計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

操作系統(tǒng)概念

  操作系統(tǒng):(Operating System，簡稱OS)是管理和控制計算機(jī)硬件與軟件資源的計算機(jī)程序，是直接運(yùn)行在“裸機(jī)”上的最基本的系統(tǒng)軟件，任何其他軟件都必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。

注：計算機(jī)(硬件)---->OS----->應(yīng)用軟件

互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念

• 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò): 由若干節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的鏈路組成，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以是計算機(jī)、集線器、交換機(jī)、或路由器等；
• 網(wǎng)絡(luò)之間可以通過路由器相互連接，這就構(gòu)成了一個更大范圍的計算機(jī)網(wǎng)路，這樣的網(wǎng)路稱為互連網(wǎng)，因此互連網(wǎng)是網(wǎng)路的網(wǎng)路；
• 因特網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)): 全球最大的特定互連網(wǎng)；
  
  
• 路由器（Router），是連接因特網(wǎng)中各局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的設(shè)備，它會根據(jù)信道的情況自動選擇和設(shè)定路由，以最佳路徑，按前后順序發(fā)送信號。
• 路由器是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的樞紐，“交通警察”。路由和交換機(jī)之間的主要區(qū)別就是交換機(jī)發(fā)生在OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。這一區(qū)別決定了路由和交換機(jī)在移動信息的過程中需使用不同的控制信息，所以說兩者實現(xiàn)各自功能的方式是不同的。
• 路由器（Router）又稱網(wǎng)關(guān)設(shè)備（Gateway）是用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)，所謂邏輯網(wǎng)絡(luò)是代表一個單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)或者一個子網(wǎng)。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€子網(wǎng)時，可通過路由器的路由功能來完成。因此，路由器具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇IP路徑的功能。
• 交換機(jī)是將不同IP地址的電腦連在一起，共享一根網(wǎng)線；路由器是將同一個IP給不同的電腦使用，就像一條大路分成很多條小路。一句話，路由器用于連接內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，將內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)包通過路由功能轉(zhuǎn)發(fā)到外網(wǎng)，實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的互通；交換機(jī)用于連接內(nèi)網(wǎng)的終端，使用了同一個網(wǎng)段，比如192.168.1.0，不同主機(jī)之間交換數(shù)據(jù)通過MAC地址識別。兩個主機(jī)通信，首先發(fā)送ARP數(shù)據(jù)包，就IP地址轉(zhuǎn)換為MAC地址才能進(jìn)行相互通信。(交換機(jī)沒有開關(guān)，路由器有開關(guān))
  

互聯(lián)網(wǎng)組成

基本組成:

• ①邊緣部分: 由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)組成，這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)，音頻或視頻）和資源共享；
• ②核心部分: 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器 組成，這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的(提供連通性和交換)；
  
  
  

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)

速率

• 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的速率是指每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)量，稱為數(shù)據(jù)率或比特率，速率的單位是bit/s，或b/s(比特每秒)；
• 速率較高時，就可以使用kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s，人們現(xiàn)在所說的10M網(wǎng)速，其實是10Mb/s；
• 360等可以顯示網(wǎng)速的軟件，測試你電腦的那個網(wǎng)速，這里單位是B/秒，大寫的B是字節(jié)(byte)，8bit = 1byte，也就是說如果測速為3.82MB/s，則下載速率為3.82 * 8Mb/s。

帶寬

• 帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)通信線路傳輸數(shù)據(jù)的能力(數(shù)字信道所能傳送的最高數(shù)據(jù)率)，即最高速率；
• 比如說家里使用ADSL撥號，有4M帶寬、8M帶寬，這里說的帶寬就是你訪問Internet的最高帶寬，你家里的帶寬由電信運(yùn)營商控制；

吞吐量

• 吞吐量表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)或接口的數(shù)據(jù)量，包括全部上傳和下載的流量；
• 吞吐量受網(wǎng)絡(luò)帶寬或網(wǎng)絡(luò)額定速率的限制，計算機(jī)的網(wǎng)卡如果連接交換機(jī)，網(wǎng)卡就可以工作在全雙工模式，即能夠同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；如果計算機(jī)的網(wǎng)卡連接的是集線器，網(wǎng)卡就只能工作在半雙工模式，即不能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；

時延

• 時延(delay)是指數(shù)據(jù)(一個數(shù)據(jù)包或bit)從網(wǎng)絡(luò)的一段傳送到另一端所需要的時間，是一個很重要的性能指標(biāo)；
• 時延包括: 發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延；（數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的的總時延就是這四種時延的累加和）；

