TCP/IP 协议简单分析(建立连接握手过程)
原文：http://hi.baidu.com/wuguoyana/blog/item/38c04d3bcf047ce43a87ce55.html
首先TCP和IP是兩種不同的協議，它們來七層網絡模型中分別在不同的層次，IP協議是網絡層的協議，TCP是更高一層的傳輸層的協議，TCP是建立在IP協議之上的，所以一般把TCP和IP連在一起說TCP/IP協議。
Windows系統的TCP協議棧的數據包默認是1460字節大小，如果一次傳輸的數據大于這個長度，會把分割成幾個長度都不大于1460字節的TCP數據包，每個數據包都會被賦予一個sequnce number（相當于每個數據包的順序號，憑這個接收端可以知道數據包的前后順序）
之后TCP的數據包再被包裹上一層IP的數據的頭，形成IP數據包在網上傳輸（其實最后還要包一層以太網數據包，網絡上最終傳輸的都是以太網數據包）。
IP數據包到了目的地后，接收端首先把IP數據包的包頭去掉，取出TCP的包。接收端每收到一個TCP的數據包都需要返回給發送端一個ACK的數據包告訴發送端已接到此數據包，如果接收端在一定的時間內沒有收到某個數據包的ACK響應，會再次發送這個數據包，這樣就保證了數據都能被接收端接收到（因特網上丟數據包是很正常的事，如果沒有數據包重發機制，很難保證發送的數據都能被接收端完整的收到）。
每個TCP數據包也是由包頭和實際數據組成，包頭包含如下主要內容：
l??????? Source port（2字節）
發送端的端口號
l??????? Destination port（2字節）
接收端的端口號
TCP包頭中只包含雙方的端口號，雙方的IP地址在IP包的包頭，所以在TCP數據包的包頭中沒有IP地址。
l??????? Sequence number（4字節）
數據的順序號，表示當前數據包中的數據起始順序號，比如前一個數據包的SEQ為十六進制的：df d5 aa 3d，數據包的實際數據長度為16字節，那么下一個數據包的SEQ就要在前一個數據包的SEQ基礎上加上16，為：df d5 aa 4d
l??????? Acknowledgement number（4字節）
接收到對方的某個數據包后的回應順序號。如果接收到了對方主動發送來的某個數據包，必須要返回對方一個ACK回應數據包，數據包的頭部的Acknowledgement number部分根據對方發送數據的SEQ和實際數據長度，返回SEQ +實際數據長度，表示已經接收到這個數據包。對方收到這個回應，根據數值計算后知道這個數據包已經被對方接收。如果接收不到ACK的回應，就意味著這個數據包已經在網上被丟失，需要重新發送此數據包。
l??????? Header length（1字節）
表示TCP數據包的包頭長度，整個TCP數據包的長度減包頭長度就能得到TCP數據包的實際傳送的數據長度。
l??????? Flags（1字節）
標志字節，每一位都是一個標志，以下是幾個主要標志：
ACK–表示數據包是個ACK回應數據包，表示接收到了對方的某個數據包，具體哪個包由包頭的Acknowledgement number部分指示。
PSH–表示這是個有實際數據的包。
SYN–表示這是個建立連接的數據包，通訊雙方要通訊，總是由客戶端先發送SYN數據包到服務端以建立TCP的連接。
FIN–表示通訊結束，拆除連接的數據包。
下面描述一次TCP傳送數據的完整過程，以一個客戶端向服務端發送一些數據為例。
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Figure 1．一次完整的TCP通訊的過程
1、建立連接
TCP是面向連接的協議，客戶端和服務端要通訊就必須先建立一個連接。首先通訊雙方都有地址，就是IP地址加端口號（IP:Port）標識通訊的每一端，客戶端的IP:Port跟服務器IP:Port之間就構成一個socket套接字。所謂建立連接就是在客戶端的IP:Port跟服務器IP:Port之間建立一個通道，初始化一些通訊的基礎設置，以便以后的數據通訊的正常進行。
1.1.?? 客戶端發送SYN
總是客戶端發起連接，首先客戶端發送SYN數據包到服務端以建立TCP連接。
SYN數據包只有TCP包頭，沒有實際數據。
Flags標志字節的SYN位置位，表示是SYN數據包。
