1 TCP/IP网络模型

协议（Protocol）：不同硬件、操作系统之间的通信规则。
TCP/IP是互联网相关的各类协议族的总称：TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP等
TCP/IP模型是互联网的基础，它是一系列网络协议的总称。这些协议可以划分为四层，分别为链路层、网络层、传输层和应用层。

• 链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP/RARP报文等。
• 网络层：负责路由以及把分组报文发送给目标网络或主机。
• 传输层：负责对报文进行分组和重组，并以TCP或UDP协议格式封装报文。
• 应用层：负责向用户提供应用程序，比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

OSI七层模型

在网络体系结构中网络通信的建立必须是在通信双方的对等层进行，不能交错。 在整个数据传输过程中，数据在发送端时经过各层时都要附加上相应层的协议头和协议尾（仅数据链路层需要封装协议尾）部分，也就是要对数据进行协议封装，以标识对应层所用的通信协议。接下去介绍TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议——TCP 和 UDP。

2 UDP User Datagram Protocol 用户数据报协议

无连接** OSI第四层——**传输层 IP协议上一层
不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文送达之后是无法得知其是否安全完整到达。
UDP的特点：

1. 面向无连接

UDP想发送就发送，只是数据报文的搬运工，不会对数据报进行任何拆分和拼接操作。
具体来说就是：

• 在发送端，应用层将数据传递给传输层的 UDP 协议，UDP 只会给数据增加一个 UDP 头标识下是 UDP 协议，然后就传递给网络层了

• 在接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP 只去除 IP 报文头就传递给应用层，不会任何拼接操作

  2. 有单播、多播、广播的功能

  UDP不仅支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说UDP提供了单播、多播、广播的功能。

  3. UDP是面向报文的

  发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并也不拆分而是保留报文边界。因此应用程序必须选择合适大小的报文。

  4. 不可靠性

  首先不可靠性体现在无连接上，通信都不需要建立连接，想发就发。
  并且收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。
  再者网络环境时好时坏，但是 UDP 因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包，但是优点也很明显，在某些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要使用 UDP 而不是 TCP。

  5. 头部开销小，传输报文时是很高效的

  
  UDP头部包含以下几个数据：

• 两个16位的端口号，分别为源端口（可选字段）和目标端口

• 整个数据报文的长度
• 整个数据报文的检验和（IPv4可选字段），该字段用于发现头部信息和数据中的错误

因此UDP的头部开销小，只有8字节，相比TCP的至少20字节要少很多，因此传输高效。

3 TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议

必看 https://juejin.im/post/6844903958624878606

面向连接的 可靠的 基于字节流的 传输层
流协议 ——不间断的数据结构

1 TCP连接过程 三次握手

位码/TCP标志位 6种

SYN: Synchronize Sequence Numbers 同步序列编号 ACK： Acknowledgement 确认 PSH： Push 送达 FIN：Finush 结束 RST：Reset 重置 URG：Urgent 紧急

第一次握手 客户端 SYN_SENT

客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号**SYN。请求发送后，客户端便进入SYN-SENT**状态
SYN = 1 seq = x

第二次握手 服务端 SYN_RCVD

服务端收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发送一个应答ACK。该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号**SYN，发送完成后服务端进入SYN-RECEIVED**状态。
SYN = 1 ACK =1 ack = x+1 seq = y

第三次握手 客户端/服务端 ESTABLISHED

若客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文ACK。客户端发送完这个报文段后便进入ESTABLISHED状态，服务端收到这个应答后也进入ESTABLISHED状态，此时连接建立成功。
ACK = 1 ack = y+1 seq = x+1

2 为什么是三次握手不是两次

三次握手的目的：

1. 第一次握手：客户端发送网络包，服务端收到了。这样服务端就能得出结论：客户端的发送能力、服务端的接受能力正常
2. 第二次握手：服务端发包，客户端收到了。这样客户端就可以认为：服务端的接受发送，客户端 的接受发送能力正常。但此时服务端不确定客户端的接口能力如何
3. 第三次握手：客户端发包， 服务端接受到了。这样服务端也能确定客户端的接收能力也正常，双方的双向能力都正常。

