tcp工作示意图(tcp工作的三个过程)

TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。 而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为：●应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。●传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。●互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。 ●网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。
1、TCP/IP协议栈 四层模型TCP/IP这个协议遵守一个四层的模型概念：应用层、传输层、互联层和网络接口层。网络接口层模型的基层是网络接口层。负责数据帧的发送和接收，帧是独立的网络信息传输单元。网络接口层将帧放在网上，或从网上把帧取下来。互联层互联协议将数据包封装成internet数据报，并运行必要的路由算法。这里有四个互联协议：网际协议IP：负责在主机和网络之间寻址和路由数据包。地址解析协议ARP：获得同一物理网络中的硬件主机地址。网际控制消息协议ICMP：发送消息，并报告有关数据包的传送错误。互联组管理协议IGMP：被IP主机拿来向本地多路广播路由器报告主机组成员。传输层传输协议在计算机之间提供通信会话。传输协议的选择根据数据传输方式而定。两个传输协议：传输控制协议TCP：为应用程序提供可靠的通信连接。适合于一次传输大批数据的情况。并适用于要求得到响应的应用程序。用户数据报协议UDP：提供了无连接通信，且不对传送包进行可靠的保证。适合于一次传输小量数据，可靠性则由应用层来负责。应用层应用程序通过这一层访问网络。网络接口技术IP使用网络设备接口规范NDIS向网络接口层提交帧。IP支持广域网和本地网接口技术。串行线路协议 TCP/IPG一般通过internet串行线路协议SLIP或点对点协议PPP在串行线上进行数据传送。(是不是我们平时把它称之为异步通信，对于要拿LINUX提供建立远程连接的朋友应该多研究一下这方面的知识)?

ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。与此对照，由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。 如图所示，是TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对比示意图。在TCP/IP参考模型中，去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层（这两层的功能被合并到应用层实现）。同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为主机到网络层。下面，分别介绍各层的主要功能。实际上TCP/IP参考模型没有真正描述这一层的实现，只是要求能够提供给其上层-网络互连层一个访问接口，以便在其上传递IP分组。由于这一层次未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。网络互连层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。同时，为了尽快地发送分组，可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此，分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，这就需要上层必须对分组进行排序。网络互连层定义了分组格式和协议，即IP协议（Internet Protocol）。网络互连层除了需要完成路由的功能外，也可以完成将不同类型的网络（异构网）互连的任务。除此之外，网络互连层还需要完成拥塞控制的功能。在TCP/IP模型中，传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了两种服务质量不同的协议。即：传输控制协议TCP（transmission control protocol）和用户数据报协议UDP（user datagram protocol）。TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端，它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层。在接收端，它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处理端到端的流量控制，以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。UDP协议是一个不可靠的、无连接的协议，主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。其中，有基于TCP协议的，如文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、虚拟终端协议（TELNET）、超文本链接协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP），也有基于UDP协议的。IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议。它提供不可靠、无连接的服务，也即依赖其他层的协议进行差错控制。在局域网环境，IP协议往往被封装在以太网帧中传送。而所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。IP报文格式：IP头部格式：其中：● 版本（Version）字段：占4比特。用来表明IP协议实现的版本号，当前一般为IPv4，即0100。● 报头长度（Internet Header Length，IHL）字段：占4比特。是头部占32比特的数字，包括可选项。普通IP数据报（没有任何选项），该字段的值是5，即160比特=20字节。此字段最大值为60字节。● 服务类型（Type of Service ，TOS）字段：占8比特。其中前3比特为优先权子字段（Precedence，现已被忽略）。第8比特保留未用。第4至第7比特分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。当它们取值为1时分别代表要求最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特的服务类型中只能置其中1比特为1。可以全为0，若全为0则表示一般服务。● 总长度字段：占16比特。指明整个数据报的长度（以字节为单位）。最大长度为65535字节。● 标志字段：占16比特。用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文，它的值会加1。● 标志位字段：占3比特。标志一份数据报是否要求分段。● 段偏移字段：占13比特。如果一份数据报要求分段的话，此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。● 生存期（TTL：Time to Live）字段：占8比特。用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通常为32、64、128等。每经过一个路由器，其值减1，直到0时该数据报被丢弃。● 协议字段：占8比特。指明IP层所封装的上层协议类型，如ICMP（1）、IGMP（2） 、TCP（6）、UDP（17）等。● 头部校验和字段：占16比特。内容是根据IP头部计算得到的校验和码。计算方法是：对头部中每个16比特进行二进制反码求和。（和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同，IP不对头部后的数据进行校验）。● 源IP地址、目标IP地址字段：各占32比特。用来标明发送IP数据报文的源主机地址和接收IP报文的目标主机地址。可选项字段：占32比特。用来定义一些任选项：如记录路径、时间戳等。这些选项很少被使用，同时并不是所有主机和路由器都支持这些选项。可选项字段的长度必须是32比特的整数倍，如果不足，必须填充0以达到此长度要求。TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个数据段进行确认，保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认，源主机将再次发送该数据段。　TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个数据段进行确认，保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认，源主机将再次发送该数据段。TCP头部结构：其中：● 源、目标端口号字段：占16比特。TCP协议通过使用"端口"来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。● 顺序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。● 确认号字段：占32比特。只有ACK标志为1时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。● 头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。● 标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：◆ URG：紧急指针（urgent pointer）有效。◆ ACK：确认序号有效。◆ PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。◆ RST：重建连接。◆ SYN：发起一个连接。◆ FIN：释放一个连接。● 窗口大小字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。● TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。● 紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。● 选项字段：占32比特。可能包括"窗口扩大因子"、"时间戳"等选项。UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时，每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下，UDP比TCP更加高效。UDP头部结构：● 源、目标端口号字段：占16比特。作用与TCP数据段中的端口号字段相同，用来标识源端和目标端的应用进程。● 长度字段：占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。● 校验和字段：占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是，对UDP来说，此字段是可选项，而TCP数据段中的校验和字段是必须项。在每个TCP、UDP数据段中都包含源端口和目标端口字段。有时，我们把一个IP地址和一个端口号合称为一个套接字（Socket），而一个套接字对（Socket pair）可以唯一地确定互连网络中每个TCP连接的双方（客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址、服务器端口号）。如图所示，是常见的一些协议和它们对应的服务端口号。需要注意的是，不同的应用层协议可能基于不同的传输层协议，如FTP、TELNET、SMTP协议基于可靠的TCP协议。TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP协议。同时，有些应用层协议占用了两个不同的端口号，如FTP的20、21端口，SNMP的161、162端口。这些应用层协议在不同的端口提供不同的功能。如FTP的21端口用来侦听用户的连接请求，而20端口用来传送用户的文件数据。再如，SNMP的161端口用于SNMP管理进程获取SNMP代理的数据，而162端口用于SNMP代理主动向SNMP管理进程发送数据。还有一些协议使用了传输层的不同协议提供的服务。如DNS协议同时使用了TCP 53端口和UDP 53端口。DNS协议在UDP的53端口提供域名解析服务，在TCP的53端口提供DNS区域文件传输服务。 来自陈十一

