為什么會有TCP/IP協(xié)議
在世界上各地，各種各樣的電腦運(yùn)行著各自不同的操作系統(tǒng)為大家服務(wù)，這些電腦在表達(dá)同一種信息的時候所使用的方法是千差萬別。就好像圣經(jīng)中上帝打亂了各地人的口音，讓他們無法合作一樣。計算機(jī)使用者意識到，計算機(jī)只是單兵作戰(zhàn)并不會發(fā)揮太大的作用。只有把它們聯(lián)合起來，電腦才會發(fā)揮出它最大的潛力。于是人們就想方設(shè)法的用電線把電腦連接到了一起。
但是簡單的連到一起是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，就好像語言不同的兩個人互相見了面，完全不能交流信息。因而他們需要定義一些共通的東西來進(jìn)行交流，TCP/IP就是為此而生。TCP/IP不是一個協(xié)議，而是一個協(xié)議族的統(tǒng)稱。里面包括了IP協(xié)議，IMCP協(xié)議，TCP協(xié)議，以及我們更加熟悉的http、ftp、pop3協(xié)議等等。電腦有了這些，就好像學(xué)會了外語一樣，就可以和其他的計算機(jī)終端做自由的交流了。
TCP/IP協(xié)議分層
TCP/IP協(xié)議族按照層次由上到下，層層包裝。
應(yīng)用層:
向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序，比如電子郵件、文件傳輸訪問、遠(yuǎn)程登錄等。遠(yuǎn)程登錄使用協(xié)議提供在網(wǎng)絡(luò)其它主機(jī)上注冊的接口。會話提供了基于字符的虛擬終端。文件傳輸訪問FTP使用FTP協(xié)議來提供網(wǎng)絡(luò)內(nèi)機(jī)器間的文件拷貝功能。
傳輸層:
提供應(yīng)用程序間的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠傳輸。為實現(xiàn)后者，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收端必須發(fā)回確認(rèn)，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送。
網(wǎng)絡(luò)層 ：
負(fù)責(zé)相鄰計算機(jī)之間的通信。其功能包括三方面。
一、處理來自傳輸層的分組發(fā)送請求，收到請求后，將分組裝入IP數(shù)據(jù)報，填充報頭，選擇去往信宿機(jī)的路徑，然后將數(shù)據(jù)報發(fā)往適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。
二、處理輸入數(shù)據(jù)報：首先檢查其合法性，然后進(jìn)行尋徑--假如該數(shù)據(jù)報已到達(dá)信宿機(jī)，則去掉報頭，將剩下部分交給適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議；假如該數(shù)據(jù)報尚未到達(dá)信宿，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報。
三、處理路徑、流控、擁塞等問題。
網(wǎng)絡(luò)接口層：
這是TCP/IP軟件的最低層，負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)報并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送之，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出IP數(shù)據(jù)報，交給IP層。
IP 是無連接的
IP 用于計算機(jī)之間的通信。
IP 是無連接的通信協(xié)議。它不會占用兩個正在通信的計算機(jī)之間的通信線路。這樣，IP 就降低了對網(wǎng)絡(luò)線路的需求。每條線可以同時滿足許多不同的計算機(jī)之間的通信需要。
通過 IP，消息（或者其他數(shù)據(jù)）被分割為小的獨(dú)立的包，并通過因特網(wǎng)在計算機(jī)之間傳送。
IP 負(fù)責(zé)將每個包路由至它的目的地。
IP地址
每個計算機(jī)必須有一個 IP 地址才能夠連入因特網(wǎng)。
每個 IP 包必須有一個地址才能夠發(fā)送到另一臺計算機(jī)。
網(wǎng)絡(luò)上每一個節(jié)點(diǎn)都必須有一個獨(dú)立的地址（也叫做IP地址）。現(xiàn)在，通常使用的IP地址是一個32bit的數(shù)字，也就是我們常說的IPv4標(biāo)準(zhǔn)，這32bit的數(shù)字分成四組，也就是常見的255.255.255.255的樣式。IPv4標(biāo)準(zhǔn)上，地址被分為五類，我們常用的是B類地址。具體的分類請參考其他文檔。需要注意的是IP地址是網(wǎng)絡(luò)號+主機(jī)號的組合，這非常重要。
CP/IP 使用 32 個比特來編址。一個計算機(jī)字節(jié)是 8 比特。所以 TCP/IP 使用了 4 個字節(jié)。
一個計算機(jī)字節(jié)可以包含 256 個不同的值：
、、、、、、、、 ....... 直到 。
