1. TCP/IP 原理

TCP/IP 協(xié)議不是 TCP 和 IP 這兩個(gè)協(xié)議的合稱(chēng)，而是指因特網(wǎng)整個(gè) TCP/IP 協(xié)議族。從協(xié)議分層模型方面來(lái)講，TCP/IP 由四個(gè)層次組成：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。

1.1 網(wǎng)絡(luò) 訪問(wèn)層(Network Access Layer)

網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層(Network Access Layer)在 TCP/IP 參考模型中并沒(méi)有詳細(xì)描述，只是指出主機(jī)必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)相連。

1.2. 網(wǎng)絡(luò)層(Internet Layer)

網(wǎng)絡(luò)層(Internet Layer)是整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，其功能是使主機(jī)可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)，并使分組獨(dú)立地傳向目標(biāo)。這些分組可能經(jīng)由不同的網(wǎng)絡(luò)，到達(dá)的順序和發(fā)送的順序也可能不同。高層如果需要順序收發(fā)，那么就必須自行處理對(duì)分組的排序?；ヂ?lián)網(wǎng)層使用因特網(wǎng)協(xié)議(IP，Internet Protocol)。

1.3. 傳輸層(Tramsport Layer-TCP/UDP)

傳輸層(Tramsport Layer)使源端和目的端機(jī)器上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話。在這一層定義了兩個(gè)端到端的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議(TCP，Transmission Control Protocol)和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP，User Datagram Protocol)。TCP 是面向連接的協(xié)議，它提供可靠的報(bào)文傳輸和對(duì)上層應(yīng)用的連接服務(wù)。為此，除了基本的數(shù)據(jù)傳輸外，它還有可靠性保證、流量控制、多路復(fù)用、優(yōu)先權(quán)和安全性控制等功能。UDP 是面向無(wú)連接的不可靠傳輸?shù)膮f(xié)議，主要用于不需要 TCP 的排序和流量控制等功能的應(yīng)用程序。

1.4. 應(yīng)用層(Application Layer)

應(yīng)用層(Application Layer)包含所有的高層協(xié)議，包括：虛擬終端協(xié)議(TELNET，TELecommunications NETwork)、文件傳輸協(xié)議(FTP，F(xiàn)ile Transfer Protocol)、電子郵件傳輸協(xié)議(SMTP，Simple Mail Transfer Protocol)、域名服務(wù)(DNS，Domain Name Service)、網(wǎng)上新聞傳輸協(xié)議(NNTP，Net News Transfer Protocol)和超文本傳送協(xié)議(HTTP，HyperText Transfer Protocol)等。

2. TCP 三次握手/ 四次揮手

TCP 在傳輸之前會(huì)進(jìn)行三次溝通，一般稱(chēng)為“三次握手”，傳完數(shù)據(jù)斷開(kāi)的時(shí)候要進(jìn)行四次溝通，一般稱(chēng)為“四次揮手”。

2.1. 數(shù)據(jù)包說(shuō)明

1. 源端口號(hào)（ 16 位）：它（連同源主機(jī) IP 地址）標(biāo)識(shí)源主機(jī)的一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。

2. 目的端口號(hào)（ 16 位）：它（連同目的主機(jī) IP 地址）標(biāo)識(shí)目的主機(jī)的一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。這兩個(gè)值加上 IP 報(bào)頭中的源主機(jī) IP 地址和目的主機(jī) IP 地址唯一確定一個(gè) TCP 連接。

3. 順序號(hào) seq（ 32 位）：用來(lái)標(biāo)識(shí)從 TCP 源端向 TCP 目的端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流，它表示在這個(gè)報(bào)文段中的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的順序號(hào)。如果將字節(jié)流看作在兩個(gè)應(yīng)用程序間的單向流動(dòng)，則TCP 用順序號(hào)對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行計(jì)數(shù)。序號(hào)是 32bit 的無(wú)符號(hào)數(shù)，序號(hào)到達(dá) 2 的 32 次方 － 1 后又從 0 開(kāi)始。當(dāng)建立一個(gè)新的連接時(shí)， SYN 標(biāo)志變 1 ，順序號(hào)字段包含由這個(gè)主機(jī)選擇的該連接的初始順序號(hào) ISN （ Initial Sequence Number ）。

