概述

為了追求效率，我們寫代碼，不可能去關(guān)注底層知識(shí)，但往往到出了問題，或者性能調(diào)優(yōu)。我們就會(huì)速手無策，仔細(xì)為自己查缺補(bǔ)漏，總結(jié)知識(shí)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是一系列的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，讓不同計(jì)算機(jī)能夠互相通信。這個(gè)協(xié)議就叫做OSI協(xié)議，根據(jù)不同的功能和分工，人為劃分七層，當(dāng)然你也可以劃分五層，4層。實(shí)際上這些都是不存在的，只是為了讓人更好理解這些都是做什么用的。

物理層:網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，連接不同結(jié)點(diǎn)的電纜與設(shè)備構(gòu)成。這些都是專業(yè)的說法，其實(shí)說白了就是雙絞線（網(wǎng)線），光纜這些東西，當(dāng)然也包括無線電波。傳的是比特流，就是0101101。。。這些電信號(hào)。

數(shù)據(jù)鏈路層：物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、重發(fā)，負(fù)責(zé)物理層面的互聯(lián)，通信傳輸。接收到比特流，還得人為的分組，讓比特流變得有意義的，這就是數(shù)據(jù)鏈路層干得活。它以太網(wǎng)協(xié)議將電信號(hào)分組，一組電信號(hào)稱之為一個(gè)數(shù)據(jù)包（幀）。然后控制幀在物理信道上傳輸包括糾錯(cuò)，調(diào)節(jié)發(fā)送速率（防止高速的發(fā)送方把低速接收方淹沒，需要某種流量控制機(jī)制使發(fā)送方得知接收方當(dāng)前還有多少空間）確保數(shù)據(jù)的可靠性，每一幀都含有報(bào)頭（head）和數(shù)據(jù)（data），報(bào)頭包含發(fā)送者（網(wǎng)卡地址），接收者（網(wǎng)卡地址），數(shù)據(jù)里就是數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容。通過數(shù)據(jù)鏈路層，我們就可以建立局域網(wǎng)，并讓同一局域網(wǎng)絡(luò)的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通信，數(shù)據(jù)鏈路層就像是一個(gè)社區(qū)郵差，他認(rèn)識(shí)社區(qū)的每戶人家，社區(qū)中的每個(gè)人都可以將信（幀）交給他，讓他送給同一社區(qū)的另一戶人家。

網(wǎng)絡(luò)層：數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建邏輯鏈路，通過路由選擇算法，按一定的原則在多個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信子網(wǎng)中選擇一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最佳路徑過程，說白就是講數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)地址。現(xiàn)在我要找另一社區(qū)的老王，我寫了一封信，交給郵差，郵差并不認(rèn)識(shí)另一個(gè)社區(qū)的人，就把信交給郵局處理，郵局根據(jù)上面的地址（IP）就能查到對(duì)應(yīng)的地址描述，然后交給另一個(gè)社區(qū)的郵局。這封信可能要多個(gè)郵局的轉(zhuǎn)發(fā)，才能到達(dá)老王手里。

傳輸層：負(fù)責(zé)建立和斷開通信連接（數(shù)據(jù)流動(dòng)的邏輯通路），記憶數(shù)據(jù)的分隔等數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的管理。當(dāng)發(fā)送大量數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)間有點(diǎn)長，網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)發(fā)生中斷。怎么保證大量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果我發(fā)送的這個(gè)文件數(shù)據(jù)包可能有一萬個(gè)包，發(fā)送一個(gè)，就告訴一次，我收到了，丟了就再發(fā)一次，保證我都能準(zhǔn)確完整接收到數(shù)據(jù)包，這就是TCP協(xié)議(TCP協(xié)議是會(huì)綁定IP和端口的協(xié)議)。與之對(duì)應(yīng)的還有一個(gè)UDP協(xié)議，適用于發(fā)送少量數(shù)據(jù)，發(fā)出去就拉倒，不管你接沒接收，在多人游戲中，一般都是UDP協(xié)議，即使丟幾個(gè)包也只是卡一下，但如果網(wǎng)絡(luò)不好。。那游戲體驗(yàn)?zāi)馨央娔X砸了。

會(huì)話層：不同機(jī)器上的用戶之間建立和管理會(huì)話（服務(wù)器驗(yàn)證登錄，斷電續(xù)傳）。我向老王共享了一個(gè)文件夾，老王通過我的IP地址要訪問我的共享文件夾（建立會(huì)話），這時(shí)就會(huì)要求他輸入我的我腦上的賬號(hào)密碼，這是建立會(huì)話過程中的身份驗(yàn)證，權(quán)限鑒定。老王從我共享的文件夾拷貝數(shù)據(jù)，這過程就花了幾分鐘，然后關(guān)閉了和我電腦的共享窗口，這時(shí)我又傳了一個(gè)文件上去。老王有過來連接，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)不需要輸入密碼就能共享到我文件了，這是因?yàn)檫@條會(huì)話還沒斷開（根據(jù)應(yīng)用層設(shè)置的時(shí)間維護(hù)），身份鑒定環(huán)節(jié)就省略了（保持會(huì)話），這時(shí)，電腦卡住了，我無奈重啟機(jī)器（斷開會(huì)話），老王重新連接我共享文件夾就要去身份鑒定了。

