TCP/IP的理解！_1、所谓的tcp/ip协议就是指tcp和ip协议吗?若不是,还有哪些协议呢?

TCP/IP 的具体含义

从字面意义上讲，有人可能会认为 TCP/IP 是指 TCP 和 IP两种协议。实际生活当中有时也确实就是指这两种协议。然而在很多情况下，它只是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP
或 ICMP、TCP 或 UDP、TELNET 或 FTP、以及 HTTP 等都属于 TCP/IP 协议。他们与 TCP 或 IP
的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。TCP/IP 一词泛指这些协议，因此，有时也称 TCP/IP 为网际协议群。
互联网进行通信时，需要相应的网络协议，TCP/IP 原本就是为使用互联网而开发制定的协议族。因此，互联网的协议就是TCP/IP，TCP/IP 就是互联网的协议。

数据包

包、帧、数据包、段、消息
以上五个术语都用来表述数据的单位，大致区分如下：

• 包可以说是全能性术语；
• 帧用于表示数据链路层中包的单位；
• 数据包是 IP 和 UDP 等网络层以上的分层中包的单位；
• 段则表示 TCP 数据流中的信息；
• 消息是指应用协议中数据的单位。

每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息，如发送的目标地址以及协议相关信息。通常，为协议提供的信息为包首部，所要发送的内容为数据。在下一层的角度看，从上一层收到的包全部都被认为是本层的数据。

网络中传输的数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上一层传过来的数据。首部的结构由协议的具体规范详细定义。在数据包的首部，明确标明了协议应该如何读取数据。反过来说，看到首部，也就能够了解该协议必要的信息以及所要处理的数据。包首部就像协议的脸。

数据处理流程

TCP报文内容详解

TCP 首部各字段的意义和作用

TCP首部最小为20字节，这20字节分为5行，每行4个字节也就是32个位。

源端口和目的端口 Port

源端口号：16位的源端口中包含初始化通信的端口。源端口和源IP地址的作用是标识报文的返回地址。
目的端口号：16位的目的端口域定义传输的目的。这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口。计算机通过端口号识别访问哪个服务,比如http服务或ftp服务，发送方端口号是进行随机端口，目标端口号决定了接收方哪个程序来接收 分别占用16位，也就是端口号最大是2^16，所以端口号的范围是0~65536

端口号的分配：

知名端口号一般位于：1 — 255 之间
256 — 1023的端口号，通常是由Unix系统占用（系统占用）
1024 —5000 是大多数TCP、IP实现的临时分配
大于5000的一般是给其他服务预留的（Internet上并不常用的服务）
序号 Sequence Number
TCP用序列号对数据包进行标记，以便在到达目的地后重新重装，假设当前的序列号为 s，发送数据长度为 l，则下次发送数据时的序列号为 s + l。在建立连接时通常由计算机生成一个随机数作为序列号的初始值。

确认号（ack） Acknowledgemt Number

占 4 个字节，表示期望收到对方下一个报文段的序号值。 TCP 的可靠性，是建立在「每一个数据报文都需要确认收到」的基础之上的。

就是说，通讯的任何一方在收到对方的一个报文之后，都要发送一个相对应的「确认报文」，来表达确认收到。 那么，确认报文，就会包含确认号。 例如，通讯的一方收到了第一个 25kb 的报文，该报文的 序号值=0，那么就需要回复一个确认报文，其中的确认号 = 25600.

数据偏移 Offset

占 0.5 个字节 (4 位)。 这个字段实际上是指出了 TCP 报文段的首部长度 ，它指出了 TCP报文段的数据起始处 距离 TCP报文的起始处 有多远。（注意 数据起始处 和 报文起始处 的意思）

一个数据偏移量 = 4 byte，由于 4 位二进制数能表示的最大十进制数字是 15，因此数据偏移的最大值是 60 byte，这也侧面限制了 TCP 首部的最大长度。

保留 Reserved

占 0.75 个字节 (6 位)。 保留为今后使用，但目前应置为 0。

标志位 TCP Flags

标志位，一共有 6 个，分别占 1 位，共 6 位 。 每一位的值只有 0 和 1，分别表达不同意思。

ACK：确认序号有效
RST：重置连接
SYN：发起了一个新连接
FIN：释放一个连接

确认 ACK (Acknowlegemt)
当 ACK = 1 的时候，确认号（Acknowledgemt Number）有效。 一般称携带 ACK 标志的 TCP 报文段为「确认报文段」。为0表示数据段不包含确认信息，确认号被忽略。

TCP 规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 设置为 1。

推送 PSH (Push)

当 PSH = 1 的时候，表示该报文段高优先级，接收方 TCP 应该尽快推送给接收应用程序，而不用等到整个 TCP 缓存都填满了后再交付。

复位 RST (Reset)

当 RST = 1 的时候，表示 TCP 连接中出现严重错误，需要释放并重新建立连接。 一般称携带 RST 标志的 TCP 报文段为「复位报文段」。

同步 SYN (SYNchronization)

当 SYN = 1 的时候，表明这是一个请求连接报文段。 一般称携带 SYN 标志的 TCP 报文段为「同步报文段」。 在 TCP 三次握手中的第一个报文就是同步报文段，在连接建立时用来同步序号。

对方若同意建立连接，则应在响应的报文段中使 SYN = 1 和 ACK = 1。

终止 FIN (Finis)

当 FIN = 1 时，表示此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放 TCP 连接。

一般称携带 FIN 的报文段为「结束报文段」。

在 TCP 四次挥手释放连接的时候，就会用到该标志。

窗口大小 Window Size
占 2 字节。

该字段明确指出了现在允许对方发送的数据量，它告诉对方本端的 TCP 接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。 窗口大小的值是指，从本报文段首部中的确认号算起，接收方目前允许对方发送的数据量。

例如，假如确认号是 701 ，窗口字段是 1000。这就表明，从 701 号算起，发送此报文段的一方还有接收 1000 （字节序号是 701 ~ 1700） 个字节的数据的接收缓存空间。

校验和 TCP Checksum
占 2 个字节。 由发送端填充，接收端对 TCP 报文段执行 CRC 算法，以检验 TCP 报文段在传输过程中是否损坏，如果损坏这丢弃。

检验范围包括首部和数据两部分，这也是 TCP 可靠传输的一个重要保障。

紧急指针 Urgent Pointer
占 2 个字节。 仅在 URG = 1 时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。 当 URG = 1 时，发送方 TCP 就把紧急数据插入到本报文段数据的最前面，而在紧急数据后面的数据仍是普通数据。

因此，紧急指针指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置。

三次握手、四次挥手

• ACK ： TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1
• SYN(SYNchronization) ： 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1.
• 因此, SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。 FIN （finis）即完，终结的意思， 用来释放一个连接。
• 当 FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

三次握手建立连接

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是 面向连接的协议，也就是说在收发数据之前，必须先和对方建立连接

首先由Client发出请求连接即 SYN=1 ACK=0 (请看头字段的介绍), TCP规定SYN=1时不能携带数据，但要消耗一个序号,因此声明自己的32位序号是 seq=x，然后 Server 进行回复确认，即 SYN=1 ACK=1 seq=y, ack=x+1, 再然后 Client 再进行一次确认，但不用SYN 了，这时即为 ACK=1, seq=x+1, ack=y+1.

四次挥手、断开连接

当客户A 没有东西要发送时就要释放 A 这边的连接，A会发送一个报文（没有数据），其中 FIN 设置为1, 服务器B收到后会给应用程序一个信，这时A那边的连接已经关闭，即A不再发送信息（但仍可接收信息）。 A收到B的确认后进入等待状态，等待B请求释放连接， B数据发送完成后就向A请求连接释放，也是用FIN=1 表示， 并且用 ack = u+1(如图）， A收到后回复一个确认信息，并进入 TIME_WAIT ¹状态， 等待 2MSL 时间。

为什么要等待呢？

为了这种情况： B向A发送 FIN = 1 的释放连接请求，但这个报文丢失了， A没有接到不会发送确认信息， B 超时会重传，这时A在 WAIT_TIME 还能够接收到这个请求，这时再回复一个确认就行了。（A收到 FIN = 1 的请求后 WAIT_TIME会重新记时）

另外服务器B存在一个保活状态，即如果A突然故障死机了，那B那边的连接资源什么时候能释放呢？ 就是保活时间到了后，B会发送探测信息， 以决定是否释放连接

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。

参考
https://zhuanlan.zhihu.com/p/33889997
https://zhuanlan.zhihu.com/p/147370653
https://blog.csdn.net/xulu_258/article/details/51146489
https://zhuanlan.zhihu.com/p/61423830

---

1. 关于 TIME_WAIT 过渡到 CLOSED 状态说明： 从 TIME_WAIT 进入 CLOSED 需要经过 2MSL，其中 MSL 就叫做 最长报文段寿命（Maxinum Segment Lifetime），根据 RFC 793 建议该值这是为 2 分钟，也就是说需要经过 4 分钟，才进入 CLOSED 状态。 ↩︎