两将军问题：红蓝两军作战，蓝军战斗力强大，红1军或红2军与其单独作战都打不过蓝军，所以需要红一军与红二军联合对蓝军发起进攻，红军1首先通知红军2明早10点发起总攻，如图1-1，红军2接到消息需要回复“好的红军1，我已经收到你得消息，确认明早10点发动总攻”。因为消息传递路线必须经过蓝军营地，所以双方传递消息的信使很有可能被蓝军俘获。为了确保消息的可靠性，红1、红2双方在发出一个消息之后都想得到对方的消息回执。但是这会导致消息无线循环下去，如图1-2。那么如何解决这个可靠性的问题呢，其实没有办法解决，只要保证双方各自都有一次成功的发送、回执就可以了。两将军问题也存在网络世界里，客户端、服务器建立连接不可能无限的确认下去，只要保证客户端和服务器分别对自己的收、发能力做一次确认即可，如下图。 客户端和服务器分别对自己的收、发能力做一次确认至少需要3次握手。3次握手的具体过程、状态如下：（1）首先客户端和服务器都处于CLOSED状态。（2）服务器处于LISTEN状态，具体为服务器调用Socket、bind、listen函数，进入阻塞状态。（3）客户端发送SYN（同步序列编号），发送完毕客户端进入SYN_SENT状态。（4）服务端收到SYN，发送SYN+ASK，发送完毕进入SYN_RCVD状态。（5）客户端收到服务端发来的SYN+ASK，发送服务端等待的ASK，发送完毕客户端进入ESTABLISHED状态，准备数据传输,到此客户端已经满足了对自己收发能力的一次验证。（6）服务端收到客户端发来的ASK，与客户端一样，到此服务端也已经满足了对自己收发能力的一次验证，所以也进入ESTABLISHED状态，准备数据传输。（7）准备开始传输数据TCP断开连接有两种情况或者说是场景，1 客户端先断开连接，当然也可能是服务器先断开连接，总之是一前一后。 2 双方同时发起断开连接操作。下面分别介绍两种场景：（1）客户端先发起断开连接操作，客户端向服务端发送FIN，发送完毕客户端进入FIN_WAIT_1状态。（2）服务端收到客户端发来的FIN，服务端发送ACK，发送完毕进入CLOSED_WAIT状态。（3）客户端收到服务端的ACK回复，客户端进入FIN_WAIT_2状态，如果后面服务端没有回应客户端，在TCP协议层面来讲，客户端将永远停留在这个状态了，不过还好，操作系统着这块做了处理，有一个超时时间。（4）此时TCP连接进入半关闭状态，即客户端主，服务端从的这条线路已经关闭，不过服务端主，客户端从的这条线路还处于打开状态。（5）服务端向客户端发送FIN，发送完毕，服务端进入LAST_ASK状态。（6）客户端收到服务端的FIN后回复服务端ACK，回复完毕进入TIME_WAIT状态，为什么要进入这个状态？因为第6步是客户端的最后一条回复，服务端很有可能收不到，收不到服务端就会重发，所以客户端还要等待一会。（7）服务端收到客户端的ACK回复之后，不再做响应，回到初始的CLOSED状态，在连接池中等待下一次的复用。（8）客户端保持TIME_WAIT状态，超时之后同样进入CLOSED状态。场景二（1）客户端、服务器双方同时发送FIN，双方同时进入FIN_WAIT_1状态（2）双方都接到了对方的ACK，此时双方都会进入CLOSING状态。（3）双方同时进入TIME_WAIT状态，为什么要进入这个状态而不是直接进入CLOSED状态呢？假设客户端和服务端本次是第X次建立连接、关闭连接。如果立即关闭，随后建立第X+1次连接，建立连接成功之后，第X次的丢包的数据有可能绕了一大圈又回来了，那就会出现数据错误，为了避免这种情况所以要进入TIME_WAIT状态，以保证旧连接的数据不会再回来。（4）TIME_WAIT超时之后，双双进入CLOSED状态。有了上面对TCP连接3次握手4次挥手的介绍，再来理解TCP的状态图就不困难了，无非就是对TCP连接3次握手4次挥手过程的打包概述而已。

