网络模型与TCP协议

网络模型

OSI模型

开放式系统互联参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写：OSI；简称为OSI模型）是一种概念模型。

OSI将计算机网络体系结构划分为以下七层，标有1～7，第1层在底部。

第7层-应用层

应用层（Application Layer）提供为应用软件而设的接口，以设置与另一应用软件之间的通信。

例如: HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等。

第6层-表达层

表达层（Presentation Layer）把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式。

第5层-会话层

会话层（Session Layer）负责在数据传输中设置和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接。

第4层-传输层

传输层（Transport Layer）把传输表头（TH）加至数据以形成数据包。传输表头包含了所使用的协议等发送信息。

例如:传输控制协议（TCP）等。

第3层-网络层

网络层（Network Layer）决定数据的路径选择和转寄，将网络表头（NH）加至数据包，以形成分组。网络表头包含了网络数据。

例如:互联网协议（IP）等。

第2层-数据链路层

数据链路层（Data LinkLayer）负责网络寻址、错误侦测和改错。当表头和表尾被加至数据包时，会形成帧。数据链表头（DLH）是包含了物理地址和错误侦测及改错的方法。数据链表尾（DLT）是一串指示数据包末端的字符串。例如以太网、无线局域网（Wi-Fi）和通用分组无线服务（GPRS）等。分为两个子层：逻辑链路控制（logical link control，LLC）子层和介质访问控制（Medium access control，MAC）子层。

第1层-物理层

物理层（Physical Layer）在局部局域网上传送数据帧（data frame），它负责管理计算机通信设备和网络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、网卡、主机接口卡等。

TCP/IP四层模型

应用层

应用层是大多数普通与网络相关的程序为了通过网络与其他程序通信所使用的层。这个层的处理过程是应用特有的；数据从网络相关的程序以这种应用内部使用的格式进行传送，然后被编码成标准协议的格式。每一个应用层协议一般都会使用到传输层协议TCP和UDP协议之一：

运行在TCP协议上的协议

1. HTTP（Hypertext Transfer Protocol，80端口，超文本传输协议）：主要用于普通浏览；
2. HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure，443端口，安全超文本传输协议）：HTTP协议的安全版本；
3. FTP（File Transfer Protocol，20和21端口，文件传输协议）：用于文件传输；
4. POP3（Post Office Protocol, version 3，110端口，邮局协议）：收邮件用；
5. SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，25端口，简单邮件传输协议）：用于发送电子邮件；
6. SSH（Secure Shell，22端口，用于替代安全性差的TELNET）：用于加密安全登录用。

运行在UDP协议上的协议

1. DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，67端口，动态主机配置协议）：动态配置IP地址；
2. NTP（Network Time Protocol，123端口，网络时间协议）：用于网络同步。

其他

1. DNS（Domain Name Service，域名服务）：用于完成地址查找，邮件转发等工作（运行在TCP和UDP协议上）；
2. ECHO（Echo Protocol，回绕协议）：用于查错及测量应答时间（运行在TCP和UDP协议上）；
3. SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议）：用于网络信息的收集和网络管理；
4. ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）：用于动态解析以太网硬件的地址。

传输层

传输层的协议，能够解决诸如端到端可靠性（“数据是否已经到达目的地？”）和保证数据按照正确的顺序到达这样的问题。TCP、UDP都是传输层协议。

网络层

解决在一个单一网络上传输数据包的问题。IP协议是网络层协议。

数据链路层

它是数据包从一个设备的网络层传输到另外一个设备的网络层的方法。这个过程能够在网卡的软件驱动程序中控制，也可以在韧体或者专用芯片中控制。这将完成如添加报头准备发送、通过实体介质实际发送这样一些数据链路功能。另一端，链路层将完成数据帧接收、去除报头并且将接收到的包传到网络层。

关于TCP协议

传输控制协议（Transmission Control Protocol，缩写：TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。与之对应的是用户数据报协议（User Datagram Protocol，缩写：UDP；又称用户数据包协议），是不可靠的传输层协议。

TCP报文格式

ACK：TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1。

SYN：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1。因此，SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

FIN：即完、终结的意思，用来释放一个连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

三次握手

主机A进行客户端程序，主机B进行服务器端程序。最开始A、B的进行都处于CLOSED（关闭）状态。

注意：A主动打开连接，B为被动打开连接

1. 第一次握手：客户端发送SYN报文给服务器端，将标志位SYN置为1，并随机产生一个值seq=x，进入SYN_SENT状态。
2. 第二次握手：服务器端收到报文后，如同意连接就向客户端发回确认，在确认报文中SYN与ACK都置为1，并且服务器端随机产生一个值seq=y，确认号字段值为x+1，服务器端进入SYN_RCVD状态。
3. 第三次握手：客户端收到服务器端的报文后，还要向服务器端给出确认。回应的报文段ACK置为1，序号字段为x+1，确认号字段为y+1，进入ESTAB-LISHED状态。

四次挥手

1. 第一次挥手：客户端发送一个FIN，序号为seq=u，用来关闭客户端到服务器端的数据传输，客户端进入FIN-WAIT-1状态。
2. 第二次挥手：服务器端收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认号字段为ack=u+1，序号为v，进入CLOSE-WAIT状态。
3. 第三次挥手：服务器通知应用程序关闭网络连接，应用程序关闭后通知服务器。服务器发送一个FIN给客户端。
4. 第四次挥手：客户端收到FIN后，进入TIME-WAIT状态，接着发送一个ACK，seq=u+1，ack=w+1给服务器端。

为什么挥手需要四步

当服务器端收到客户端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK的报文，其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是当关闭连接时，当服务器端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以就只能先回复一个ACK报文，告诉客户端，"哦，你发的FIN报文我收到了哟"。只有等到我服务器端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送需要分开发送，所以挥手需要四步。