現(xiàn)在，你知道了為什么 TCP/IP 地址是介于 0 到 255 之間的 4 個數(shù)字。
TCP 使用固定的連接
TCP 用于應(yīng)用程序之間的通信。
當(dāng)應(yīng)用程序希望通過 TCP 與另一個應(yīng)用程序通信時，它會發(fā)送一個通信請求。這個請求必須被送到一個確切的地址。在雙方“握手”之后，TCP 將在兩個應(yīng)用程序之間建立一個全雙工 (full-) 的通信。
這個全雙工的通信將占用兩個計算機(jī)之間的通信線路，直到它被一方或雙方關(guān)閉為止。
UDP 和 TCP 很相似，但是更簡單，同時可靠性低于 TCP。
IP 路由器
當(dāng)一個 IP 包從一臺計算機(jī)被發(fā)送，它會到達(dá)一個 IP 路由器。
IP 路由器負(fù)責(zé)將這個包路由至它的目的地，直接地或者通過其他的路由器。
在一個相同的通信中，一個包所經(jīng)由的路徑可能會和其他的包不同。而路由器負(fù)責(zé)根據(jù)通信量、網(wǎng)絡(luò)中的錯誤或者其他參數(shù)來進(jìn)行正確地尋址。
域名
12 個阿拉伯?dāng)?shù)字很難記憶。使用一個名稱更容易。
用于 TCP/IP 地址的名字被稱為域名。 就是一個域名。
當(dāng)你鍵入一個像 這樣的域名，域名會被一種 DNS 程序翻譯為數(shù)字。
在全世界，數(shù)量龐大的 DNS 服務(wù)器被連入因特網(wǎng)。DNS 服務(wù)器負(fù)責(zé)將域名翻譯為 TCP/IP 地址，同時負(fù)責(zé)使用新的域名信息更新彼此的系統(tǒng)。
當(dāng)一個新的域名連同其 TCP/IP 地址一同注冊后，全世界的 DNS 服務(wù)器都會對此信息進(jìn)行更新。
TCP/IP
TCP/IP 意味著 TCP 和 IP 在一起協(xié)同工作。
TCP 負(fù)責(zé)應(yīng)用軟件（比如你的瀏覽器）和網(wǎng)絡(luò)軟件之間的通信。
IP 負(fù)責(zé)計算機(jī)之間的通信。
TCP 負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分割并裝入 IP 包，然后在它們到達(dá)的時候重新組合它們。
IP 負(fù)責(zé)將包發(fā)送至接受者。
TCP報文格式
TCP報文格式1.jpg
16位源端口號：16位的源端口中包含初始化通信的端口。源端口和源IP地址的作用是標(biāo)識報文的返回地址。
16位目的端口號：16位的目的端口域定義傳輸?shù)哪康摹＿@個端口指明報文接收計算機(jī)上的應(yīng)用程序地址接口。
32位序號：32位的序列號由接收端計算機(jī)使用，重新分段的報文成最初形式。當(dāng)SYN出現(xiàn)，序列碼實際上是初始序列碼（ ，ISN），而第一個數(shù)據(jù)字節(jié)是ISN+1。這個序列號（序列碼）可用來補(bǔ)償傳輸中的不一致。
32位確認(rèn)序號：32位的序列號由接收端計算機(jī)使用，重組分段的報文成最初形式。如果設(shè)置了ACK控制位，這個值表示一個準(zhǔn)備接收的包的序列碼。
4位首部長度：4位包括TCP頭大小，指示何處數(shù)據(jù)開始。
保留（6位）：6位值域，這些位必須是0。為了將來定義新的用途而保留。
標(biāo)志：6位標(biāo)志域。表示為：緊急標(biāo)志、有意義的應(yīng)答標(biāo)志、推、重置連接標(biāo)志、同步序列號標(biāo)志、完成發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志。按照順序排列是：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。
16位窗口大小：用來表示想收到的每個TCP數(shù)據(jù)段的大小。TCP的流量控制由連接的每一端通過聲明的窗口大小來提供。窗口大小為字節(jié)數(shù)，起始于確認(rèn)序號字段指明的值，這個值是接收端正期望接收的字節(jié)。窗口大小是一個16字節(jié)字段，因而窗口大小最大為65535字節(jié)。
16位校驗和：16位TCP頭。源機(jī)器基于數(shù)據(jù)內(nèi)容計算一個數(shù)值，收信息機(jī)要與源機(jī)器數(shù)值 結(jié)果完全一樣，從而證明數(shù)據(jù)的有效性。檢驗和覆蓋了整個的TCP報文段：這是一個強(qiáng)制性的字段，一定是由發(fā)送端計算和存儲，并由接收端進(jìn)行驗證的。
16位緊急指針：指向后面是優(yōu)先數(shù)據(jù)的字節(jié)，在URG標(biāo)志設(shè)置了時才有效。如果URG標(biāo)志沒有被設(shè)置，緊急域作為填充。加快處理標(biāo)示為緊急的數(shù)據(jù)段。
選項：長度不定，但長度必須為1個字節(jié)。如果沒有選項就表示這個1字節(jié)的域等于0。
數(shù)據(jù)：該TCP協(xié)議包負(fù)載的數(shù)據(jù)。
在上述字段中，6位標(biāo)志域的各個選項功能如下。
URG：緊急標(biāo)志。緊急標(biāo)志為"1"表明該位有效。