如客户端发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认，于是客户端再重传一次连接请求。后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接，客户端共发出了两个连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了服务端，但是第一个丢失的报文段只是在某些网络结点长时间滞留了，延误到连接释放以后的某个时间才到达服务端，此时服务端误认为客户端又发出一次新的连接请求，于是就向客户端发出确认报文段，同意建立连接，不采用三次握手，只要服务端发出确认，就建立新的连接了，此时客户端忽略服务端发来的确认，也不发送数据，则服务端一致等待客户端发送数据，浪费资源。

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TCP是一个全双工的通信，三次握手完成两个重要的功能，一是协调双方双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，确保双方都知道对方的存在；二是协调好双方的初始序列号，这个序列号在握手过程中被发送和确认。 因为防止出现失效的连接请求报文段被服务端接受的情况从而产生错误。

**

3 TCP断开过程 四次挥手

TCP 是全双工的，在断开连接时两端都需要发送 FIN 和 ACK。

第一次挥手 客户端 FIN_WAIT1

若客户端A认为数据已经发送完成，则向服务端发送连接释放请求/完成请求FIN
FIN = 1 seq = u

第二次挥手 服务端 CLOSE_WAIT

B收到连接释放请求后，会告诉应用层要释放TCP连接。然后会发送ACK包，并进入CLOSE_WAIT状态，此时表明A到B的连接已经释放，不再接受A发送的数据了。
但是因此TCP连接是双向的，所以B仍旧可以给A发送数据。
ACK = 1 ack = u+1 seq = v

第三次挥手 服务端 LAST_ACK

B如果此时还有没有发送完的数据会继续发送，完毕后会向A发送连接释放请求FIN，然后B便进入LAST_ACK状态。
FIN = 1 ACK =1 seq = w ack = u+1

第四次挥手 客户端 TIME_WAIT 2MSL后客户端CLOSED

A收到释放请求后FIN，向B发送确认应答，此时A进入TIME_WAIT状态。该状态会持续2MSL（最大生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃）时间，若该时间段内B没有重发请求的话，就进入CLOSED状态。当B收到ACK后，也便进入CLOSED状态。
ACK = 1 seq = u+1 ack = w+1

3.1 为什么四次挥手

因为当服务端收到客户端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当服务端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉客户端，”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我服务端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四次挥手。

3.2 四次挥手释放时最后等待2MSL的意义

MSL Maximum Segment Lifetime。最长报文段寿命，是任何报文在网络上存在的最长时间，超时即丢弃

为了保证客户端发送的最后一个ACK报文段能够到达服务器。因为这个ACK有可能丢失，从而导致处在LAST-ACK状态的服务器收不到对FIN-ACK的确认报文。服务器会超时重传这个FIN-ACK，接着客户端再重传一次确认，重新启动时间等待计时器。最后客户端和服务器都能正常的关闭。假设客户端不等待2MSL，而是在发送完ACK之后直接释放关闭，一但这个ACK丢失的话，服务器就无法正常的进入关闭连接状态。

4 TCP的特点

1.面向连接

发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方式是三次握手，这样才能建立可靠的连接，为数据可靠性传输提供基础

2. 仅支持单播传输

每条TCP传输连接只能两个端点，只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播

3. 面向字节流

TCP不像UDP一样一个个报文独立传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输

4. 提供拥塞控制

当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小数据的速率和数量缓解拥塞

5. TCP提供全双工通信

TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。
当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）

四、TCP和UDP的比较

1. 对比

2. 总结

• TCP向上层提供面向连接的可靠服务 ，UDP向上层提供无连接不可靠服务。
• 虽然 UDP 并没有 TCP 传输来的准确，但是也能在很多实时性要求高的地方有所作为
• 对数据准确性要求高，速度可以相对较慢的，可以选用TCP