OSI与TCP/IP

① 七层→应用层：OSI 参考模型中最靠近用户的一层，为应用层序提供网络服务；
② 六层→表示层：提供各种用于应用层数据的变法和转换功能，确保仪的系统的应用层发送的数据能够被另一个系统的应用层识别。（数据表示、加密，图片、文档、文字）；
③ 五层→会话层：负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信回话，该层的通信有不同设备中的应用程序之间的服务和请求相应。（通信设备可能存在多个会话）；
④ 四层→传输层：提供面向连接（TCP）或非面向连接（UDP）的数据传递以及进行重传前的差错检测；
⑤ 三层→网络层：提供逻辑地址，供路由器确定路径；
⑥ 二层→数据链路层：将比特组合成字节，再将字节组合成针，使用链路层地址（以太网使用 MAC 地址）来访问介质，并进行差错检测。
⑦ 一层→物理层：在设备之间传输比特流，规定了电平、速度、和电缆针脚；

 也有人把TCP/IP称为5层

OSI 与 TCP/IP 对比图：

 数据封装

① 数据在高层称之为：数据单元
② 到达传输层，再数据单元前封装协议头，称之为：数据段
③ 到达网络层，封装 IP 头部，称之为：数据包
④ 到达网络接口层，封装 MAC 地址，称之为：数据帧
⑤ 最终传输到物理介质，称之为：比特流

四层传输层协议

传输层定义了主机应用程序端到端的连通性，传输层最常用的两个协议TCP、UDP

• TCP（Transmission Control Protocol）：传输控制协议。
• UDP（User Datagram Protocol）：用户数据包协议

TCP协议类型为6，UDP协议类型为17

TCP报文

因为存在 Options 选项，所以 TCP 头长度不固定，最小为 20 字节，最大为60 字节

字段	说明
Source Port	2Byte，源端口号
Destination Port	2Byte，目标端口号
Sequence Number	4Byte，序列号，在 TCP 传送的数据流中，每一个字节都 有一个序号，每发送一次数据包都会携带一个序列号
Acknowledge Number	4Byte，确认序列号，如果收到对端的一个数据包，会 查看包中的序列号，并将序列号+对端 ACK 值的总和作为确认序列号返回给对 端，表示此序列号的数据包已经收到，并期待收到下一个标识数据包的序列 号是多少
Header Length	头部长度
Resv	6Byte，保留位，供往后应用，默认为 0
URG	紧急比特 URG，当 URG=1 时，注解此报文应尽快传送，而不要按本来的 列队次序来传送。与“紧急指针”字段共同应用，紧急指针指出在本报文段 中的紧急数据的最后一个字节的序号，使接管方可以知道紧急数据共有多长
ACK	确认比特 ACK，默认为 0，如果 ACK=1 时，确认序列号有效位，表明该 数据包包含确认信息
PSH	急迫比特 PSH，默认为 0，当 PSH=1 时，表示通知接收端立即将数据提 交给用户进程，不要在缓存中停留，等待更多的数据
RST	复位比特 RST，默认为 0，当 RST=1 时，注解呈现严重错误，必须开释 连接，然后再重建传输连接。
SYN	同步比特 SYN， 当为 1 时，表示对端请求建立连接，TCP 三次握手第一 次时 SYN 为 1
FIN	终止比特 FIN，为 1 时，表示数据发送完毕，请求断开连接
Window	2Byte，滑动窗口大小，，默示报文段发送方的接管窗口，单位为字 节。此窗口告诉对方，“在未收到我的确认时，你可以或许发送的数据的字节数 至多此窗口的大小。
Checksum	校验和
Urgent Pointer	紧急指针，当 URG=1 时，注解此报文应尽快传送，而不要 按本来的列队次序来传送。与“URG”字段共同应用，紧急指针指出在本报文段 中的紧急数据的最后一个字节的序号，使接管方可以知道紧急数据共有多长
Options	选项值，那些需要使用同步动作的程式如 Telnet 要处理好终端 的交互模式就会使用到 option 来指定资料封包的大小因为 telnet 使用的资料 封包都很少但又需要即时回应。Option 的长度为 0,或 32bit 的整倍数,如果不足 则填充到满

 

 TCP 四次挥手：

 

注 1：为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？
这是因为服务端的 LISTEN 状态下的 SOCKET 当收到 SYN 报文的建连请求后，它可以把 ACK 和 SYN（ACK 起应答作用，而 SYN 起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的 FIN 报文通知时，它仅仅表示对方没有数据
发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭 SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送 FIN 报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以 TCP 传输是一种全双工的模式，两端的传输都是相互分开的，
TCP 断开也是相互独立的，它这里的 ACK报文和 FIN报文多数情况下都是分开发送的。

注 2：为什么 TIME_WAIT 状态还需要等 2MSL 后才能返回到 CLOSED 状态？
这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的 4 个报文也都协调和发送
完毕，按理可以直接回到 CLOSED 状态（就好比从 SYN_SEND 状态到 ESTABLISH 状
态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的
ACK 报文会一定被对方收到，因此对方处于 LAST_ACK 状态下的 SOCKET 可能会因
为超时未收到 ACK 报文，而重发 FIN 报文，所以这个 TIME_WAIT 状态的作用就是
用来重发可能丢失的 ACK 报文。

a) 发送端首次发送数据包，Seq 序列号为一个生成数值，ACK 为 1（首次发送）
b) 接收端接收到数据包，并希望得到下一个数据包（Seq+1），此时数据包中的的 Seq 为 1 用于确认收到发送端 ACK 为 1 的数据包，并将本端发送包的中
ACK 置为 Seq+1，表示期待接收到下个数据包的序列号
c) 发送端收到接收端的 TCP 确认包好，查看包中的 ACK 为 11，表示下个包的序列号，此时发送下一个包，并将 ACK 变为 2，表示第二次发送。

