網絡基礎之TCP/IP協議
阿新 • • 發佈：2018-01-18
rst 標誌位 自由 重新發送 選項 ket 格式 監聽 套接字 TCP/IP分層模型中，通信界定地址：
物理地址：在交換機中進行通信的，
以太網地址，MAC地址；
功能：真正的用於本地通信的地址；
使用範圍：本地局域網內部且不跨路由設備；
邏輯地址：（IP地址）
在TCP/IP協議棧中，邏輯地址被定義為IP地址；
功能：界定主機到主機的通信地址：點到點通信；邏輯地址僅用於主機定位，不用於真正的通信；
使用範圍：全球互聯網；
邏輯端口號：（確定每個進程的標識符）
在TCP/IP協議棧中
功能：界定進程到進程的通信；
邏輯端口號的組成：
0：特殊端口號，不做定義；
1-1023：固定服務端口（一般用於服務器端）；
FTP：20/TCP，21/TCP
SSH：22/TCP
Telnet：23/TCP
SMTP：25/TCP
DNS：53/TCP,53/UDP
DHCP：
DHCPS：67/UDP
DHCPC：68/UDP
HTTP: 80TCP
POP3: 110/TCP
IMAP4: 143/TCP
SNMP: 161/UDP,162/UDP
HTTPS: 443/TCP
1024-45121：半固定服務端口；也可以稱為註冊端口（一般用於本地）；
mysql：3306/TCP
Tomcat：8080/TCP，8009/TCP，8005/TCP，8040/TCP
Memcached：11211/TCP
其余端口：可自由分配使用的端口號；
邏輯地址:邏輯端口號——套接字(Socket)
能夠界定特定主機上的特定應用程序服務進程：
TCP協議：
1.面向連接：
1)通信開始之前，必須先建立通信雙方主機之間的TCP通信連接；
2)在整個通信過程中，必須維持通信雙方主機之間的TCP通信連接的穩定性；
3)在通信結束之後，必須先拆除通信雙方主機之間已建立的TCP通信連接
TCP協議建立連接的過程：三次握手
a)通信請求發起方，創建一個無數據報文，將其中的SYN標誌位 置1；
b)接收方在收到建立連接的請求之後，根據該報文的目標端口號判斷本地是否有監聽此套接字的進程；如果有，即返回確認消息；創建一個無數據報文，將其中的ACK標誌位 置1，同時將SYNC標誌位 置1，用戶向對方請求建立同步連接；
c)通信請求發起方，在創建一個無數據報文，將其中的ACK標誌位 置1；
TCP協議拆除連接的過程：四次揮手
a)由任何一方，在數據傳輸結束之後，向另一方發送一個自己創建的無數據報文，其中FIN標誌位 置1；
b)收到連接斷開請求的一方，會對此請求信息予以確認，創建一個無數據報文，其中ACK標誌位 置1；
c)此前收到連接斷開請求的一方，會再次創建一個無數據報文，將其中的FIN標誌位 置1，向對方請求斷開連接；
d)對方在收到此請求報文之後，在創建一個無數據報文，將其中的ACK標誌位 置1；確認斷開連接的請求；
TCP協議的有限狀態機(TCP FSM)
客戶端：
客戶端的狀態可以用如下的流程來表示：
服務器：
服務器的狀態可以用如下的流程來表示：
TCP協議首部：
第一行：
第一字段：源端口號，16bits；
第二字段：目標端口號，16bits；可與手動指定，可以通過 /etc/services文件判斷自動解析應用層協議獲得；
第二行：
序列號：TCP協議將大數據報文分段的順序編號，取值範圍0~2^32-2；默認情況下，第一個數據段的序列號為隨機選擇，以後的數據段的序列號通過計算得到；
第一段：隨機產生
後續其他數據段：前一數據段的數據段序列號 + 前一數據段的數據部分大小 + 1；
第三行：
確認號(下一段的序列號)：
接收到的最後一個數據段的下一個數據段的序列號；取值範圍1~2^32-1
第四行：
第一字段：4bits報文首部長度，通常報文首部長度為24Bytes-60Bytes；
第二字段：標誌位；12bits
前三位：保留位；
4-6位：特殊標誌位；
URG：緊急指針標誌位；優先轉發標誌位；URG置1，後面的16bits的緊急指針才能生效；
ACK：確認標誌位；保證數據傳輸可靠性；
PSH：推進標誌位；
RST：重置標誌位；
SYN：同步標誌位；三次握手建立連接時必選的標誌位；
FIN：結束標誌位；四次揮手拆除連接時必選的標誌位；
第三字段：窗口大小16bits；一次並發傳輸的數據段的數量；
第五行：
第一字段：數據段校驗和，16bits，保證數據的完整性；
第二字段：緊急指針，16bits，在URG標誌位 置1，那個數據段更緊急；
第六行：
選項：TCP協議分段的標準；TCP協議的數據分段時間戳；...
