redis	6379
tomcat	8080

三、UDP协议

1. UDP协议介绍

udp协议：无连接，不会测试主机的联通性，直接传递真实数据

udp特性：

工作在传输层
提供不可靠的网络访问
非面向连接协议
有限的错误检查
传输性能高
无数据恢复特性

2. 常用的udp端口号及其功能

协议	端口号	说明
tftp	69	简单文件传输协议
rpc	111	远程过程调用
ntp	123	网络时间协议
dns	53
dhcp	67

四、TCP、UDP对比

TCP面向连接的协议：TCP是面向连接的、可靠的进程到进程通信的协议。TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送缓存和接收缓存，用来临时存储数据。
UDP协议是无连接、不保证可靠性的传输层协议。发送端不关心发送的数据是否到达目标主机、数据是否出错等，收到数据的主机也不会告诉发送方是否收到了数据，它的可靠性由上层协议来保障。传输数据速度更快，效率更高

五、telnet协议

telnet 用来测试远端服务器的端口是否打开

语法格式： telnet ip地址端口

【传输层协议 TCP和UDP】