【协议】TCP/IP

快速介绍部分

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TCP/IP是现在使用最广泛的协议；

背景和历史

网络技术最早用于军方，如GPS是美军用来为海陆空定位的；

1970s：分组交换技术
说白了，就是当其中某一个节点发生故障后，不会影响整个网络的通信；

因特网始于1969年的美国；
是美军在ARPA（阿帕网，美国国防部研究计划署）制定的协定下，首先用于军事连接，后将美国西南部的UCLA、斯坦福大学研究学院、UCSB（加州大学-圣塔芭芭拉）和犹他州大学的四台主要的计算机连接起来；这个协定由剑桥大学的BBN和MA执行，在1969年12月开始联机；

基础1

1980s：互联多种网络的技术出现
大型计算机、小型计算机可以互相通信；

Windows系统的出现：
他与网络的结合，让普通人可以更贴近网络；

如何实现网络信息通信？
协议

协议 Protocol ：
是计算机与计算机之间通过网络实现通信时实现达成的一种约定，这种约定使不同厂商的设备、硬件、系统之间，只要遵循相同的协议，他们就能够实现相互的通信；若不遵守相同的协议，各个设备之间就无法进行通信；

协议举例：

• TCP/IP：IP,ICMP.TCP,UDP,HTTP,TELNET,SNMP,SMTP...等协议的统称，用于：互联网、局域网；
• IPX/SPX(NetWare)：IPX,SPX,NPC...，用于：个人电脑局域网；
• AppleTalk：DDP,RTMP,AEP,ATP,ZIP...，用于：Apple公司现有产品局域网；
• DECnet：DPR,NSP,SCP...，用于：前DEC小型机；
• OSI：FTAM,MOTIS,VT,CONP,CMIS/CMIP,CLNP...
• XNS：IDP,SPP,PEP...，用于：施乐公司网络；

举例：
有ABC三人；
A只会说中文，B只会说英文，C两种语言都会说；
把语言当作协议；
比聊天当作通信；
把说话内容当作数据；

A - B：语言不通，无法交流；协议不通，双方无法传递数据；
A - C：都用中文，可以沟通；协议相同，数据传输成功；

基础2

OSI参考模型：7层


分层的优点：
1.人们可以很容易地讨论和学习协议的规范细节；
2.层间的标准接口方便了工程模块化；
3.创建了一个更好的护连环境；
4.降低了复杂度，使程序更容易修改，产品开发的速度更快；
5.每层利用紧邻的下层服务，更容易记住各层的功能；

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TCP

TCP 的可靠性含义： 接收方收到的数据是完整， 有序， 无差错的。
UDP 不可靠性含义： 接收方接收到的数据可能存在部分丢失， 顺序也不一定能保证。

TCP都在传输层；

• 提问：画出TCP的报头
  （报头最大长度为60）
  
  （端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程）

• 1.【源端口】：报文的【返回地址】。

• 2.【目的端口】：接收方的【应用程序接口】。

TCP报头中的【源端口】号和【目的端口】号同IP数据报中的【源IP】与【目的IP】唯一确定一条TCP连接。

（序号和确认号：是TCP可靠传输的关键部分）

• 3.【序列号】是本报文段发送的【数据组】的【第一个字节的序号】。
  在TCP传送的流中，每一个字节一个序号。
  e.g.一个报文段的序号为300，此报文段数据部分共有100字节，则下一个报文段的序号为400。
  所以序号确保了TCP传输的【有序性】。

• 4.【确认号】，表明该序号【之前的所有数据】已经【正确无误的收到】。
  确认号只有当ACK标志为1时才有效。比如建立连接时，SYN报文的ACK标志位为0。

• 5.【数据偏移】／【报头长度】：20-60
  表示数据开始的地方离TCP段的起始处有多远。
  由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的【长度不确定】，报头不包含任何任选字段则长度为20字节，4位首部长度字段所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，15*32/8 = 60，故报头最大长度为60字节。
  报头长度（首部长度）也叫数据偏移，是因为报头长度实际上指示了【数据区】在【报文】段中的【起始偏移值】。

• 6.【保留】：为将来定义新的用途保留，一般置0。

• 7.【控制位】：URG ACK PSH RST SYN FIN，共6个，每一个标志位表示一个控制功能。
  1）URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针。
  2）ACK：确认序号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。
  3）PSH：push标志，为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。
  4）RST：重置连接标志，用于重置：由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。
  5）SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应答捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。
  6）FIN：finish标志，用于释放连接
  1表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。