TCP協議的確認機制：
1.發送方在接受哦到接收方返回的確認數據之前，不會繼續發送後續的數據段；
2.在指定的時間內，發送方沒有接收到接收方返回的確認數據，則重新發送此前發送的數據段；
數據傳輸過程：
發送方打算把應用數據發送給接收方：
1.講給出的主機名解析為此次通信的目標主機ip地址：
2.將應用層協議解析為傳輸層協議+傳輸層端口號的組合(套接字)，進而完成傳輸層封裝；
3.如果傳輸層使用TCP協議，則還需要為TCP協議通信建立通信連接；
4.如果需要建立TCP連接，必須能夠在網絡層正確封裝IP地址以及在數據鏈路層正確封裝MAC地址；
5.在ARP緩存中，如果麽沒有對應的目標IP地址條目信息，則需要廣播ARP解析目標主機地址；
6.解析獲得目標主機的MAC地址後，則可以通過三次握手建立TCP連接；
7.為應用層應用程序提供數據發送；
8.在數據傳輸完成之後，需要拆除TCP連接；
子網掩碼(Netmask)
組成：32bits二進制組成，與IPv4的地址位數相同；以點分十進制進行表示；
作用：標識IPv4地址中的網絡部分和主機部分各占多少個二進制位；凡是網絡部分就用"1"表示，
凡是主機部分，就用"0"表示；
A類地址的標準子網掩碼：255.0.0.0
B類地址的標準子網掩碼：255.255.0.0
C類地址的標準子網掩碼：255.255.255.0
將IPv4的地址與其相對應的子網掩碼做邏輯就與運算，得到的而結果時候：
該IPv4地址所屬的網絡範圍；
網絡地址：主機位全都是"0"的IP地址；也被稱為網絡名稱；也可以稱為邏輯網段；
定向廣播地址：主機位全都是"1"的IP地址；在特定的邏輯網段中能夠被應用的廣播地址；
以上兩個地址，通常是不能分配給主機使用的；
在一個邏輯網段中，主機位全"0"和主機位全"1"的地址，必須排除在可以使用地址範圍之外；
172.16.72.1 255.255.0.0 --> 172.16.0.0
子網掩碼的標識方法：
1.全掩碼表示：172.16.72.1/255.255.0.0
2.前綴表示法：172.16.72./16
192.168.0.1/16 CIDR，Classless Inter-Domain Routing，無類域間路由；
10.1.1.1/28 變長子網掩碼；
結論：
主機通過將自身的IP地址和目標主機的IP地址分別於自己的子網掩碼進行邏輯與運算，
最終得到的結果就是兩臺主機的邏輯網絡地址；
然後將此二結果進行比較，如果相同，則表示此二主機在同一邏輯網絡範圍之內，
因此可以直接使用ARP協議獲取對方的MAC地址，從而實現通信；如果不相同，
則意味著此二主機在不同的邏輯網絡範圍之中，於是必須借助於網關才能實現二主機的相同通信；
網關：可以理解為一個邏輯網絡的門戶，或者是出入口；現在多使用路由器充當網關設備；
註意：一旦數據傳輸經過網關等路由設備，則其數據鏈路層的封裝格式會徹底改變；
即：重新封裝數據的源MAC地址及目的MAC地址；
對於主機來說，在一次通信的過程中，
需要使用配置在自身網絡設備接口上的子網掩碼判斷主機與自身IP地址是否在同一邏輯網段；
對於路由器來說，需要利用路由表中路由條目上個所攜帶的子網掩碼，
來判斷目標主機所 在的網絡地址，是否存在於本地路由表中，
如果有，則按紮奧路由表指示進行轉發；否則直接丟棄不予轉發；
物理地址：在交換機中進行通信的，
以太網地址，MAC地址；
功能：真正的用於本地通信的地址；
使用範圍：本地局域網內部且不跨路由設備；
邏輯地址：（IP地址）
在TCP/IP協議棧中，邏輯地址被定義為IP地址；
功能：界定主機到主機的通信地址：點到點通信；邏輯地址僅用於主機定位，不用於真正的通信；
使用範圍：全球互聯網；
邏輯端口號：（確定每個進程的標識符）
在TCP/IP協議棧中
功能：界定進程到進程的通信；
邏輯端口號的組成：
0：特殊端口號，不做定義；