4. 確認(rèn)號(hào) ack（ 32 位）：包含發(fā)送確認(rèn)的一端所期望收到的下一個(gè)順序號(hào)。因此，確認(rèn)序號(hào)應(yīng)當(dāng)是上次已成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)順序號(hào)加 1 。只有 ACK 標(biāo)志為 1 時(shí)確認(rèn)序號(hào)字段才有效。 TCP 為應(yīng)用層提供全雙工服務(wù)，這意味數(shù)據(jù)能在兩個(gè)方向上獨(dú)立地進(jìn)行傳輸。因此，連接的每一端必須保持每個(gè)方向上的傳輸數(shù)據(jù)順序號(hào)。

5. TCP 報(bào)頭長(zhǎng)度（ 4 位）：給出報(bào)頭中 32bit 字的數(shù)目，它實(shí)際上指明數(shù)據(jù)從哪里開(kāi)始。需要這個(gè)值是因?yàn)槿芜x字段的長(zhǎng)度是可變的。這個(gè)字段占 4bit ，因此 TCP 最多有 60 字節(jié)的首部。然而，沒(méi)有任選字段，正常的長(zhǎng)度是 20 字節(jié)。

6. 保留位（ 6 位）：保留給將來(lái)使用，目前必須置為 0 。

7. 控制位（ control flags ， 6 位）：在 TCP 報(bào)頭中有 6 個(gè)標(biāo)志比特，它們中的多個(gè)可同時(shí)被設(shè)置為 1 。依次為：

? URG ：為 1 表示緊急指針有效，為 0 則忽略緊急指針值。

? ACK ：為 1 表示確認(rèn)號(hào)有效，為 0 表示報(bào)文中不包含確認(rèn)信息，忽略確認(rèn)號(hào)字段。

? PSH ：為 1 表示是帶有 PUSH 標(biāo)志的數(shù)據(jù)，指示接收方應(yīng)該盡快將這個(gè)報(bào)文段交給應(yīng)用層而不用等待緩沖區(qū)裝滿(mǎn)。

? RST ：用于復(fù)位由于主機(jī)崩潰或其他原因而出現(xiàn)錯(cuò)誤的連接。它還可以用于拒絕非法的報(bào)文段和拒絕連接請(qǐng)求。一般情況下，如果收到一個(gè) RST 為1 的報(bào)文，那么一定發(fā)生了某些問(wèn)題。

? SYN ：同步序號(hào)，為 1 表示連接請(qǐng)求，用于建立連接和使順序號(hào)同步（ synchronize ）。

? FIN ：用于釋放連接，為 1 表示發(fā)送方已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送了，即關(guān)閉本方數(shù)據(jù)流。

8.窗口大?。?16 位）：數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，表示從確認(rèn)號(hào)開(kāi)始，本報(bào)文的源方可以接收的字節(jié)數(shù)，即源方接收窗口大小。窗口大小是一個(gè) 16bit 字段，因而窗口大小最大為 65535 字節(jié)。

9.校驗(yàn)和（ 16 位）：此校驗(yàn)和是對(duì)整個(gè)的 TCP 報(bào)文段，包括 TCP 頭部和 TCP 數(shù)據(jù)，以 16 位字進(jìn)行計(jì)算所得。這是一個(gè)強(qiáng)制性的字段，一定是由發(fā)送端計(jì)算和存儲(chǔ)，并由接收端進(jìn)行驗(yàn)證。

