TCP/IP总结

一概述

TCP/IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）协议是指传输控制协议/网际协议，它为已连接因特网的计算机进行通信的通信协议，同时它是电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。

二 TCP/IP的工作原理

TCP/IP协议中，TCP协议负责应用软件和网络软件之间的通信，它负责将数据分割并装入IP包，然后在它们到达的时候重新组合它们，而IP协议负责网络中计算机之间的通信，负责将数据包发送给网络中指定的接收者。

三 TCP/IP四层模型与OSI七层模型的区别

SOI七层模型是一个完整的，完善的宏观理论模型；而TCP/IP(参考)模型，更加侧重的是互联网通信核心，围绕着TCP/IP协议展开一系列通信协议的分层，其中不包括物理层，以及其他一些不相关的协议；其次，之所以说他是参考模型，是因为他本身也是OSI模型中一部分，因此参考OSI模型对其分层。

四 TCP/IP协议族中的常用协议

协议名	协议全称	协议功能	TCP/IP四层模型中的位置
SMTP	简易邮件传输协议	控制邮箱传输的规则，以及邮件的中转方式	应用层
HTTP	超文本传输协议	用于web服务器与web浏览器之间的通信
DNS	域名解析协议	定义域名规则，将域名和IP组互相映射
FTP	文件传输协议	通过FTP协议在FTP客户端访问FTP服务器，默认使用20和21端口，20用于传输数据，21用于传输控制信息
TCP	传输控制协议	TCP用于从应用程序到网络的数据传输控制。在数据传送之前将它们分割为IP包，然后在它们到达的时候将它们重组	传输层
UDP	用户数据报协议	使主机上能识别多个目的地址，同时允许多个应用程序在同一台主机上工作并能够独立地进行数据包的发送和接收	传输层
IP	网际协议	TCP协议负责计算机之间的通信，IP协议负责在因特网上发送和接收数据包	网络层
ICMP	因特网消息控制协议	ICMP负责网络中的错误处理
ARP	地址解析协议	根据IP地址获取物理地址的协议即MAC协议

五 TCP/IP的通信传输流

案例：当我们在浏览器中输入www.baidu.com并进行访问时的流程步骤为：

浏览器客户端请求DNS服务器获取到对应的IP地址。
HTTP协议（应用层）生成对于web服务器的HTTP请求报文。
TCP协议（传输层）将HTTP协议请求报文分割成报文段，把每个报文段可靠地传输给对方。
IP协议（网络层）搜索对方的地址，一边中转一边传输。
通过路由转发和线路传输（链路层）。

六 TCP与UDP相比

TCP/UDP都是传输层协议，但是两者具有不同的特性，同时也具有不同的应用场景：

比较的性质	TCP	UDP
可靠性	可靠	会丢包，不可靠
连接性	面向连接	无连接
报文	面向字节流	面向报文
效率	传输效率低	传输效率高
双工性	全双工	一对一，一对多，多对一，多对多
流量控制	滑动窗口	无
拥塞控制	慢开始，快重传，快恢复，拥塞避免	无
传输速度	慢	快
引用场景	数据量大，准确率要求高，效率要求低	数据量小，准确率要求低，效率要求高

注意：当对网络通讯质量有要求的时候，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协议，如HTTP，HTTPS，FTP等传输文件的协议，POP，SMTP等邮件传输协议。当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度尽量快的时候，就可以使用UDP。

七 TCP连接的建立（三次握手）

最开始的时候客户端和服务器都处于CLOSED状态。主动打开连接的为客户端，被动打开的是服务器。

TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LINSTEN(监听)状态；

TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，此时报文首部中的SYN=1，同时选择一个初始序列号seq=x，同时，TCP客户端进程进入SYN-SENT(同步已发送)状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中ACK=1，SYN=1,确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。

TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED(已经建立连接)状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。

八 TCP连接的释放（四次握手）

当数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u(等于前面已经传送过来的数的最后一个字节序号加1)，此时，客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。TCP规定，FIN报文段即使不携带数据也要消耗一个序号。

服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务器端进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器发送信息的方向就释放了，这时候处于半关闭状态。也就是客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端进入FIN-WAIT-2(终止状态2)状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后数据）。

服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2*MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

服务器只要收到客户端发出的确认，就立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接比客户端快。