• 8.【窗口】：
  滑动窗口大小，用来告知【发送端】【接受端】的【缓存大小】；
  以此控制发送端发送数据的速率，从而达到【流量控制】；
  窗口大小时一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535。

• 9.【校验和】：
  【奇偶校验】，此校验和是对【整个 TCP 报文段】，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得。
  由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。

• 10.【紧急指针】：
  只有当 URG 标志置1时紧急指针才有效。
  紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。
  TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

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建立TCP需要三次握手，而断开连接需要四次握手；
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• 提问：为什么TCP建立连接需要三次握手？

TCP是可靠的传输控制协议，三次握手能保证数据传输的可靠和高效。
《计算机网络》一书中其中有提到，三次握手的目的是“为了防止已经失效的连接请求报文段突然又传到服务端（二次握手），因而产生错误”

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• 提问：为什么TCP断开连接需要四次握手？
  
• 提问：为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

• 提问：为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：
MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。
虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可能最后一个ACK会丢失。
所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

https://blog.youkuaiyun.com/su_bao/article/details/80845246
需要仔细阅读：https://blog.youkuaiyun.com/Y0Q2T57s/article/details/82880910
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• 提问：如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP有一个【保活计时器】
显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。
服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个【探测报文段】，以后每隔75分钟发送一次。
若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。
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• 提问：

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• 提问：

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• 提问：

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• 提问：

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• 提问：

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• 提问：

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• 提问：

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• 提问：
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IP基础

在网络层

为什么要使用IP地址：
1.可以唯一标示网络中的每台设备（就像身份证号码）；
2.每台主机（计算机、网络设备、外围设备）必须有唯一的标示；

IP地址的分类：根据用途和安全性级别的不同分成两类
1.公有IP地址
在Internet中使用，可以在Internet中随意访问；
2.私有IP地址
只能在内部网络中使用，只有通过代理服务器才能与Internet通信；

IP地址的范围：
1.0.0.0 到 255.255.255.255
有五类，从A到E；
A：1.0.0.0 到 126.255.255.255 可用：每个网段可用主机数：16777214
B：128.0.0.0 到 191.255.255.255 可用：每个网段可用主机数：65534
C：192.0.0.0 到 223.255.255.255 可用：每个网段可用主机数：254
D：224.0.0.0 到 239.255.255.255 用于组播
E：240.0.0.0 到 255.255.255.255 用于保留
其中，127不存在，因为他要保留用于环回测试的A类地址，不能将其分配给网络；

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目录：

引言
OSI模型和TCP/IP（基础）
底层网络技术    （基础）
IP编址      （IP编址技术）（重点）
构成子网和超网（IP编址技术）（重点）
IP          （TCP/IP协议介绍）（重点）（网络层）
ARP & RARP  （TCP/IP协议介绍）（重点）（网络层）
ICMP        （TCP/IP协议介绍）（重点）（网络层）
UDP         （TCP/IP协议介绍）（重点）（传输层）
TCP         （TCP/IP协议介绍）（重点）（传输层）
路由选择协议  （路径查找和发现）
客户服务器模型 （应用层）
BOOTP & DHCP （应用层）
DNS          （应用层）

引言

本章主要介绍Internet知识；

协议 Protocol
一组控制数据通信的规则；

标准 Standard
一致同意的规则；

Internet标准：RFC

OSI模型和TCP/IP

OSI参考模型：（是模型，不是协议；参考：作为指导，不太实用）
ISO标准：Open System Interconnection 开放系统互连；Reference Model 参考模型；
目的：是两个不同的系统能够通信，而不需要改变底层的硬件或软件逻辑；
（注意：ISO是一个组织；OSI是他们制定的一个模型）
（注意：OSI不是协议，是网络体系结构的概念模型）

实际实现网络通信的时候，不一定按照OSI模型来做；
但是设计阶段需要参考他；

底层网络技术

IP编址

IP编址技术虽然和TCP无关，但他是TCP实现必不可少的部分；

构成子网和超网

IP编址技术虽然和TCP无关，但他是TCP实现必不可少的部分；

IP

ARP & RARP

ICMP

UDP

TCP

路由选择协议

客户服务器模型

BOOTP & DHCP

DNS