TCP/IP 协议详解内容总结

TCP/IP协议

TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称。里面包括IP协议、IMCP协议、TCP协议。

TCP/IP分层：

这里有几个需要注意的知识点：

• 互联网地址：也就是IP地址，一般为网络号+子网号+主机号
• 域名系统：通俗的来说，就是一个数据库，可以将主机名转换成IP地址
• RFC：TCP/IP协议的标准文档
• 端口号：一个逻辑号码，IP包所带有的标记
• Socket：应用编程接口

数据链路层的工作特性：

• 为IP模块发送和接收IP数据报
• 为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答（ARP：地址解析协议，将IP地址转换成MAC地址）
• 为RARP发送RARP请求和接收RARP应答

    ip大家都听说过。至于ARP和RARP，ARP叫做地址解析协议，是用IP地址换MAC地址的一种协议，而RARP则叫做逆地址解析协议，在tcp/ip协议的后面章节会介绍它们（在局域网里面用ARP协议可以很容易的搞瘫痪网络哦）
    数据链路层的协议还是很多的，有我们最常用的以太网（就是平时我们用的网卡）协议，也有不太常见的令牌环，还有FDDI，当然，还有国内现在相当普及的PPP协议（就是adsl宽带），以及一个loopback协议。

    以太网（Ether-net）的定是指数字设备公司（ Digital Equipment Corp.）、英特尔公司（Intel Corp.）和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准，这个标准里面使用了一种称作CSMA/CD的接入方法。而IEEE802提供的标准集802.3(还有一部分定义到了802.2中)也提供了一个CSMA/CD的标准。这两个标准稍有不同，TCP/IP协议对这种情况的处理方式如下:

·            以太网的IP数据报封装在RFC894中定义，而IEEE802网络的IP数据报封装在RFC1042中定义。

·            一台主机一定要能发送和接收RFC894定义的数据报。

·            一台主机可以接收RFC894和RFC1042的封装格式的混合数据报。

·            一台主机也许能够发送RFC1042数据报。。如果主机能同时发送两种类型的分组数 据，那么发送的分组必须是可以设置的，而且默认条件下必须是RFC 894分组。

可见，RFC1042在TCP/IP里面处于一个配角的地位。这两种不同的数据报格式请参考教材。

ppp(点对点协议)是从SLIP的替代品。他们都提供了一种低速接入的解决方案。而每一种数据链路层协议，都有一个MTU（最大传输单元）定义，在这个定义下面，如果IP数据报过大，则要进行分片(fragmentation)，使得每片都小于MTU，注意PPP的MTU并不是一个物理定义，而是指一个逻辑定义（个人认为就是用程序控制）。可以用netstat来打印出MTU的结果，

最后说说那个环回接口（loopback）。平时我们用127.0.0.1来尝试自己的机器服务器好使不好使。走的就是这个loopback接口。对于环回接口，有如下三点值得注意:

·            传给环回地址（一般是127.0.0.1）的任何数据均作为I P输入。

·            传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。这是 因为广播传送和多播传送的定义包含主机本身。

·            任何传给该主机IP地址的数据均送到环回接口。

 
接下来我们了解一下TCP/IP的工作流程：

数据链路层从ARP得到数据的传递信息，再从IP得到具体的数据信息

 

IP协议

IP协议头当中，最重要的就是TTL（IP允许通过的最大网段数量）字段（八位），规定该数据包能穿过几个路由之后才会被抛弃。

 

IP路由选择

 

ARP协议工作原理

 

ICMP协议（网络控制文协议）

将IP数据包不能传送的错误信息传送给主机

查询报文

1. ping查询：主机是否可达，通过计算间隔时间和传送多少个包的数量
2. 子网掩码
3. 时间戳：获得当前时间

差错报文

不产生的情况：

1. ICMP差错报文不产生差错报文
2. 源地址为零地址、环目地址、广播地址、多播地址

IP路由器选择协议

先来看路由选择工作流程：

静态路由选择

1. 配置接口以默认方式生成路由表项，或者使用route add手动添加表项
2. ICMP报文（ICMP重定向报文）更新表项
3. 动态路由选择（只使用在路由之间）