1-1023：固定服務端口（一般用於服務器端）；
FTP：20/TCP，21/TCP
SSH：22/TCP
Telnet：23/TCP
SMTP：25/TCP
DNS：53/TCP,53/UDP
DHCP：
DHCPS：67/UDP
DHCPC：68/UDP
HTTP: 80TCP
POP3: 110/TCP
IMAP4: 143/TCP
SNMP: 161/UDP,162/UDP
HTTPS: 443/TCP
1024-45121：半固定服務端口；也可以稱為註冊端口（一般用於本地）；
mysql：3306/TCP
Tomcat：8080/TCP，8009/TCP，8005/TCP，8040/TCP
Memcached：11211/TCP
其余端口：可自由分配使用的端口號；
邏輯地址:邏輯端口號——套接字(Socket)
能夠界定特定主機上的特定應用程序服務進程：
TCP協議：
1.面向連接：
1)通信開始之前，必須先建立通信雙方主機之間的TCP通信連接；
2)在整個通信過程中，必須維持通信雙方主機之間的TCP通信連接的穩定性；
3)在通信結束之後，必須先拆除通信雙方主機之間已建立的TCP通信連接
TCP協議建立連接的過程：三次握手
a)通信請求發起方，創建一個無數據報文，將其中的SYN標誌位 置1；
b)接收方在收到建立連接的請求之後，根據該報文的目標端口號判斷本地是否有監聽此套接字的進程；如果有，即返回確認消息；創建一個無數據報文，將其中的ACK標誌位 置1，同時將SYNC標誌位 置1，用戶向對方請求建立同步連接；
c)通信請求發起方，在創建一個無數據報文，將其中的ACK標誌位 置1；
TCP協議拆除連接的過程：四次揮手
a)由任何一方，在數據傳輸結束之後，向另一方發送一個自己創建的無數據報文，其中FIN標誌位 置1；
b)收到連接斷開請求的一方，會對此請求信息予以確認，創建一個無數據報文，其中ACK標誌位 置1；
c)此前收到連接斷開請求的一方，會再次創建一個無數據報文，將其中的FIN標誌位 置1，向對方請求斷開連接；
d)對方在收到此請求報文之後，在創建一個無數據報文，將其中的ACK標誌位 置1；確認斷開連接的請求；
TCP協議的有限狀態機(TCP FSM)
客戶端：
客戶端的狀態可以用如下的流程來表示：
服務器：
服務器的狀態可以用如下的流程來表示：
TCP協議首部：
第一行：
第一字段：源端口號，16bits；
第二字段：目標端口號，16bits；可與手動指定，可以通過 /etc/services文件判斷自動解析應用層協議獲得；
第二行：
序列號：TCP協議將大數據報文分段的順序編號，取值範圍0~2^32-2；默認情況下，第一個數據段的序列號為隨機選擇，以後的數據段的序列號通過計算得到；
第一段：隨機產生
後續其他數據段：前一數據段的數據段序列號 + 前一數據段的數據部分大小 + 1；
第三行：
確認號(下一段的序列號)：
接收到的最後一個數據段的下一個數據段的序列號；取值範圍1~2^32-1
第四行：
第一字段：4bits報文首部長度，通常報文首部長度為24Bytes-60Bytes；
第二字段：標誌位；12bits
前三位：保留位；
4-6位：特殊標誌位；
URG：緊急指針標誌位；優先轉發標誌位；URG置1，後面的16bits的緊急指針才能生效；
ACK：確認標誌位；保證數據傳輸可靠性；
PSH：推進標誌位；
RST：重置標誌位；
SYN：同步標誌位；三次握手建立連接時必選的標誌位；
FIN：結束標誌位；四次揮手拆除連接時必選的標誌位；
第三字段：窗口大小16bits；一次並發傳輸的數據段的數量；
第五行：
第一字段：數據段校驗和，16bits，保證數據的完整性；
第二字段：緊急指針，16bits，在URG標誌位 置1，那個數據段更緊急；
第六行：
選項：TCP協議分段的標準；TCP協議的數據分段時間戳；...