Sequence number由客戶端隨機生成一個4字節的數據，作為本次連接通訊客戶端數據的起始順序號，以后客戶端發往服務端的數據包的Sequence number都在此基礎上加上每次傳送的實際數據長度依次相加遞增，這樣根據每個數據包的Sequence number就能判斷出數據包的前后順序，以便接收方根據數據包的順序拼接數據包。
1.2.?? 服務端回應ACK、SYN
服務端收到客戶端的SYN后，首先要發送一個ACK數據包給客戶端表示收到了這個數據包。
數據包的Flags標志字節的ACK置位，表示是ACK回應數據包。
Acknowledgement number設置為接收到的數據包的SEQ +數據包實際長度，因為接收到的SYN的實際數據長度為0，但是TCP協議認為實際長度為0的主動發送的數據長度為1，SYN是客戶端主動發送的數據包，所以服務端把Acknowledgement number設置為接收到的數據包的SEQ + 1。
TCP通訊可以是雙向的，一旦建立了連接，服務端也可以向客戶端發送數據。
所以服務端也會向客戶端發送一個SYN包，數據包的Flags標志字節的SYN置位，表示是SYN數據包，同時隨機生成一個4字節的數據，作為本次連接通訊服務端數據的起始順序號Sequence number。
實際中，服務端把這兩個數據包合并為一個數據包，SYN和ACK都是置位，Sequence number和Acknowledgement number也同時設置，作為一個數據包發送回客戶端。
1.3.?? 客戶端回應ACK
客戶端收到服務端的SYN數據包后，需要回應一個ACK數據包，表示接收到此數據包。同樣ACK數據包的Acknowledgement number設置為接收到的數據包的SEQ + 1（SYN、ACK數據包的實際數據長度也是0）。
2、相互收發數據
通訊雙方建立了連接后，就可以相互進行數據包的傳送。
發送數據的一端，把數據包的Flags標準字節的PSH置位，表示是有實際數據的數據包。
Sequence number置為前一次的數據包的Sequence number加上前一次數據包的長度。
如果數據包還兼做ACK包，則把ACK置位，同時設置好Acknowledgement number把數據包發送到對方。
接收方收到對方主動發送的數據數據包后，一定要回復ACK數據包，如果同時有數據發往對方，可以把實際數據包跟ACK數據包合在一起發送。
在拆除連接之前，通訊雙方可以一直相互發送接收數據，數據的順序都建立在各自的Sequence number基礎上。
圖1中，藍色部分的數據通訊就表示這一階段。
3、拆除連接
雙方數據交換完畢，需要拆除連接，結束通訊。
3.1.?? 客戶端發送FIN
通訊的一方向另一方發送FIN數據包表示要結束通訊，拆除連接。
客戶端把數據包的Flags標準字節的FIN置位，表示是通訊結束數據包。
3.2.?? 服務端返回ACK，FIN
服務端收到客戶端的FIN數據包后，先回應一個ACK數據包，然后也發送一個FIN數據包，還是服務端也結束通訊。
3.3.?? 客戶端回應ACK
客戶端回應ACK表示接收到服務端的FIN數據，雙方通訊結束。
----------------------------------------------------------------------------------- 以下結合實圖解釋下(個人理解，不正之處望改正)： 使用Wireshark在windows下抓包，可以看到三次握手、Client發送24Byte的請求數據、Server發送240Byte的響應數據、四次揮手的過程！（在linux下用Wireshark抓包效果類似） Client IP: 192.168.100.2 Server IP: 192.168.100.55 一: 三次握手： 1.1 Client 發送一個SYN數據包給Server，這個數據包的序列號（Seq）為0，窗口大小（Win）為65535，數據長度（Len）為0，最大分段大小（MSS）為1460。后面的不知道啥意思了。 1.2 Server 收到SYN數據包后要給Client答復，發送一個SYN+ACK數據包，這個數據包的序列號（Seq）為0，確認號（ACK）為1，即ACK=收到包的Seq+1，窗口大小（Win）為8704，數據長度（Len）為0。 