RIP（路由信息协议）

分布式的基于距离向量（路由器到每一个目的网络的距离记录）的路由选择协议

router承担的工作：

1. 给每一个已知路由器发送RIP请求报文，要求给出完整的路由表
2. 如果接受请求，就将自己的路由表交给请求者；如果没有，就处理IP请求表项（自己部分+跳数/没有的部分+16）
3. 接受回应，更新路由表
4. 定期更新路由表（一般为30s，只能说太频繁~）

OSPF（开放最短路径优先协议）

分布式链路状态（和这两个路由器都有接口的网络）协议

1. 当链路状态发生变化时，采用可靠的洪泛法，向所有的路由器发送信息（相邻的所有路由器的链路状态）
2. 最终会建立一个全网的拓扑结构图

TCP/IP的三次握手，四次分手

首先我们先来了解TCP报文段

重要的标志我在图中也有标记，重点了解标志位

• ACK：确认序号有效
• RST：重置连接
• SYN：发起了一个新连接
• FIN：释放一个连接

三次握手的过程（客户端我们用A表示，服务器端用B表示）

前提：A主动打开，B被动打开

1. 在建立连接之前，B先创建TCB（传输控制块），准备接受客户进程的连接请求，处于LISTEN（监听）状态
2. A首先创建TCB，然后向B发出连接请求，SYN置1，同时选择初始序号seq=x，进入SYN-SEND（同步已发送）状态
3. B收到连接请求后向A发送确认，SYN置1，ACK置1，同时产生一个确认序号ack=x+1。同时随机选择初始序号seq=y，进入SYN-RCVD（同步收到）状态
4. A收到确认连接请求后，ACK置1，确认号ack=y+1，seq=x+1，进入到ESTABLISHED（已建立连接）状态。向B发出确认连接，最后B也进入到ESTABLISHED（已建立连接）状态。

简单来说，就是

1. 建立连接时，客户端发送SYN包（SYN=i）到服务器，并进入到SYN-SEND状态，等待服务器确认
2. 服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN（ack=i+1）,同时自己也发送一个SYN包（SYN=k）,即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN-RECV状态
3. 客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认报ACK（ack=k+1）,此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手

在此穿插一个知识点就是SYN攻击，那么什么是SYN攻击？发生的条件是什么？怎么避免？

在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时Server处于SYN_RCVD状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是 Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址 是不存在的，因此，Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网 络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击的方式非常简单，即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令可以让之现行：

#netstat -nap | grep SYN_RECV

1	#netstat -nap | grep SYN_RECV

四次分手的过程（客户端我们用A表示，服务器端用B表示）

由于TCP连接时是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的链接。收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动，既不会在收到数据，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，知道这一方向也发送了FIN，首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭。

前提：A主动关闭，B被动关闭

有人可能会问，为什么连接的时候是三次握手，而断开连接的时候需要四次挥手？

这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN 报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再 发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。

1. A发送一个FIN，用来关闭A到B的数据传送，A进入FIN_WAIT_1状态。
2. B收到FIN后，发送一个ACK给A，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），B进入CLOSE_WAIT状态。
3. B发送一个FIN，用来关闭B到A的数据传送，B进入LAST_ACK状态。
4. A收到FIN后，A进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给B，确认序号为收到序号+1，B进入CLOSED状态，完成四次挥手。

简单来说就是

客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。

1. 服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
2. 服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。
3. 客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

A在进入到TIME-WAIT状态后，并不会马上释放TCP，必须经过时间等待计时器设置的时间2MSL（最长报文段寿命），A才进入到CLOSED状态。为什么？

1. 为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B
2. 防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中

OK~是不是很难懂的感觉？那我们来说的“人性化点的”吧

三次握手流程

1. 客户端发个请求“开门呐，我要进来”给服务器
2. 服务器发个“进来吧，我去给你开门”给客户端
3. 客户端有很客气的发个“谢谢，我要进来了”给服务器

四次挥手流程

1. 客户端发个“时间不早了，我要走了”给服务器，等服务器起身送他
2. 服务器听到了，发个“我知道了，那我送你出门吧”给客户端，等客户端走
3. 服务器把门关上后，发个“我关门了”给客户端，然后等客户端走（尼玛~矫情啊）
4. 客户端发个“我知道了，我走了”，之后自己就走了