表示層：處理兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的數(shù)據(jù)格式變換，數(shù)據(jù)加密和解密，數(shù)據(jù)壓縮和恢復(fù)。我給老王寫的一封信，準(zhǔn)備早上九點(diǎn)出發(fā)去找他，信里的內(nèi)容是"我上午九點(diǎn)來"，可是老王理解成了我九點(diǎn)到他家，雖然信沒看錯(cuò)，但因?yàn)椴煌斫?#xff0c;產(chǎn)生了錯(cuò)誤的結(jié)果。表示層就是專門負(fù)責(zé)這些有關(guān)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)信息表達(dá)方式的問題，除了編碼外，還包括數(shù)組，浮點(diǎn)數(shù)，聲音等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔㈦p方的解釋都是一樣的，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示法和網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

應(yīng)用層：為應(yīng)用程序提供服務(wù)并規(guī)定應(yīng)用程序中通信相關(guān)的細(xì)節(jié)。

TCP協(xié)議三次握手建立連接

兩臺(tái)計(jì)算機(jī)如何交流，就好比我們兩個(gè)人，使用同一種語言自然而然的就能表達(dá)我們的想法，因此計(jì)算機(jī)他們也需要定義共通的東西進(jìn)行交流，TCP/IP為此而生，它不是一個(gè)協(xié)議而是一個(gè)協(xié)議家族的統(tǒng)稱，它們的成員包括TCP協(xié)議，HTTP協(xié)議，IP協(xié)議等等，本章講的是TCP協(xié)議建立連接和斷開連接的過程，客戶端程序想要訪問服務(wù)器某個(gè)應(yīng)用程序就必須發(fā)送一個(gè)通信請(qǐng)求，經(jīng)過三次握手建立連接四次揮手終止連接，下面看看具體過程。

位碼就是TCP標(biāo)志位，有6種標(biāo)示==>建立聯(lián)機(jī)（SYN），確認(rèn)（ACK），傳送（PSH）,結(jié)束（FIN），重置（RST），USG(緊急)

狀態(tài)===>CLOSED(初始化狀態(tài)),SYN_SENT(等待狀態(tài)),ESTABLISHED(連接建立狀態(tài))，LISTEN(監(jiān)聽狀態(tài))，SYN_RCVD(表示接收到SYN報(bào)文)，

三次握手

第一次握手：客戶端發(fā)送位碼SYN = 1，seq = 0的數(shù)據(jù)包到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)等待確認(rèn)，服務(wù)器由SYN = 1知道，有客戶端要建立聯(lián)機(jī)了。

第二次握手：服務(wù)器收到要確認(rèn)聯(lián)機(jī)的信息，向客戶端發(fā)送SYN = 1,ACK = 1,ack number = 1（客戶端的seq + 1），seq = 0的數(shù)據(jù)包,服務(wù)器進(jìn)入接收到報(bào)文狀態(tài)。

第三次握手：客戶端接收到服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)包，檢查ack number是否是第一次發(fā)送的seq + 1，位碼ACK是否為1，驗(yàn)證正確。再次向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)ack number = 1（服務(wù)器發(fā)送過來的seq + 1），ack = 1，seq = 1的數(shù)據(jù)包。服務(wù)器收到后確認(rèn)ack = 1，ack number= 1（服務(wù)器seq+1），建立連接成功。

抓包工具查看握手過程

第二次握手

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?第三次握手

?TCP四次揮手?jǐn)嚅_連接

可以發(fā)現(xiàn)，三次握手是客戶端先發(fā)起的，而四次揮手客戶端和服務(wù)器都可以率先發(fā)起揮手的動(dòng)作。客戶端和服務(wù)器總共發(fā)送4個(gè)包確認(rèn)連接斷開，也形象稱為四次揮手。

狀態(tài)=====>FIN_WAIT1(主動(dòng)關(guān)閉連接，發(fā)送FIN報(bào)文，進(jìn)入終止等待1)，FIN_WAIT2(終止等待2)，TIME_WAIT(等待狀態(tài)),CLOSE_WAIT(等待關(guān)閉狀態(tài))，LAST_ACK（最后等待狀態(tài)）

四次揮手

第一次揮手：數(shù)據(jù)傳輸完成后，客戶端A發(fā)出連接釋放報(bào)文并停止發(fā)送數(shù)據(jù)，報(bào)文的報(bào)頭中FIN=1,ACK = 1,seq number =73396,ack number = 13704（已經(jīng)傳輸完成最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)+1），數(shù)據(jù)包發(fā)送給服務(wù)器端，并進(jìn)入FIN_WAIT1狀態(tài)。

