概述

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

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，讓不同計算機能夠互相通信。這個協(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)點的電纜與設(shè)備構(gòu)成。這些都是專業(yè)的說法，其實說白了就是雙絞線（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。

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、重發(fā)，負責(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)議將電信號分組，一組電信號稱之為一個數(shù)據(jù)包（幀）。然后控制幀在物理信道上傳輸包括糾錯，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，每一幀都含有報頭（head）和數(shù)據(jù)（data），報頭包含發(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)的兩臺計算機通信，數(shù)據(jù)鏈路層就像是一個社區(qū)郵差，他認識社區(qū)的每戶人家，社區(qū)中的每個人都可以將信（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節(jié)點的通信子網(wǎng)中選擇一條到達目的節(jié)點的最佳路徑過程，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，郵差并不認識另一個社區(qū)的人，就把信交給郵局處理，郵局根據(jù)上面的地址（IP）就能查到對應(yīng)的地址描述，然后交給另一個社區(qū)的郵局。這封信可能要多個郵局的轉(zhuǎn)發(fā)，才能到達老王手里。

傳輸層：負責(zé)建立和斷開通信連接（數(shù)據(jù)流動的邏輯通路），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，時間有點長，網(wǎng)絡(luò)可能會發(fā)生中斷。怎么保證大量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果我發(fā)送的這個文件數(shù)據(jù)包可能有一萬個包，發(fā)送一個，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)議是會綁定IP和端口的協(xié)議)。與之對應(yīng)的還有一個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，即使丟幾個包也只是卡一下，但如果網(wǎng)絡(luò)不好。。那游戲體驗?zāi)馨央娔X砸了。

會話層：不同機器上的用戶之間建立和管理會話（服務(wù)器驗證登錄，斷電續(xù)傳）。我向老王共享了一個文件夾，老王通過我的IP地址要訪問我的共享文件夾（建立會話），這時就會要求他輸入我的我腦上的賬號密碼，這是建立會話過程中的身份驗證，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，這時我又傳了一個文件上去。老王有過來連接，這時會發(fā)現(xiàn)不需要輸入密碼就能共享到我文件了，這是因為這條會話還沒斷開（根據(jù)應(yīng)用層設(shè)置的時間維護），身份鑒定環(huán)節(jié)就省略了（保持會話），這時，電腦卡住了，我無奈重啟機器（斷開會話），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)備早上九點出發(fā)去找他，信里的內(nèi)容是"我上午九點來"，可是老王理解成了我九點到他家，雖然信沒看錯，但因為不同理解，產(chǎn)生了錯誤的結(jié)果。表示層就是專門負責(zé)這些有關(guān)網(wǎng)絡(luò)中計算機信息表達方式的問題，除了編碼外，還包括數(shù)組，浮點數(shù)，聲音等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以達到在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔㈦p方的解釋都是一樣的，在計算機內(nèi)部表示法和網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進行轉(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)的細節(jié)。

TCP協(xié)議三次握手建立連接

兩臺計算機如何交流，就好比我們兩個人，使用同一種語言自然而然的就能表達我們的想法，因此計算機他們也需要定義共通的東西進行交流，TCP/IP為此而生，它不是一個協(xié)議而是一個協(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)器某個應(yīng)用程序就必須發(fā)送一個通信請求，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（SYN），確認（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，并進入SYN_SENT狀態(tài)等待確認，服務(wù)器由SYN = 1知道，有客戶端要建立聯(lián)機了。

第二次握手：服務(wù)器收到要確認聯(lián)機的信息，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)器進入接收到報文狀態(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，驗證正確。再次向服務(wù)器發(fā)送一個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)起揮手的動作。客戶端和服務(wù)器總共發(fā)送4個包確認連接斷開，也形象稱為四次揮手。

狀態(tài)=====>FIN_WAIT1(主動關(guān)閉連接，發(fā)送FIN報文，進入終止等待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)出連接釋放報文并停止發(fā)送數(shù)據(jù)，報文的報頭中FIN=1,ACK = 1,seq number =73396,ack number = 13704（已經(jīng)傳輸完成最后一個字節(jié)的序號+1），數(shù)據(jù)包發(fā)送給服務(wù)器端，并進入FIN_WAIT1狀態(tài)。

第二次揮手：服務(wù)器收到這個連接釋放報文，發(fā)出確認報文,ACK = 1,ack number = 73397,seq number =13704（序列號）給客戶端，進入半關(guān)閉狀態(tài)，并且通知高層應(yīng)用進程，客戶端向服務(wù)器的方向就釋放了。這時，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，這個階段就是CLOSE_WAIT狀態(tài)的持續(xù)時間。

第三次揮手：客戶端收到服務(wù)器的確認報文后，進入了終止等待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)送連接釋放的報文，FIN = 1,ACK = 1，ack number = 73397，seq number=13704（序列號）發(fā)送完后，服務(wù)器進入最后確認的狀態(tài)，等待客戶端確認。

第四次揮手：客戶端收到服務(wù)器連接釋放報文后，必須向服務(wù)器發(fā)出確認報文，ACK = 1，ack number = 13705，seq number = 73397,然后客戶端進入時間等待狀態(tài)，此時的TCP連接未釋放，必須經(jīng)過2MSL（最長報文壽命）的時間后，客戶端撤銷相應(yīng)TCB（傳輸控制塊）后，進入CLOUSED狀態(tài)，這是因為如果網(wǎng)絡(luò)不可靠，確認報文可能發(fā)丟了，服務(wù)器端會不斷FIN給客戶端，再這2MSL時間內(nèi)可以重新發(fā)一次確認報文，然后再次等待2MSL，如果這時間內(nèi)沒在收到FIN報文，就推斷確認報文已經(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，立即進入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，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)的時候，B不能給A發(fā)。三次握手確認兩件事，知道雙方都準(zhǔn)備好了，初始序列號進行確認協(xié)商。如果只有兩次，可能會造成死鎖。客戶端給服務(wù)器發(fā)送請求連接，服務(wù)器收到這個請求，并發(fā)送確認報文。發(fā)送完后，服務(wù)器按兩次握手的協(xié)定，認為連接已經(jīng)建立，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。但這時因為某種原因，服務(wù)器的確認報文傳丟了，客戶端懵逼了，不知道服務(wù)器是否收到自己的請求，建立什么序列號。客戶端就認為連接還未建立，忽略服務(wù)器傳來的任何數(shù)據(jù)，傻傻的等待服務(wù)器的確認報文，服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)超時后，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，但是這樣一來會造成資源的浪費，因為三次握手已經(jīng)確認好所有的事情了，沒必要在浪費一次資源。

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服務(wù)器收到客戶端的請求連接報文，立即就可以給應(yīng)答建立聯(lián)機了。但關(guān)閉連接時，服務(wù)器收到這個關(guān)閉連接的報文，并不能立即停止，因為還有數(shù)據(jù)未發(fā)送完畢，只能回一個“我知道啦”的應(yīng)答報文。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”的報文等待確認，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连接的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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