1.3 Client收到SYN+ACK數據包后也要給Server答復，發送一個ACK數據包，這個數據包的序列號（Seq）為1，確認號（ACK）為1，即ACK=收到包的Seq+1，窗口大小（Win）為65535，數據長度（Len）為0。 二: 發送24Byte的請求數據: 2.1 Client向Server發送一個PSH標志置位的請求數據包，這個數據包與1.3的數據包差不多，唯一不同是數據長度（Len）為24。（為什么與1.3數據包差不多呢？） 2.2 Server收到Client發送過來請求數據包后要給Client答復，發送一個ACK數據包，這個數據包的序列號（Seq）為1，確認號（ACK）為25，即ACK=收到包的Seq+24，窗口大小（Win）為8680，數據長度（Len）為0。 2.3 Server向Client發送一個PSH標志置位的響應數據包，這個數據包與2.2的數據包差不多，唯一不同的是數據長度（Len）為240.（為什么和2.2數據包差不多呢？） 三: 接收240Byte的響應數據: 2.4 Client收到Server發送過來的響應數據包后要給Server答復，發送一個ACK數據包，這個數據包的序列號（Seq）為25，確認號（ACK）為241，即ACK=收到包的Seq+240，窗口大小（win）為65295，數據長度（Len）為0. 四: 四次揮手: 3.1 Client向Server發送一個FIN數據包表示斷開連接，這個數據包與2.4的數據包差不多，唯一不同的是數據包FIN標志位置位。（為什么和2.4數據包差不多呢？） 3.2? Server收到Client的FIN數據包后要給Client答復，發送一個ACK數據包，這個數據包序列號（Seq）為241，確認號（ACK）為26，即ACK=收到包的Seq+1，窗口大小（win）為8704， 數據長度（Len）為0. 3.3? Server緊接著發送一個FIN數據包給Client，表示服務器也結束通訊。這個數據包與3.2數據包差不多，唯一不同的是數據包FIN標志位置位。（為什么和3.2數據包差不多呢？） 3.4?? Client收到Server發送過來的FIN數據包后要給Client答復，發送一個ACK數據包，這個數據包序列號（Seq）為26，確認號（ACK）為242，即ACK=收到包的Seq+1，窗口大小（Win）為8704，數據長度（Len）為0. 至此，三次握手、Client發送24Byte的請求數據、Server發送240Byte的響應數據、四次揮手的過程結束！ 補充： 上述的解釋出現好幾次“為什么和**數據包差不多呢？”，比如2.1的數據包和1.3的數據包差不多呢。 其實兩個數據包可以合并為一個數包發送，我理解為重復顯示。 /*******************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************/ TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的簡寫，中文譯名為傳輸控制協議/互聯網絡協議）協議是Internet最基本的協議。TCP/IP整體構架概述
TCP/IP協議并不完全符合OSI的七層參考模型。傳統的開放式系統互連參考模型，是一種通 信協議的7層抽象的參考模型,其中每一層執行某一特定任務。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這7層是:物理層、數據鏈路層、網絡層、傳 輸層、會話層、表示層和應用層。而TCP/IP通訊協議采用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的網絡來完成自己的需求。這4層分別為： 應用層：應用程序間溝通的層，如簡單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協議（FTP）、網絡遠程訪問協議（Telnet）等。 傳輸層：在此層中，它提供了節點間的數據傳送服務，如傳輸控制協議（TCP）、用戶數據報協議（UDP）等，TCP和UDP給數據包加入傳輸數據并把它傳輸到下一層中，這一層負責傳送數據，并且確定數據已被送達并接收。 互連網絡層：負責提供基本的數據封包傳送功能，讓每一塊數據包都能夠到達目的主機（但不檢查是否被正確接收），如網際協議（IP）。 網絡接口層：對實際的網絡媒體的管理，定義如何使用實際網絡（如Ethernet、Serial Line等）來傳送數據。TCP/IP中的協議
