TCP/IP 和UDP 以及三步握手和四步挥手

OSI模型 和 TCP/IP

OSI模型wiki
TCP/IPwiki

OSI模型
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从上图中看出来,TCP/IP 与 OSI 在分层模块有一些区别。OSI 参考模型注重“通信协议必要的功能是什么”,而 TCP/IP 则更强调“在计算机上实现协议应该开发哪种程序”。

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TCP/IP 是互联网相关的各类协议族的总称

协议中存在各式各样的内容。从电缆的规格到 IP 地址的选定方法、寻找异地用户的方法、双方建立通信的顺序,以及 Web 页面显示需要处理的步骤,等等。
像这样把与互联网相关联的协议集合起来总称为 TCP/IP。也有说法认为,TCP/IP 是指 TCP 和 IP 这两种协议。还有一种说法认为,TCP/IP 是在 IP 协议的通信过程中,使用到的协议族的统称。

TCP/IP四层

应用层

应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。TCP/IP 协议族内预存了各类通用的应用服务。比如,FTP(FileTransfer Protocol,文件传输协议)和 DNS(Domain Name System,域名系统)服务就是其中两类。
HTTP 协议也处于该层。

传输层

传输层对上层应用层,提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。
在传输层有两个性质不同的协议:TCP(Transmission ControlProtocol,传输控制协议)和 UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)。

网络层(又名网络互连层)

网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径(所谓的传输路线)到达对方计算机,并把数据包传送给对方。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时,网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

链路层(又名数据链路层,网络接口层)

用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC(Network Interface Card,网络适配器,即网卡),及光纤等物理可见部分(还包括连接器等一切传输媒介)。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

面试题(以下部分重点)

传输层中的 TCP 和 UDP

TCP(Transmission Control Protocol, 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。与之对应的是UDP(User Datagram Protocol ,用户数据报协议),是不可靠的传输层协议。

三步握手

可以想象两人用对讲机交谈。

A:我准备好了你准备好了吗,收到请回答。
B:收到收到,我也准备好了,收到请回答。
A:收到收到

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  1. 客户端发送 SYN报文给服务器端,序列号是n,进入 SYN_SEND 状态。
  2. 服务器端收到 SYN 报文,回应一个ACK(序列号是n+1)同时发一个 SYN (序列号是m),进入 SYN_RECV 状态。
  3. 客户端收到服务器端的 SYN 报文,回应一个 ACK(序列号是m+1)报文,进入 Established 状态。

四步挥手

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  1. 客户端发送一个 FIN ,告诉服务器想关闭连接。
  2. 服务器收到这个 FIN ,发回一个 ACK。
  3. 服务器通知应用程序关闭网络连接,应用程序关闭后通知服务器。服务器发送一个 FIN 给客户端 。
  4. 客户端发回 ACK 报文确认。

为什么握手要三步,挥手却是四步?

这是因为服务端的 LISTEN 状态下的 SOCKET 当收到客户端建立连接请求的SYN 报文后,它可以把 ACK 和 SYN ( ACK 起应答作用,而 SYN 起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时,当服务器收到客户端的 FIN 报文通知时,服务器只能发一个回应报文ACK:“哦,我知道了”,然后通知应用程序。应用程序完成全部数据发送并确定可以终止了,服务器才能发送FIN告诉客户端可以真正断开连接了。所以这一步ACK报文和FIN报文需要分开发送,因此多了一个步骤。

TCP报文格式

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  • ACK : TCP协议规定,只有ACK=1时有效,也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1。
  • SYN(SYNchronization) : 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时,表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接,则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此, SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。
  • FIN (finis)即完,终结的意思, 用来释放一个连接。当 FIN = 1 时,表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕,并要求释放连接。
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