第二次揮手：服務(wù)器收到這個(gè)連接釋放報(bào)文，發(fā)出確認(rèn)報(bào)文,ACK = 1,ack number = 73397,seq number =13704（序列號(hào)）給客戶端，進(jìn)入半關(guān)閉狀態(tài)，并且通知高層應(yīng)用進(jìn)程，客戶端向服務(wù)器的方向就釋放了。這時(shí)，客戶端已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送了，但服務(wù)器如果向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端依然接受，這個(gè)階段就是CLOSE_WAIT狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。

第三次揮手：客戶端收到服務(wù)器的確認(rèn)報(bào)文后，進(jìn)入了終止等待2狀態(tài)，繼續(xù)等待服務(wù)器發(fā)送連接釋放的報(bào)文。服務(wù)器把最后的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，向客戶端發(fā)送連接釋放的報(bào)文，FIN = 1,ACK = 1，ack number = 73397，seq number=13704（序列號(hào)）發(fā)送完后，服務(wù)器進(jìn)入最后確認(rèn)的狀態(tài)，等待客戶端確認(rèn)。

第四次揮手：客戶端收到服務(wù)器連接釋放報(bào)文后，必須向服務(wù)器發(fā)出確認(rèn)報(bào)文，ACK = 1，ack number = 13705，seq number = 73397,然后客戶端進(jìn)入時(shí)間等待狀態(tài)，此時(shí)的TCP連接未釋放，必須經(jīng)過2MSL（最長報(bào)文壽命）的時(shí)間后，客戶端撤銷相應(yīng)TCB（傳輸控制塊）后，進(jìn)入CLOUSED狀態(tài)，這是因?yàn)槿绻W(wǎng)絡(luò)不可靠，確認(rèn)報(bào)文可能發(fā)丟了，服務(wù)器端會(huì)不斷FIN給客戶端，再這2MSL時(shí)間內(nèi)可以重新發(fā)一次確認(rèn)報(bào)文，然后再次等待2MSL，如果這時(shí)間內(nèi)沒在收到FIN報(bào)文，就推斷確認(rèn)報(bào)文已經(jīng)被服務(wù)器接收。服務(wù)器則只是收到客戶端發(fā)出的確認(rèn)，立即進(jìn)入CLOUSED狀態(tài)。

抓包工具查看揮手過程

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第二次揮手

第三次揮手

第四次揮手

握手要三次？揮手要四次？

TCP協(xié)議的雙方是雙工的，也就是說通信雙方都可以向?qū)Ψ桨l(fā)送消息，也都可以獨(dú)立關(guān)閉自己自己一方的通信通道。在這順便說下半雙工，說白了就是不同時(shí)，A可以給B發(fā)消息，B也可以給A發(fā)消息，但A給B發(fā)的時(shí)候，B不能給A發(fā)。三次握手確認(rèn)兩件事，知道雙方都準(zhǔn)備好了，初始序列號(hào)進(jìn)行確認(rèn)協(xié)商。如果只有兩次，可能會(huì)造成死鎖。客戶端給服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求連接，服務(wù)器收到這個(gè)請(qǐng)求，并發(fā)送確認(rèn)報(bào)文。發(fā)送完后，服務(wù)器按兩次握手的協(xié)定，認(rèn)為連接已經(jīng)建立，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。但這時(shí)因?yàn)槟撤N原因，服務(wù)器的確認(rèn)報(bào)文傳丟了，客戶端懵逼了，不知道服務(wù)器是否收到自己的請(qǐng)求，建立什么序列號(hào)。客戶端就認(rèn)為連接還未建立，忽略服務(wù)器傳來的任何數(shù)據(jù)，傻傻的等待服務(wù)器的確認(rèn)報(bào)文，服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)超時(shí)后，就重復(fù)發(fā)出同樣數(shù)據(jù)，死鎖就產(chǎn)生了。如果是四次握手哪？四次握手是可行的，但是這樣一來會(huì)造成資源的浪費(fèi)，因?yàn)槿挝帐忠呀?jīng)確認(rèn)好所有的事情了，沒必要在浪費(fèi)一次資源。

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服務(wù)器收到客戶端的請(qǐng)求連接報(bào)文，立即就可以給應(yīng)答建立聯(lián)機(jī)了。但關(guān)閉連接時(shí)，服務(wù)器收到這個(gè)關(guān)閉連接的報(bào)文，并不能立即停止，因?yàn)檫€有數(shù)據(jù)未發(fā)送完畢，只能回一個(gè)“我知道啦”的應(yīng)答報(bào)文。只有數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢后，服務(wù)器才發(fā)送說FIN，“我數(shù)據(jù)傳完了”的報(bào)文等待確認(rèn)，然后終止連接。所有需要四次揮手。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的OSI七层协议与TCP连接的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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