网络--TCP/IP

TCP/IP 是供已连接因特网的计算机进行通信的通信协议

在 TCP/IP 内部

TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称。包含一系列用于处理数据通信的协议：

• TCP (传输控制协议) - 应用程序之间通信
• UDP (用户数据包协议) - 应用程序之间的简单通信
• IP (网际协议) - 计算机之间的通信
• ICMP (因特网消息控制协议) - 针对错误和状态
• DHCP (动态主机配置协议) - 针对动态寻址

网络层

IP 是无连接的

IP 用于计算机之间的通信。

IP 是无连接的通信协议。它不会占用两个正在通信的计算机之间的通信线路。这样，IP 就降低了对网络线路的需求。每条线可以同时满足许多不同的计算机之间的通信需要。

通过 IP，消息（或者其他数据）被分割为小的独立的包，并通过因特网在计算机之间传送。

IP 负责将每个包路由至它的目的地。

IP地址

每个计算机必须有一个 IP 地址才能够连入因特网。

每个 IP 包必须有一个地址才能够发送到另一台计算机。

TCP/IP 使用 4 个数字来为计算机编址。每个计算机必须有一个唯一的 4 个数字的地址。

数字在 0 到 255 之间，并由点号隔开，像这样：192.168.1.60

IP是网络层的地址，而网络层的出现目的之一就是屏蔽底层硬件的差异化，也就是在LAN上，到底用什么样的方式来找到目标主机并发送消息，IP是不管的。

域名

12 个阿拉伯数字很难记忆。使用一个名称更容易。

用于 TCP/IP 地址的名字被称为域名。 www.baidu.com 就是一个域名。

当你键入一个像 www.baidu.com  这样的域名，域名会被一种 DNS 程序翻译为数字。

在全世界，数量庞大的 DNS 服务器被连入因特网。DNS 服务器负责将域名翻译为 TCP/IP 地址，同时负责使用新的域名信息更新彼此的系统。

当一个新的域名连同其 TCP/IP 地址一同注册后，全世界的 DNS 服务器都会对此信息进行更新。

传输层

    TCP 使用固定的连接

TCP 用于应用程序之间的通信。

当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后，TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex) 的通信。

这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路，直到它被一方或双方关闭为止。

UDP 和 TCP 很相似，但是更简单，同时可靠性低于 TCP。

    数据进入协议栈时的封装过程：

        数据在发送端和接收端的封装和解包顺序：

TCP建立连接三次握手和释放连接四次握手

第一次握手

客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段的头部中SYN=1，ACK=0，seq=x。请求发送后，客户端便进入SYN-SENT状态。

• PS1：SYN=1，ACK=0表示该报文段为连接请求报文。
• PS2：x为本次TCP通信的字节流的初始序号。
  TCP规定：SYN=1的报文段不能有数据部分，但要消耗掉一个序号。

第二次握手

服务端收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发送一个应答：SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1。

该应答发送完成后便进入SYN-RCVD状态。

• PS1：SYN=1，ACK=1表示该报文段为连接同意的应答报文。
• PS2：seq=y表示服务端作为发送者时，发送字节流的初始序号。
• PS3：ack=x+1表示服务端希望下一个数据报发送序号从x+1开始的字节。

第三次握手

当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文段，表示：服务端发来的连接同意应答已经成功收到。

该报文段的头部为：ACK=1，seq=x+1，ack=y+1。

客户端发完这个报文段后便进入ESTABLISHED状态，服务端收到这个应答后也进入ESTABLISHED状态，此时连接的建立完成！

简单说，让双方都证实对方能发收。

知道对方能收是因为收到对方的因为收到而发的回应。

具体：

1：A发，B收， B知道A能发

2：B发，A收， A知道B能发收

3：A发，B收， B知道A能收

为什么需要第三次握手?

        还要再发送一次确认是为了，防止已失效的连接请求报文段突然又传到了B，因而产生错误。

已失效的报文段：正常情况下：A发出连接请求，但因为丢失了，故而不能收到B的确认。于是A重新发出请求，然后收到确认，建立连接，数据传输完毕后，释放连接，A发了2个，一个丢掉，一个到达，没有“已失效的报文段”

        但是，某种情况下，A的第一个请求在某个节点滞留了，延误到达，本来这是一个早已失效的报文段，但是在A发送第二个，并且得到B的回应，建立了连接以后，这个报文段竟然到达了，于是B就认为，A又发送了一个新的请求，于是发送确认报文段，同意建立连接，假若没有三次的握手，那么这个连接就建立起来了（有一个请求和一个回应），此时，A收到B的确认，但A知道自己并没有发送建立连接的请求，因为不会理睬B的这个确认，于是呢，A也不会发送任何数据，而B呢却以为新的连接建立了起来，一直等待A发送数据给自己，此时B的资源就被白白浪费了。但是采用三次握手的话，A就不发送确认，那么B由于收不到确认，也就知道并没有要求建立连接。

        简而言之：第三次握手，主机A发送一次确认是为了防止：如果客户端迟迟没有收到服务器返回的确认报文，这时他会放弃连接，重新启动一条连接请求；但问题是：服务器不知客户端没收到，所以他会收到两个连接请求，白白浪费了一条连接开销。

TCP四次挥手

TCP连接的释放一共需要四步，因此称为『四次挥手』。

我们知道，TCP连接是双向的，因此在四次挥手中，前两次挥手用于断开一个方向的连接，后两次挥手用于断开另一方向的连接。

第一次挥手

若A认为数据发送完成，则它需要向B发送连接释放请求。该请求只有报文头，头中携带的主要参数为：

FIN=1，seq=u。此时，A将进入FIN-WAIT-1状态。

* PS1：FIN=1表示该报文段是一个连接释放请求。

* PS2：seq=u，u-1是A向B发送的最后一个字节的序号。

第二次挥手

B收到连接释放请求后，会通知相应的应用程序，告诉它A向B这个方向的连接已经释放。此时B进入CLOSE-WAIT状态，并向A发送连接释放的应答，其报文头包含：

ACK=1，seq=v，ack=u+1。

* PS1：ACK=1：除TCP连接请求报文段以外，TCP通信过程中所有数据报的ACK都为1，表示应答。

* PS2：seq=v，v-1是B向A发送的最后一个字节的序号。

* PS3：ack=u+1表示希望收到从第u+1个字节开始的报文段，并且已经成功接收了前u个字节。

A收到该应答，进入FIN-WAIT-2状态，等待B发送连接释放请求。

第二次挥手完成后，A到B方向的连接已经释放，B不会再接收数据，A也不会再发送数据。但B到A方向的连接仍然存在，B可以继续向A发送数据。

第三次挥手

当B向A发完所有数据后，向A发送连接释放请求，请求头：FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1。B便进入LAST-ACK状态。

第四次挥手

A收到释放请求后，向B发送确认应答，此时A进入TIME-WAIT状态。该状态会持续2MSL时间，若该时间段内没有B的重发请求的话，就进入CLOSED状态，撤销TCB。当B收到确认应答后，也便进入CLOSED状态，撤销TCB。

为什么A要先进入TIME-WAIT状态，等待2MSL时间后才进入CLOSED状态？

为了保证B能收到A的确认应答。

若A发完确认应答后直接进入CLOSED状态，那么如果该应答丢失，B等待超时后就会重新发送连接释放请求，但此时A已经关闭了，不会作出任何响应，因此B永远无法正常关闭。

    

什么时候应该使用TCP？

当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。

什么时候应该使用UDP？

当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。