TCP/IP学习笔记

摘要：计时器接收方计时器内未收到帧，则发送反馈信息。至此建立完毕，双方进入已建立连接状态，可正式传输数据。处于半开半闭状态。此时连接还没有释放，需要时间等待结束后分钟连接两端才会，有可能最后一个确认报文丢失而需要重传。

先上知识点

敲黑板，划重点：两种协议模型，IP，TCP，UDP，HTTP

TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)(传输控制协议/网际协议）是指以TCP和IP协议为核心的互联网协议簇。具体内容可参考以下图片。

网络节点都有一个32bit的IP地址，如192.168.1.1，根据网络拓扑分配，可变

IP地址别名，域名与IP对应，如github.com与192.30.255.113对应

域名服务系统，存储域名与IP的映射关系

计算机的物理地址，48bit，前24位为组织唯一标志符，标识厂家，后24位为扩展标识符，由厂家分配，同一厂家的生产的网卡仅后24位不同，如00-23-5A-15-99-42

因为IP 地址与网络服务的关系是一对多的关系。实际上是通过“IP地址+端口号”来区 分不同的服务的，端口号16bit，范围0~65535
常用端口号：
IIS（HTTP）：80
SQLServer：1433
Oracle：1521
MySQL：3306
FTP：21
SSH：22
Tomcat：8080

当应用发送数据的时候，数据在协议层次自顶向下通过每一层，每一层都会对数据增加增加一些首部或者尾部信息，这样的信息称之为协议单元（Protocol Date Unit，PDU）

物理层(一层)PDU指数据位(Bit)

数据链路层(二层)PDU指数据帧(Frame)

网络层(三层)PDU指数据包(Packet)

传输层(四层)PDU指数据段(Segment)

第五层以上位数据(Data)

分用：当主机收到一个数据帧时，数据就从协议层底往上，检查并去掉对应层次的报文首部或尾部，与封装过程正好相反。

网络层的PDU是IP数据包，数据链路层将其封装为帧(Frame)，主要任务有：

向网络层体工良好的的服务接口

处理传输错误

调节数据流，确保慢速的接收方不会被快速的发送方淹没

反馈重发

接收方通过对差错编码(奇偶检验码或CRC码)的检查，向发送方反馈是否收到正确信息，正确则发送完毕，错误则重新发送。

计时器

接收方计时器内未收到帧，则发送反馈信息。发送方计时器内为收到反馈，则重新发送。

序号

防止同一帧被重复发送，使接收方能从序号区分是新发送的帧还是重发的帧，以确定要不要将收到的帧递交给网络层

控制发送方数据流，使其发送速率不超过接收方接受速率。

Ethernet，PPP，SLIP

数据帧的最大长度，又称最大传输单元，netstat -in查看

TCP UDP ICMP等协议都以IP数据包格式传输，提供不可靠，无连接的数据包传输服务
不可靠：不保证能到达目的地，仅提供传输服务，可靠性由上层保证
无连接：每个数据报的处理相互独立，IP数据报不能按顺序发送

版本号：4位，0100代表IPV4，0110代表IPV6

首部长度：4位，表使IP报头的长度一般位5 4=20字节，首部长度如图所是必须为4字节的倍数，所以长度最大值为15 4=60字节。

服务类型：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小花费，4个标志位只有一个可以被置1

总长度：数据报总长度，最大值为2^16-1

标识：16位接收方确定分段属于哪一个数据包，同一个数据包的分段具有相同的标识。

标志：是否分段

偏移：13位，接收方重组时用来标识分段的顺序

生存时间：8位，数据报经过的最多的路由器的个数，一般为32或者64

协议：8位，代表哪个协议向IP传送数据，TCP为6，UDP为17

首部检验和：16位，根据IP首部计算的校验和码

源IP和目的IP：各占32位

选项：可选变长的信息，不常用，多用于安全和军事领域

sudo tcpdump -ntx -c 1 抓包

0开头
A 类地址网络号范围：1.0.0.0---127.0.0.0
A 类 IP 地址范围：1.0.0.0---127.255.255.255
A 类 IP 的私有地址范围：10.0.0.0---10.255.255.255 （所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址）
127.X.X.X 是保留地址，用做循环测试用的
因为主机号有 24 位，所以一个 A 类网络号可以容纳 2^24-2=16777214 个主机号

10开头
B 类地址网络号范围：128.0.0.0---191.255.0.0
B 类 IP 地址范围：128.0.0.0---191.255.255.255
B 类 IP 的私有地址范围：172.16.0.0---172.31.255.255
169.254.X.X 是保留地址；191.255.255.255 是广播地址
因为主机号有 16 位，所以一个 B 类网络号可以容纳 2^16-2=65534 个主机号

110开头
C 类地址网络号范围：192.0.0.0---223.255.255.0
C 类 IP 地址范围：192.0.0.0---223.255.255.255
C 类 IP 的私有地址范围：192.168.0.0---192.168.255.255
因为主机号有 8 位，所以一个 C 类网络号可以容纳 2^8-2=254 个主机号