如图

这部分简要介绍一下TCP/IP的内部结构，为讨论与互联网有关的安全问题打下基础。TCP/IP协议组之所以流行，部分原因是因为它可以用在各种各样的信道和底层协议（例如T1和X.25、以太网以及RS-232串行接口）之上。确切地说，TCP/IP协议是一组包括TCP协议和IP协议，UDP（User Datagram Protocol）协议、ICMP（Internet Control Message Protocol）协议和其他一些协议的协议组。CP/IP协议的组成TCP/IP协议在一定程度上参考了OSI的体系结构。OSI模型共有七层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。（1）应用层、表示层、会话层三个层次提供的服务相差不是很大，所以在TCP/IP协议中，它们被合并为应用层一个层次。（2）由于运输层和网络层在网络协议中的地位十分重要，所以在TCP/IP协议中它们被作为独立的两个层次。以上内容参考：百度百科-TCP/IP协议
TCP/IP协议工作原理： 中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了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。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。 通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。
(1) 在源主机上应用层将一串字节流传给传输层； (2) 传输层将字节流分成TCP段，加上TCP包头交给互联网络(IP)层；(3) IP层生成一个包，将TCP段放人其数据域，并加上源和目的主机的IPIP包交给数据链路层；(4) 数据链路层在其帧的数据部分装IP包，发往日的主机或IP路由器；(5) 在目的主机，数据链路层将数据链路层帧头去掉，将IP包交给互联网层；(6) IP层检查IP包头，如果包头中的校验和与计算出来的不一致，则丢弃该包；(7) 如果校验和一致，IP层去掉IP头，将TCP段交给TCP层，TCP层检查顺序号来判断是否为正确的TCP段；(8) TCP层为TCP包头计算TCP头和数据。如果不对，TCP层丢弃这个包，若对，则向源主机发送确认；(9) 在目的主机，TCP层去掉TCP头，将字节流传给应用程序；(10) 于是目的主机收到了源主机发来的字节流，就像直接从源主机发来的一样。 实际上每往下一层，便多加了一个报头，而这个头对上层来说是透明的，上层根本感觉不到下面报头的存在。如下图3-10所示，假设物理网络是以太网，上述基于TCP/IP的文件传输(FTP)应用打包过程便是一个逐层封装的过程，当到达目的主机时，则从下而上去掉包头。
TCP/IP 的工作原理 下面以采用TCP/IP协议传送文件为例，说明TCP/IP的工作原理，其中应用层传输文件采用文件传输协议（FTP）。TCP/IP协议的工作流程如下：●在源主机上，应用层将一串应用数据流传送给传输层。●传输层将应用层的数据流截成分组，并加上TCP报头形成TCP段，送交网络层。●在网络层给TCP段加上包括源、目的主机IP地址的IP报头，生成一个IP数据包，并将IP数据包送交链路层。●链路层在其MAC帧的数据部分装上IP数据包，再加上源、目的主机的MAC地址和帧头，并根据其目的MAC地址，将MAC帧发往目的主机或IP路由器。●在目的主机，链路层将MAC帧的帧头去掉，并将IP数据包送交网络层。●网络层检查IP报头，如果报头中校验和与计算结果不一致，则丢弃该IP数据包；若校验和与计算结果一致，则去掉IP报头，将TCP段送交传输层。●传输层检查顺序号，判断是否是正确的TCP分组，然后检查TCP报头数据。若正确，则向源主机发确认信息；若不正确或丢包，则向源主机要求重发信息。 ●在目的主机，传输层去掉TCP报头，将排好顺序的分组组成应用数据流送给应用程序。这样目的主机接收到的来自源主机的字节流，就像是直接接收来自源主机的字节流一样。