TCP/IP协议栈

一、TCP/IP和OSI模型的比较

相同点

两者都是以协议栈的概念为基础

协议栈中的协议彼此相互独立

下层对上层提供服务

不同点

OSI是先有模型；TCP/IP是先有协议，后有模型

OSI是国际标准，适用于各种协议栈；TCP/IP实际标准，只适用于TCP/IP网络

二、 TCP报文段

源端口号、目的端口号

通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。

0是不可以用的代表位置端口

1-1024 超级管理员用

1024及以上普通用户

知名的协议有端口号

服务端：端口号一般是固定的

客户端：端口号是随机生成的

端口号在一台机器上是唯一的，在不同机器是可以相同的。

序列号

确认号（ack）

确认机制：确保A B双方都能收到数据的机制

窗口大小

表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量，达到此值，需要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value * Window size scaling factor（此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到）得出此值。

首部长度

表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。

控制位

（1）SYN 同步位

在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。

（2）ACK 确认位

连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段。

（3）FIN 结束位

如果FIN=1，即告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以断开连接了”。

（4）URG 紧急位

表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。

（5）PSH 急切位

立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。

（6）RST 重置位

如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应。

三、三次握手

tcp是面向连接的，就是说每次发送数据之前都要和对方建立一条可靠的连接，这个建立连接的过程分为3个步骤，就叫做三次握手。

PC1和PC2建立连接的过程：

PC1首先会把序号x 和同步位1的SYN报文给PC2，请求建立连接；

PC2收到PC1发来的建立连接请求后，会回复一个序号为y且确认号为x+1、同步位为1、确认位也为1的报文，表示同意和PC1建立连接；

PC1收到PC2同意连接的报文后，会再回复一个序号为x+1且确认号为y+1和确认位为1的报文给PC2。

此时PC1和PC2就完成了三次握手。

三次握手的目的是保证双方可以正常通信。

四、TCP四次挥手

（1）四次挥手过程

第一次挥手：客户端发送一个带有FIN标志的数据包给服务端，表明它不再发送数据，但还可以接收数据。客户端进入FIN_WAIT_1状态。
第二次挥手：服务端收到FIN包后，发送一个ACK确认包给客户端，表示已经收到了关闭连接的请求。服务端进入CLOSE_WAIT状态。
第三次挥手：服务端完成数据发送后，发送一个FIN包给客户端，表示它也准备关闭连接。服务端进入LAST_ACK状态。
第四次挥手：客户端收到服务端的FIN包后，发送一个ACK确认包给服务端，表示已经收到了关闭连接的请求。客户端进入TIME_WAIT状态。

半关闭状态：发生在TCP连接的第三次挥手过程中。在客户端发送FIN报文后，服务端回复ACK报文，此时客户端进入FIN_WAIT_2状态，不再发送数据，但仍然能够接收服务端发送的数据，连接处于半关闭状态。

客户端先发送一个FIN给服务端，自己进入FIN_WAIT_1状态，这时等待接收服务端报文，该报文会有两种可能：

只有服务端的ACK

ACK=1 收到关闭连接的请求，但还不能断开连接，进入半关闭状态。
基于服务端的ACK，又有FIN

ACK=1 FIN=1 真的断开。

（2）为什么需要四次挥手

全双工通信：TCP连接是全双工的，意味着数据可以在两个方向上独立传输。因此，每个方向的关闭都需要单独的FIN和ACK交换。
确保数据完整性：通过四次挥手，可以确保双方都确认了连接的关闭，从而避免数据丢失或不完整。

（3）2MSL

TIME_WAIT等待时间是2MSL的原因：等待2MSL的时间是为了确保在网络中的所有数据包都已过期并被丢弃，防止出现旧的数据包在网络中循环并导致连接错误关闭的问题。

五、TCP超时重传

（1）工作原理

发送方发送数据包：发送方将数据分割成多个数据包，并为每个数据包分配一个序列号。然后，发送方会将数据包发送给接收方，并为每个数据包启动一个计时器。
发送方启动计时器：发送方在发送数据包后会启动一个计时器，该计时器的值称为RTO（Retransmission Timeout），即重传超时时间。RTO的值通常会根据网络状况进行动态调整。
接收方接收数据包：接收方收到数据包后会检查数据包的完整性，并对数据包进行排序。如果数据包完整且按序到达，接收方会发送确认报文给发送方。
发送方收到确认报文：发送方收到确认报文后，会停止计时器。如果在RTO时间内没有收到确认报文，发送方会认为数据包丢失，并重新发送该数据包。