ACK：確認(rèn)標(biāo)志。表明確認(rèn)編號欄有效。大多數(shù)情況下該標(biāo)志位是置位的。TCP報頭內(nèi)的確認(rèn)編號欄內(nèi)包含的確認(rèn)編號（w+1）為下一個預(yù)期的序列編號，同時提示遠(yuǎn)端系統(tǒng)已經(jīng)成功接收所有數(shù)據(jù)。
PSH：推標(biāo)志。該標(biāo)志置位時，接收端不將該數(shù)據(jù)進(jìn)行隊列處理，而是盡可能快地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)由應(yīng)用處理。在處理或等交互模式的連接時，該標(biāo)志總是置位的。
RST：復(fù)位標(biāo)志。用于復(fù)位相應(yīng)的TCP連接。
SYN：同步標(biāo)志。表明同步序列編號欄有效。該標(biāo)志僅在三次握手建立TCP連接時有效。它提示TCP連接的服務(wù)端檢查序列編號，該序列編號為TCP連接初始端（一般是客戶端）的初始序列編號。在這里，可以把TCP序列編號看作是一個范圍從0到4，294，967，295的32位計數(shù)器。通過TCP連接交換的數(shù)據(jù)中每一個字節(jié)都經(jīng)過序列編號。在TCP報頭中的序列編號欄包括了TCP分段中第一個字節(jié)的序列編號。
FIN：結(jié)束標(biāo)志。
TCP三次握手
所謂三次握手（Three-Way ）即建立TCP連接，就是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送3個包以確認(rèn)連接的建立。在編程中，這一過程由客戶端執(zhí)行來觸發(fā)，整個流程如下圖所示：
TCP三次握手.png
（1）第一次握手：將標(biāo)志位SYN置為1，隨機(jī)產(chǎn)生一個值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給，進(jìn)入狀態(tài)，等待確認(rèn)。
（2）第二次握手：收到數(shù)據(jù)包后由標(biāo)志位SYN=1知道請求建立連接，將標(biāo)志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機(jī)產(chǎn)生一個值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給以確認(rèn)連接請求，進(jìn)入狀態(tài)。
（3）第三次握手：收到確認(rèn)后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標(biāo)志位ACK置為1，ack=K+1，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給，檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，和進(jìn)入狀態(tài)，完成三次握手，隨后與之間可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。
簡單來說，就是
1、建立連接時，客戶端發(fā)送SYN包（SYN=i）到服務(wù)器，并進(jìn)入到SYN-SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)
2、服務(wù)器收到SYN包，必須確認(rèn)客戶的SYN（ack=i+1）,同時自己也發(fā)送一個SYN包（SYN=k）,即SYN+ACK包，此時服務(wù)器進(jìn)入SYN-RECV狀態(tài)
3、客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)報ACK（ack=k+1）,此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入狀態(tài)，完成三次握手，客戶端與服務(wù)器開始傳送數(shù)據(jù)。
SYN攻擊：
在三次握手過程中，發(fā)送SYN-ACK之后，收到的ACK之前的TCP連接稱為半連接（half-open ），此時處于狀態(tài)，當(dāng)收到ACK后，轉(zhuǎn)入狀態(tài)。SYN攻擊就是在短時間內(nèi)偽造大量不存在的IP地址，并向不斷地發(fā)送SYN包，回復(fù)確認(rèn)包，并等待的確認(rèn)，由于源地址是不存在的tcp數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，因此，需要不斷重發(fā)直至超時，這些偽造的SYN包將產(chǎn)時間占用未連接隊列，導(dǎo)致正常的SYN請求因為隊列滿而被丟棄，從而引起網(wǎng)絡(luò)堵塞甚至系統(tǒng)癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊的方式非常簡單，即當(dāng)上有大量半連接狀態(tài)且源IP地址是隨機(jī)的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令可以讓之現(xiàn)行：
# -nap | grep
TCP四次揮手