TCP協議的確認機制：
1.發送方在接受哦到接收方返回的確認數據之前，不會繼續發送後續的數據段；
2.在指定的時間內，發送方沒有接收到接收方返回的確認數據，則重新發送此前發送的數據段；
數據傳輸過程：
發送方打算把應用數據發送給接收方：
1.講給出的主機名解析為此次通信的目標主機ip地址：
2.將應用層協議解析為傳輸層協議+傳輸層端口號的組合(套接字)，進而完成傳輸層封裝；
3.如果傳輸層使用TCP協議，則還需要為TCP協議通信建立通信連接；
4.如果需要建立TCP連接，必須能夠在網絡層正確封裝IP地址以及在數據鏈路層正確封裝MAC地址；
5.在ARP緩存中，如果麽沒有對應的目標IP地址條目信息，則需要廣播ARP解析目標主機地址；
6.解析獲得目標主機的MAC地址後，則可以通過三次握手建立TCP連接；
7.為應用層應用程序提供數據發送；
8.在數據傳輸完成之後，需要拆除TCP連接；
子網掩碼(Netmask)
組成：32bits二進制組成，與IPv4的地址位數相同；以點分十進制進行表示；
作用：標識IPv4地址中的網絡部分和主機部分各占多少個二進制位；凡是網絡部分就用"1"表示，
凡是主機部分，就用"0"表示；
A類地址的標準子網掩碼：255.0.0.0
B類地址的標準子網掩碼：255.255.0.0
C類地址的標準子網掩碼：255.255.255.0
將IPv4的地址與其相對應的子網掩碼做邏輯就與運算，得到的而結果時候：
該IPv4地址所屬的網絡範圍；
網絡地址：主機位全都是"0"的IP地址；也被稱為網絡名稱；也可以稱為邏輯網段；
定向廣播地址：主機位全都是"1"的IP地址；在特定的邏輯網段中能夠被應用的廣播地址；
以上兩個地址，通常是不能分配給主機使用的；
在一個邏輯網段中，主機位全"0"和主機位全"1"的地址，必須排除在可以使用地址範圍之外；
172.16.72.1 255.255.0.0 --> 172.16.0.0
子網掩碼的標識方法：
1.全掩碼表示：172.16.72.1/255.255.0.0
2.前綴表示法：172.16.72./16
192.168.0.1/16 CIDR，Classless Inter-Domain Routing，無類域間路由；
10.1.1.1/28 變長子網掩碼；
結論：
主機通過將自身的IP地址和目標主機的IP地址分別於自己的子網掩碼進行邏輯與運算，
最終得到的結果就是兩臺主機的邏輯網絡地址；
然後將此二結果進行比較，如果相同，則表示此二主機在同一邏輯網絡範圍之內，
因此可以直接使用ARP協議獲取對方的MAC地址，從而實現通信；如果不相同，
則意味著此二主機在不同的邏輯網絡範圍之中，於是必須借助於網關才能實現二主機的相同通信；
網關：可以理解為一個邏輯網絡的門戶，或者是出入口；現在多使用路由器充當網關設備；
註意：一旦數據傳輸經過網關等路由設備，則其數據鏈路層的封裝格式會徹底改變；
即：重新封裝數據的源MAC地址及目的MAC地址；
對於主機來說，在一次通信的過程中，
需要使用配置在自身網絡設備接口上的子網掩碼判斷主機與自身IP地址是否在同一邏輯網段；
對於路由器來說，需要利用路由表中路由條目上個所攜帶的子網掩碼，
來判斷目標主機所 在的網絡地址，是否存在於本地路由表中，
如果有，則按紮奧路由表指示進行轉發；否則直接丟棄不予轉發；
網絡基礎之TCP/IP協議