滑动窗口机制：

滑动窗口，在 TCP 建立之后传输数据时，用于管理数据流控的标识符。接收
端在接收数据时会建立一个缓存区，并将缓冲区的大小标识符值放于 TCP 头部的Window 中，表示接收端目前缓存区可以接收的最大数据位多少。滑动窗口的作
用用于接收端告诉发送端自己可以一次性接收的数据大小为多少。

a) 主机 A 想服务器发起连接，传输数据给服务器 A
b) 服务器 A 回复 ACK 信息，同时携带窗口大小为 3
c) 主机 A 收到 ACK 确认信息后，发现窗口大小为 3，于是连续发送窗口大小为3 的容量的数据包给服务器 A
d) 服务器 A 收到数据包后，内存满，此时读取一个数据包，内存剩余为 1，此时发送 ACK 确认，窗口大小为 1
e) 主机 A 收到后，发送窗口大小为 1 的数据包给服务器 A

UDP

User Datagram Protocol，用户数据包协议，UDP 是一种面向无连接的传输
层协议，传输可靠性没有保证。当应用程序对传输可靠性不高时，但是对传输速
度和延迟要求较高时，可以使用 UDP 协议来替代 TCP 协议在传输层控制数据的转
发。
UDP 头部仅占 8Byte，传输数据时没有确认机制。UDP 适合于实时数据传输，
如语音和视频通信。相比于 TCP，UDP 的传输效率更高、开销更小、但是无法保
障数据传输的可靠性，保证数据的完整性是依靠应用层的服务对数据提供保证的。

 端口号

主机使用端口号表示不同的网络服务。其中：0-1023 为知名端口号；1024- 65535 为动态端口号 常见协议端口号

 三层网络层封装

字段	含义
Version	4bit，表示 IP 协议版本号。目前的版本号是 4，即 IPv4。版本号 规定了数据报的格式。版本不同，其数据报格式也有所不同，如 IPv6 的报文 结构就和 IPv4 的结构不同。
IHL	4bit，报文头长度 HLEN，表示报文头长度（行数）。报文每行长度为 固定 4Byte，所以报文头长度以 4 Byte 为单位计算。除 IP 选项（IP Options） 和填充（Padding）字段可以不存在外，其他各字段必须存在。这些必须存在 的字段是 5 个 4 Byte，共 20 Byte 长。因此，报文头长度值一般是 5 。又由 于报文头长度必须是 32bit 的整数倍，所以当一个含有 IP 选项字段的 IP 数 据报不是 32bit 的整数倍时，由填充字段用 0 补足，由于存在 Option 选项， 所以 IHL 不固定，为 20 到 60 字节
Type of Service	服务类型。只有在有QoS差分服务要求时这个字段才起作用
Total Length	16bit，数据包总长度，以 Byte 为单位表示整个 IP 数据报 长度，包括报文头及其携带的数据，可以表示最大值为 65535，所以三层 MTU 最 大为 65535
Identifier：	16bit，标识字段，是发送者赋予数据报的标识符，接收者利 用 这个信息和源地址判断收到的分组属于哪个数据报，以便进行重组。因此， 在分片时，该域必须不加修改地复制到各分片的报文头中。
Flags	3bit，标志位，只有低两位有效。第一 bit 为 0 时表示该分片是最 后一片，如果该位是 1 表示后面还有分片。第二 bit 为 0 时表示可以对数据 报进行分片，如果该位是 1 表示数据报不能分片。当该位设置为 1 而帧长度 不匹配又必须分片时，设备就会将数据报丢弃并返回错误信息。
Fragment Offset	片偏移，指示本分片数据在初始数据报数据区中的偏移 量，偏移量以 8 Byte 为单位，重组时分片顺序由片偏移提供
Time To Live	生存时间，简称 TTL，8bit，用来控制数据报在网络中存在 的时间。目前 TTL 的值并不代表时间，而是代表经由路由器的个数。数据报每经 过一台路由器时，路由器将 TTL 值减 1，一旦 TTL＝0，系统就丢弃该数据报，并 返回错误信息。这样避免了路由出现环路时数据报在路由器之间无休止地循环。
Protocol	8bit，协议，表示该数据报携带的数据是由哪个上层协议封装的， 也就是指示传输层的协议类型。如最常见的协议类型是 TCP 或 UDP
Header Checksum：	16bit，头校验和，用于保证 IP 头数据的完整性。
Address	分为源 IP 地址和目的 IP 地址，各占 32bit，表明数据的来源及其 到达的 76EE 的地。
Padding	当 IP 报文头长度不是 32bit 的整数倍时，填充 0 来凑齐 32bit 整 数倍，没有实际意义
Data：	来自第 4 层的数据段

注：标识（Identification）、标志（Flags）、片偏移（Fragment Offset）这 3
个字段与 IP 报文的传输有关。IP 数据报是网络层的数据单元，它需要被封
装在第二层的数据帧中来传输。互联网是由各种二层规范不同的网络互联起
来的产物，这些不同的网络的帧格式及帧长度各不相同。例如，以太网的帧
和令牌环的帧在结构和长度上都不相同。IP 数据报在某个二层网络中能够
被完全封装，到另一个二层网络中就未必可以。因此，IP 数据报有可能被分
割，称为"分片（Fragmenting）"，当数据到达目的地时还要对分片进行重
组。上述 3 个字段正是用于对分片和重组进行控制的。