计算机网络协议详解（一）

文章目录

- 🔥计算机网络通信
- 🔥TCP/IP协议群
- 🔥TCP协议传输特点
- 🔥服务端口
- 🔥数据包与处理流程

🔥计算机网络通信

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什么是通信协议

简单来说，通信协议就是计算机之间通过网络实现通信时事先达成的一种“约定”；这种“约定”使那些由不同厂商的设备，不同CPU及不同操作系统组成的计算机之间，只要遵循相同的协议就可以实现通信。

协议可以分很多种，每一种协议都明确界定了它的行为规范：2台计算机之间必须能够支持相同的协议，并且遵循相同的协议进行处理，才能实现相互通信。

协议的标准化

计算机通信诞生之初，系统化与标准化未收到重视，不同厂商只出产各自的网络来实现通信，这样就造成了对用户使用计算机网络造成了很大障碍，缺乏灵活性和可扩展性。为解决该问题，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了“开放系统互联参考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/ReferenceModel）。它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：物理层（Physics Layer）、数据链路层（Data LinkLayer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation
Layer）、应用层（Application Layer）。
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除了标准的OSI七层模型以外，常见的网络层次划分还有TCP/IP四层协议以及TCP/IP五层协议，它们之间的对应关系如下图所示：
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🔥TCP/IP协议群

什么是TCP/IP协议群
从字面意义上讲，有人可能会认为 TCP/IP 是指 TCP 和 IP 两种协议。实际生活当中有时也确实就是指这两种协议。然而在很多情况下，它只是利用 IP 进行通信时所必须用到的协议群的统称。具体来说，IP 或 ICMP、TCP 或 UDP、TELNET 或 FTP、以及 HTTP 等都属于 TCP/IP 协议。他们与 TCP 或 IP 的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。TCP/IP 一词泛指这些协议，因此，有时也称 TCP/IP为网络协议群。
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什么是应用协议
应用协议是定义了运行在不同系统上的应用程序进程如何相互传递报文的协议。
常见的应用协议：
① FTP协议
文件传输协议（File Transfer Protocol）。是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，它工作在 OSI 模型的第七层， TCP模型的第四层，即应用层，FTP允许用户以文件操作的方式（如文件的增、删、改、查、传送等）与另一主机相互通信。
② HTTP协议
一个简单的请求-响应协议，它通常运行在TCP之上。它指定了客户端可能发送给服务器什么样的消息以及得到什么样的响应。
③ DNS协议
DNS（Domain Name System，域名系统），万维网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接知读取的IP地址。
④ SNMP协议
简单网络管理协议。专门设计用于在 IP 网络管理网络节点（服务器、工作站、路由器、交换机及HUBS等）的一种标准协议，它是一种应用层协议。

什么是传输协议
传输层提供了进程间的逻辑通信，传输层向高层用户屏蔽了下面网络层的核心细节，使应用程序看起来像是在两个传输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

① TCP协议
TCP：(Transmission Control Protocol)传输控制协议，TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层（Transport layer）通信协议。TCP 为提供可靠性传输，实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制（流量控制）”、“拥塞控制”、提高网络利用率等众多功能。
② UDP协议
UDP：(User Datagram Protocol)的简称，是不具有可靠性的数据报文协议。虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。

TCP与UDP比较
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TCP 和 UDP 的优缺点无法简单地、绝对地去做比较：TCP 用于在传输层有必要实现可靠传输的情况；UDP 主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。TCP 和 UDP 应该根据应用的目的按需使用。

什么是网际协议
网际协议是一个网络层协议，它包含寻址信息和控制信息，可使数据包在网络中路由。

① IP协议
IP协议（Internet Protocol网际互连协议），它主要是完成两个任务，一个是寻找地址，第二个是管理分割数据片。

② ICMP协议
ICMP 的主要功能包括，确认 IP 包是否成功送达目标地址，通知在发送过程当中 IP 包被废弃的具体原因，改善网络设置等。

③ ARP协议
ARP协议(Address Resolution Protocol，地址解析协议)是一个位于TCP/IP协议群中的网络层，负责将某个IP地址解析成对应的MAC地址。主机将包含目标IP地址信息的ARP请求广播到网络中的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标IP地址的物理地址。

🔥TCP协议传输特点

TCP是一个可靠的传输协议，在创建连接时会经历三次握手，在断开连接时会经历四次挥手。TCP 三次握手，其实就是 TCP 应用在发送数据前，通过 TCP 协议跟通信对方协商好连接信息，建立起TCP的连接关系。

建立连接的三次握手

所谓三次握手是指建立一个 TCP 连接时需要客户端和服务器端总共发送三个包以确认连接的建立。
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TCP建立连接时要传输三个数据包，俗称三次握手（Three-wayHandshaking）。可以形象的比喻为下面的对话：
设备A：“你好，设备B，我这里有数据要传送给你，建立连接吧。”
设备B：“好的，我这边已准备就绪。”
设备A：“谢谢你受理我的请求。”

● 第一次握手：客户端发送 SYN报文，并进入SYN_SENT状态，等待服务器的确认；
● 第二次握手：服务器收到 SYN报文，需要给客户端发送 ACK 确认报文，同时服务器也要向客户端发送一个 SYN 报文，所以也就是向客户端发送 SYN + ACK 报文，此时服务器进入SYN_RCVD状态；
● 第三次握手：客户端收到 SYN + ACK报文，向服务器发送确认包，客户端进入 ESTABLISHED 状态。待服务器收到客户端发送的 ACK 包也会进入 ESTABLISHED状态，完成三次握手。

断开连接的四次挥手
四次挥手即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。当我们的应用程序不需要数据通信了，就会发起断开 TCP 连接。建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接需要经过四次挥手。
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断开连接需要四次握手，可以形象的比喻为下面的对话：
设备A：“任务处理完毕，我希望断开连接。”
设备B：“哦，是吗？请稍等，我准备一下。”
等待片刻后……
设备B：“我准备好了，可以断开连接了。”
设备A：“好的，谢谢合作。”

● 第一次挥手。客户端发起 FIN包（FIN = 1）,客户端进入FIN_WAIT_1 状态。TCP 规定，即使 FIN包不携带数据，也要消耗一个序号。
● 第二次挥手。服务器端收到 FIN包，发出确认包 ACK（ack = u +1），并带上自己的序号 seq=v，服务器端进入了 CLOSE_WAIT状态。这个时候客户端已经没有数据要发送了，不过服务器端有数据发送的话，客户端依然需要接收。客户端接收到服务器端发送的 ACK后，进入了FIN_WAIT_2状态。
● 第三次挥手。服务器端数据发送完毕后，向客户端发送FIN包（seq=w ack=u+1），半连接状态下服务器可能又发送了一些数据，假设发送 seq 为 w。服务器此时进入了 LAST_ACK状态。
● 第四次挥手。客户端收到服务器的 FIN包后，发出确认包（ACK=1，ack=w+1），此时客户端就进入了TIME_WAIT状态。注意此时 TCP 连接还没有释放，必须经过2*MSL后，才进入CLOSED状态。而服务器端收到客户端的确认包ACK后就进入了CLOSED状态，可以看出服务器端结束 TCP 连接的时间要比客户端早一些。