1． IP 網際協議IP是TCP/IP的心臟，也是網絡層中最重要的協議。 IP層接收由更低層（網絡接口層例如以太網設備驅動程序）發來的數據包，并把該數據包發送到更 高層---TCP或UDP層；相反，IP層也把從TCP或UDP層接收來的數據包傳送到更低層。IP數據包是不可靠的，因為IP并沒有做任何事情來確認數 據包是按順序發送的或者沒有被破壞。IP數據包中含有發送它的主機的地址（源地址）和接收它的主機的地址（目的地址）。 高層的TCP和UDP服務在接收數據包時，通常假設包中的源地址是有效的。也可以這樣說，IP地址形成了許多服務的認證基礎，這些服務相信數據包是從一個有效的主機發送來的。IP確認包含一個選項，叫作IP source? routing，可以用來指定一條源地址和目的地址之間的直接路徑。對于一些TCP和UDP的服務來說，使用了該選項的IP包好像是從路徑上的最后一個系 統傳遞過來的，而不是來自于它的真實地點。這個選項是為了測試而存在的，說明了它可以被用來欺騙系統來進行平常是被禁止的連接。那么，許多依靠IP源地址 做確認的服務將產生問題并且會被非法入侵。 2. TCP 如果IP數據包中有已經封好的TCP數據包，那么IP將把它們向‘上’傳送到TCP層。TCP將包排序并進行錯誤檢查，同時實現虛電路間的連接。TCP數據包中包括序號和確認，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。 TCP將它的信息送到更高層的應用程序，例如Telnet的服務程序和客戶程序。應用程序輪流將信息送回TCP層，TCP層便將它們向下傳送到IP層，設備驅動程序和物理介質，最后到接收方。 面向連接的服務（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它們使用了TCP。DNS在某些情況下使用TCP（發送和接收域名數據庫），但使用UDP傳送有關單個主機的信息。 3.UDP UDP與TCP位于同一層，但它不管數據包的順序、錯誤或重發。因此，UDP不被應用于那些使 用虛電路的面向連接的服務，UDP主要用于那些面向查詢---應答的服務，例如NFS。相對于FTP或Telnet，這些服務需要交換的信息量較小。使用UDP的服務包括NTP（網絡時間協議）和DNS（DNS也使用TCP）。 欺騙UDP包比欺騙TCP包更容易，因為UDP沒有建立初始化連接（也可以稱為握手）（因為在兩個系統間沒有虛電路），也就是說，與UDP相關的服務面臨著更大的危險。 4.ICMP ICMP與IP位于同一層，它被用來傳送IP的的控制信息。它主要是用來提供有關通向目的地址 的路徑信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主機通向其他系統的更準確的路徑，而‘Unreachable’信息則指出路徑有問題。另外，如果路 徑不可用了，ICMP可以使TCP連接‘體面地’終止。PING是最常用的基于ICMP的服務。 5. TCP和UDP的端口結構 TCP和UDP服務通常有一個客戶/服務器的關系，例如，一個Telnet服務進程開始在系統 上處于空閑狀態，等待著連接。用戶使用Telnet客戶程序與服務進程建立一個連接。客戶程序向服務進程寫入信息，服務進程讀出信息并發出響應，客戶程序 讀出響應并向用戶報告。因而，這個連接是雙工的，可以用來進行讀寫。 兩個系統間的多重Telnet連接是如何相互確認并協調一致呢？TCP或UDP連接唯一地使用每個信息中的如下四項進行確認： 源IP地址 發送包的IP地址。 目的IP地址 接收包的IP地址。 源端口 源系統上的連接的端口。 目的端口 目的系統上的連接的端口。 端口是一個軟件結構，被客戶程序或服務進程用來發送和接收信息。一個端口對應一個16比特的 數。服務進程通常使用一個固定的端口，例如，SMTP使用25、Xwindows使用6000。這些端口號是‘廣為人知’的，因為在建立與特定的主機或服 務的連接時，需要這些地址和目的地址進行通訊。轉載于:https://www.cnblogs.com/jwyue0520/archive/2012/12/03/2800242.html
總結
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