子网掩码——屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式。对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。默认掩码后为1的位与IP地址对应的位为子网号，剩余为主机号。

本地路由表同IP->同子网号->同网络号->默认路由，不存在则丢弃->路由器收到包之后继续转发直至寻找到目的IP->TTL为0则丢弃

私有地址的内部网络通过路由器发送数据包时，被转换成合法的IP地址，一个局域网只需使用少量IP地址(甚至是一个)即可实现私有地址网络内所有计算机与Internet通信。

128位，每16位为一段，并转换成16进制，如2000:0000:0000:0000:0001:2345:6789:abcd

ARP，RARP，ICMP，
ARP输在IP数据包头部加上MAC地址

无连接，不可靠，没有拥塞控制，8字节首部封装，适用于电话，视频会议等，可一对一，一对多，多对多通信

tcpdump抓包工具

面向连接，可靠，点对点，(无差错，不丢失，不重复，按顺序)，全双工(双方都可发送数据，两端都有发送和接收缓存),面向字节流，netstat -s，查看数据tcp信息

源端口和目的端口：各2个字节
序号：4个字节本报文数据的第一个字节的序号
确认序号：4个字节期望收到对方下个报文的第一个字节序号
数据偏移：4bit，tcp报文段的长度
保留：6bit，保留为今后使用
控制位：6bit

URG紧急：为1时，报文需紧急传送

ACK确认：位1时有效，建立TCP连接后，ACK位1，

PSH推送：若TCP连接的另一端立即响应，不再等待缓冲区填满才发送

RST复位：为1时，断开TCP并重新连接

SYN同步：建立和释放连接

FIN终止：用于释放连接，为1时发送方发送完毕要求释放连接。

窗口：2个字节，接收窗口大小
校验和：2个字节
紧急指针：2个字节，URG为1 时有效，本报文段紧急数据的字节
选项：长度可变，最长可达40字节。

客户端发送SYN，请求建立连接，seq = x 客户端进入SYN SENT状态(同步已发送)

服务端收到后，发送SYN应答，ACK = 1，seq = v, ack = x + 1，服务进入SYN+RCVD 同步已收到状态

客户端收到确认报文后，发送确认报文，ACK = 1 ,seq = x + 1, ack = v + 1。可携带数据，如不携带，则下一个seq仍为x+1。

至此TCP建立完毕，双方进入ESTABLISHED(已建立连接)状态，可正式传输数据。

客户端停止发送数据，发出一个FIN报文段，seq = 1，进入FIN-WAIT-1状态

服务收到并回复ACK = 1，seq = u，ack = x + 1，进入CLOSE-WAIT(关闭等待状态)，服务端若继续发送，客户端依然可以接收。TCP处于半开半闭状态。

客户端收到确认报文，进入FIN-WAIT-2状态，服务端发送完数据后，发出FIN报文段，FIN = 1，ACK = 1，seq = w，ack = u+1，然后进入LAST_ACK（最后确认状态)。

客户端回复确认报文段，ACK = 1，seq = u+1, ack = w+1,然后进入TIME-WAIT状态。

此时连接还没有释放，需要时间等待结束后（4分钟）连接两端才会CLOSE，有可能最后一个确认报文丢失而需要重传。

TCP报文长度可变，根据缓存状态和网络状态调整

收到数据回复确认

超时重传，发送报文后暂存副本，定时器内收到确认删除，未收到重发，确认报文有序号。

校验和

按字节排序，报文中有序号，保证顺序正确

提供流量控制，每一方都有收发缓存

发送方连续发送窗口长度的把稳，接收方只确认最后一个报文段。

发送方窗口不能大于接收方窗口

慢启动：初始的窗口值很小，指数增加到慢开始门限（ssthresh）

加性增：到达门限之后，每发送一个报文段，窗口值加一个单位的增量

乘性减：超时则把窗口值减小一半。

域名映射IP，host 域名查询IP

文件传输协议

只提供文件传输服务，一个服务器可为多个客户端提供服务

FTP客户端与服务器建立两个TCP连接：21号控制连接，20号建立数据连接。

两种传输方式：ASCII传输模式，二进制数据传输模式。

使用端口80或8080
过程：

点击链接，浏览器向服务器发起TCP连接

发送HTTP请求报文，服务器回复响应报文

浏览器将收到的响应报文内容显示在网页上

报文收发结束后一段时间，关闭TCP

请求报文结构：

响应报文结构：

报文分为三部分：

开始行，请求报文成为请求行，响应报文成为状态行

首部行：说明浏览器，服务器或报文主体的信息

实体主体：请求报文通常缺省

响应报文的状态码：

1xx:通知消息，一般不使用

2xx:成功接收

3xx:重定向

4xx:客户差错，404网页未找到

5xx:服务器差错：502 Bad Gateway