10.緊急指針（ 16 位）：只有當(dāng) URG 標(biāo)志置 1 時(shí)緊急指針才有效。TCP 的緊急方式是發(fā)送端向另一端發(fā)送緊急數(shù)據(jù)的一種方式。

11.選項(xiàng)：最常見(jiàn)的可選字段是最長(zhǎng)報(bào)文大小，又稱(chēng)為 MSS(Maximum Segment Size) 。每個(gè)連接方通常都在通信的第一個(gè)報(bào)文段（為建立連接而設(shè)置 SYN 標(biāo)志的那個(gè)段）中指明這個(gè)選項(xiàng)，它指明本端所能接收的最大長(zhǎng)度的報(bào)文段。選項(xiàng)長(zhǎng)度不一定是 32 位字的整數(shù)倍，所以要加填充位，使得報(bào)頭長(zhǎng)度成為整字?jǐn)?shù)。

12.數(shù)據(jù)： TCP 報(bào)文段中的數(shù)據(jù)部分是可選的。在一個(gè)連接建立和一個(gè)連接終止時(shí)，雙方交換的報(bào)文段僅有 TCP 首部。如果一方?jīng)]有數(shù)據(jù)要發(fā)送，也使用沒(méi)有任何數(shù)據(jù)的首部來(lái)確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)。在處理超時(shí)的許多情況中，也會(huì)發(fā)送不帶任何數(shù)據(jù)的報(bào)文段。

2.2. 三次握手

第一次握手：主機(jī) A 發(fā)送位碼為 syn＝1,隨機(jī)產(chǎn)生 seq number=1234567 的數(shù)據(jù)包到服務(wù)器，主機(jī) B由 SYN=1 知道，A 要求建立聯(lián)機(jī)；

第二次握手：主機(jī) B 收到請(qǐng)求后要確認(rèn)聯(lián)機(jī) 信息，向 A 發(fā) 送 ack number=( 主機(jī) A 的seq+1),syn=1,ack=1,隨機(jī)產(chǎn)生 seq=7654321 的包

第三次握手：主機(jī) A 收到后檢查 ack number 是否正確，即第一次發(fā)送的 seq number+1,以及位碼ack 是否為 1，若正確，主機(jī) A 會(huì)再發(fā)送 ack number=(主機(jī) B 的 seq+1),ack=1，主機(jī) B 收到后確認(rèn)seq 值與 ack=1 則連接建立成功。

2.3. 四次揮手

TCP 建立連接要進(jìn)行三次握手，而斷開(kāi)連接要進(jìn)行四次。這是由于 TCP 的半關(guān)閉造成的。因?yàn)?TCP 連接是全雙工的(即數(shù)據(jù)可在兩個(gè)方向上同時(shí)傳遞)所以進(jìn)行關(guān)閉時(shí)每個(gè)方向上都要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉。這個(gè)單方向的關(guān)閉就叫半關(guān)閉。當(dāng)一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，就發(fā)送一個(gè) FIN 來(lái)向另一方通告將要終止個(gè)方向的連接。

1） 關(guān)閉客戶(hù)端到服務(wù)器的連接：首先客戶(hù)端 A 發(fā)送一個(gè) FIN，用來(lái)關(guān)閉客戶(hù)到服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳送，然后等待服務(wù)器的確認(rèn)。其中終止標(biāo)志位 FIN=1，序列號(hào) seq=u

2） 服務(wù)器收到這個(gè) FIN，它發(fā)回一個(gè) ACK，確認(rèn)號(hào) ack 為收到的序號(hào)加 1。

3） 關(guān)閉服務(wù)器到客戶(hù)端的連接：也是發(fā)送一個(gè) FIN 給客戶(hù)端。

4） 客戶(hù)段收到 FIN 后，并發(fā)回一個(gè) ACK 報(bào)文確認(rèn)，并將確認(rèn)序號(hào) seq 設(shè)置為收到序號(hào)加 1。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉。