参考模型

  • OSI参考模型：模型过于理想化，未能在因特网上进行广泛推广
  • TCP/IP参考模型(或TCP/IP协议)：事实上的国际标准
    image-1687884857287

TCP/IP协议中的四层介绍：

image-1687884954075

  • 应用层：应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。主要协议有：HTTP协议、FTP协议、SNMP（简单网络管理协议）、SMTP（简单邮件传输协议）和POP3（Post Office Protocol 3的简称,即邮局协议的第3个版）等。

  • 传输层：主要使网络程序进行通信，在进行网络通信时，可以采用TCP协议，也可以采用UDP协议。TCP（Transmission Control Protocol）协议，即传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)：是一个无连接的传输层协议、提供面向事务的简单不可靠的信息传送服务。

  • 网络层：网络层是整个TCP/IP协议的核心，支持网间互连的数据通信。它主要用于将传输的数据进行分组，将分组数据发送到目标计算机或者网络。而IP协议是一种非常重要的协议。IP（internet protocal）又称为互联网协议。IP的责任就是把数据从源传送到目的地。它在源地址和目的地址之间传送一种称之为数据包的东西，它还提供对数据大小的重新组装功能，以适应不同网络对包大小的要求。

  • 物理+数据链路层：链路层是用于定义物理传输通道，通常是对某些网络连接设备的驱动协议，例如针对光纤、网线提供的驱动。

TCP协议与UDP协议

TCP协议：

  • TCP协议进行通信的两个应用进程：客户端、服务端。
  • 使用TCP协议前，须先建立TCP连接，形成基于字节流的传输数据通道
  • 传输前，采用“三次握手”方式，点对点通信，是可靠的
    • TCP协议使用重发机制，当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后，需要收到另一个通信实体确认信息，如果没有收到另一个通信实体确认信息，则会再次重复刚才发送的消息。
  • 在连接中可进行大数据量的传输
  • 传输完毕，需释放已建立的连接，效率低

UDP协议：

  • UDP协议进行通信的两个应用进程：发送端、接收端。
  • 将数据、源、目的封装成数据包（传输的基本单位），不需要建立连接
  • 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，不能保证数据的完整性，故是不可靠的
  • 每个数据报的大小限制在64K内
  • 发送数据结束时无需释放资源，开销小，通信效率高
  • 适用场景：音频、视频和普通数据的传输。例如视频会议

TCP生活案例：打电话

UDP生活案例：发送短信、发电报

三次握手

TCP协议中，在发送数据的准备阶段，客户端与服务器之间的三次交互，以保证连接的可靠。

  • 第一次握手，客户端向服务器端发起TCP连接的请求
  • 第二次握手，服务器端发送针对客户端TCP连接请求的确认
  • 第三次握手，客户端发送确认的确认

image-1687885055333

  1. 客户端会随机一个初始序列号seq=x，设置SYN=1 ，表示这是SYN握手报文。然后就可以把这个 SYN 报文发送给服务端了，表示向服务端发起连接，之后客户端处于同步已发送状态。

  2. 服务端收到客户端的 SYN 报文后，也随机一个初始序列号(seq=y)，设置ack=x+1，表示收到了客户端的x之前的数据，希望客户端下次发送的数据从x+1开始。
    设置 SYN=1 和 ACK=1。表示这是一个SYN握手和ACK确认应答报文。最后把该报文发给客户端，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于同步已接收状态。

  3. 客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，将ACK置为 1 ，表示这是一个应答报文
    ack=y+1 ，表示收到了服务器的y之前的数据，希望服务器下次发送的数据从y+1开始。
    最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带数据，之后客户端处于 连接已建立 状态。服务器收到客户端的应答报文后，也进入连接已建立状态。

完成三次握手，连接建立后，客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性，TCP协议可以保证传输数据的安全，所以应用十分广泛，例如下载文件、浏览网页等。

四次挥手

TCP协议中，在发送数据结束后，释放连接时需要经过四次挥手。

  • 第一次挥手：客户端向服务器端提出结束连接，让服务器做最后的准备工作。此时，客户端处于半关闭状态，即表示不再向服务器发送数据了，但是还可以接受数据。
  • 第二次挥手：服务器接收到客户端释放连接的请求后，会将最后的数据发给客户端。并告知上层的应用进程不再接收数据。
  • 第三次挥手：服务器发送完数据后，会给客户端发送一个释放连接的报文。那么客户端接收后就知道可以正式释放连接了。
  • 第四次挥手：客户端接收到服务器最后的释放连接报文后，要回复一个彻底断开的报文。这样服务器收到后才会彻底释放连接。这里客户端，发送完最后的报文后，会等待2MSL，因为有可能服务器没有收到最后的报文，那么服务器迟迟没收到，就会再次给客户端发送释放连接的报文，此时客户端在等待时间范围内接收到，会重新发送最后的报文，并重新计时。如果等待2MSL后，没有收到，那么彻底断开。

image-1687885124560

  1. 客户端打算断开连接，向服务器发送FIN报文(FIN标记位被设置为1，1表示为FIN，0表示不是)，FIN报文中会指定一个序列号，之后客户端进入FIN_WAIT_1状态。也就是客户端发出连接释放报文段(FIN报文)，指定序列号seq = u，主动关闭TCP连接，等待服务器的确认。

  2. 服务器收到连接释放报文段(FIN报文)后，就向客户端发送ACK应答报文，以客户端的FIN报文的序列号 seq+1 作为ACK应答报文段的确认序列号ack = seq+1 = u + 1。接着服务器进入CLOSE_WAIT(等待关闭)状态，此时的TCP处于半关闭状态(下面会说什么是半关闭状态)，客户端到服务器的连接释放。客户端收到来自服务器的ACK应答报文段后，进入FIN_WAIT_2状态。

  3. 服务器也打算断开连接，向客户端发送连接释放(FIN)报文段，之后服务器进入LASK_ACK(最后确认)状态，等待客户端的确认。服务器的连接释放(FIN)报文段的FIN=1，ACK=1，序列号seq=m，确认序列号ack=u+1。

  4. 客户端收到来自服务器的连接释放(FIN)报文段后，会向服务器发送一个ACK应答报文段，以连接释放(FIN)报文段的确认序号 ack 作为ACK应答报文段的序列号 seq，以连接释放(FIN)报文段的序列号 seq+1作为确认序号ack。
    之后客户端进入TIME_WAIT(时间等待)状态，服务器收到ACK应答报文段后，服务器就进入CLOSE(关闭)状态，到此服务器的连接已经完成关闭。客户端处于TIME_WAIT状态时，此时的TCP还未释放掉，需要等待2MSL后，客户端才进入CLOSE状态。