所謂四次揮手（Four-Way ）即終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送4個包以確認(rèn)連接的斷開。在編程中，這一過程由客戶端或服務(wù)端任一方執(zhí)行close來觸發(fā)，整個流程如下圖所示：
TCP四次揮手.png
由于TCP連接時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉，這一原則是當(dāng)一方完成數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后，發(fā)送一個FIN來終止這一方向的連接，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動了，即不會再收到數(shù)據(jù)了，但是在這個TCP連接上仍然能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，直到這一方向也發(fā)送了FIN。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動關(guān)閉，而另一方則執(zhí)行被動關(guān)閉，上圖描述的即是如此。
（1）第一次揮手：發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉到的數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)入狀態(tài)。
（2）第二次揮手：收到FIN后，發(fā)送一個ACK給，確認(rèn)序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號），進(jìn)入狀態(tài)。
（3）第三次揮手：發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉到的數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)入狀態(tài)。
（4）第四次揮手：收到FIN后，進(jìn)入狀態(tài)，接著發(fā)送一個ACK給，確認(rèn)序號為收到序號+1，進(jìn)入狀態(tài)，完成四次揮手。
為什么建立連接是三次握手，而關(guān)閉連接卻是四次揮手呢？
這是因為服務(wù)端在狀態(tài)下，收到建立連接請求的SYN報文后，把ACK和SYN放在一個報文里發(fā)送給客戶端。而關(guān)閉連接時，當(dāng)收到對方的FIN報文時tcp數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，僅僅表示對方不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還能接收數(shù)據(jù)，己方也未必全部數(shù)據(jù)都發(fā)送給對方了，所以己方可以立即close，也可以發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對方后，再發(fā)送FIN報文給對方來表示同意現(xiàn)在關(guān)閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會分開發(fā)送。
為什么狀態(tài)需要經(jīng)過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態(tài)？
原因有二：
一、保證TCP協(xié)議的全雙工連接能夠可靠關(guān)閉
二、保證這次連接的重復(fù)數(shù)據(jù)段從網(wǎng)絡(luò)中消失
先說第一點(diǎn)，如果直接了，那么由于IP協(xié)議的不可靠性或者是其它網(wǎng)絡(luò)原因，導(dǎo)致沒有收到最后回復(fù)的ACK。那么就會在超時之后繼續(xù)發(fā)送FIN，此時由于已經(jīng)了，就找不到與重發(fā)的FIN對應(yīng)的連接，最后就會收到RST而不是ACK，就會以為是連接錯誤把問題報告給高層。這樣的情況雖然不會造成數(shù)據(jù)丟失，但是卻導(dǎo)致TCP協(xié)議不符合可靠連接的要求。所以，不是直接進(jìn)入，而是要保持，當(dāng)再次收到FIN的時候，能夠保證對方收到ACK，最后正確的關(guān)閉連接。
再說第二點(diǎn)，如果直接，然后又再向發(fā)起一個新連接，我們不能保證這個新連接與剛關(guān)閉的連接的端口號是不同的。也就是說有可能新連接和老連接的端口號是相同的。一般來說不會發(fā)生什么問題，但是還是有特殊情況出現(xiàn)：假設(shè)新連接和已經(jīng)關(guān)閉的老連接端口號是一樣的，如果前一次連接的某些數(shù)據(jù)仍然滯留在網(wǎng)絡(luò)中，這些延遲數(shù)據(jù)在建立新連接之后才到達(dá)，由于新連接和老連接的端口號是一樣的，又因為TCP協(xié)議判斷不同連接的依據(jù)是 pair，于是，TCP協(xié)議就認(rèn)為那個延遲的數(shù)據(jù)是屬于新連接的，這樣就和真正的新連接的數(shù)據(jù)包發(fā)生混淆了。所以TCP連接還要在狀態(tài)等待2倍MSL，這樣可以保證本次連接的所有數(shù)據(jù)都從網(wǎng)絡(luò)中消失。