發(fā)送時延

傳播時延

• 傳播時延是是電磁波在信道中傳播一定的距離要花費(fèi)的時間；
  

排隊時延和處理時延

時延帶寬積

往返時間

  表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端接收到來自接收端的確認(rèn)(發(fā)送端收到確認(rèn)立即發(fā)送確認(rèn))，總共經(jīng)歷的時間；

利用率

網(wǎng)絡(luò)通信原理

互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是一系列的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

協(xié)議： 是網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)或設(shè)備之間進(jìn)行通信的一系列規(guī)則的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用主要有兩個：一是建立對等層之間的虛擬通信，二是實現(xiàn)層次之間的無關(guān)性。

協(xié)議棧： 在網(wǎng)絡(luò)中，為了完成通信，必須使用多層上的多種協(xié)議。這些協(xié)議按照層次順序組合在一起，構(gòu)成了協(xié)議棧(Protocol Stack)，也稱為協(xié)議族(Protocol Suite)。

層次間的無關(guān)性： 所謂層次間無關(guān)性，就是指較高層次和相鄰的相低層次進(jìn)行通信時，只是利用較低層次提供的接口和服務(wù)，而不需了解底層實現(xiàn)該功能所采用的算法和協(xié)議的細(xì)節(jié)；較低層次也僅是使用從高層系統(tǒng)傳送來的參數(shù)和控制信息，這就是層次間的無關(guān)性。

互聯(lián)網(wǎng)兩大要素

（1）底層的物理連接介質(zhì)，是為通信鋪好道路的

（2）一套統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)---->互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議(計算機(jī)界的英語)

OSI參考模型以及TCP/IP四層模型、五層協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議按照功能不同分為osi七層或tcp/ip五層或tcp/ip四層




用戶感知到的只是最上面一層應(yīng)用層，自上而下每層都依賴于下一層，所以我們從最下一層開始切入，比較好理解

  用戶在用戶層輸入命令（數(shù)據(jù)），到傳輸層包上tcp協(xié)議頭，再到網(wǎng)絡(luò)層包裹上ip頭，再到數(shù)據(jù)鏈路層包上以太網(wǎng)頭，通過client物理層經(jīng)過線路被server物理層接收，然后一層層反解到server的應(yīng)用層，server應(yīng)用層拿到命令后請求操作系統(tǒng)去調(diào)用硬盤里面的數(shù)據(jù)，最后再返回到數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)（可以加http協(xié)議等）----》傳輸層（包上tcp/udp協(xié)議）----》網(wǎng)絡(luò)層（包上ip協(xié)議）----》數(shù)據(jù)鏈接層（包上以太網(wǎng)協(xié)議）----》物理層

1、物理層

  底層物理連接介質(zhì)。負(fù)責(zé)發(fā)送電信號高電壓對應(yīng)數(shù)字1，低電壓對應(yīng)數(shù)字0。兩個物理層通過光纜電纜雙絞纜等介質(zhì)連接

2、數(shù)據(jù)連接層

  數(shù)據(jù)鏈路層的功能：定義了電信號的分組方式

ethernet規(guī)定
  一組電信號構(gòu)成一個數(shù)據(jù)包，叫做‘幀’
  每一數(shù)據(jù)幀分成：報頭head(固定18個字節(jié))和數(shù)據(jù)data兩部分

數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容
  head長度＋data長度＝最短64字節(jié)，最長1518字節(jié)，超過最大限制就分片發(fā)送

mac地址(網(wǎng)卡的地址，接入internet的設(shè)備都必須有網(wǎng)卡，即可找到某個具體的設(shè)備)：
  head中包含的源和目標(biāo)地址由來：ethernet規(guī)定接入internet的設(shè)備都必須具備網(wǎng)卡，發(fā)送端和接收端的地址便是指網(wǎng)卡的地址，即mac地址

廣播：

  有了mac地址，同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩臺主機(jī)就可以通信了（一臺主機(jī)通過arp協(xié)議獲取另外一臺主機(jī)的mac地址，該主機(jī)再回應(yīng)時就不用吼了，交換機(jī)的‘學(xué)習(xí)’特性）

pc1通過廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)包給pc2,pc3,pc4,pc5，大家收到pc1發(fā)來的包，拆開后如果發(fā)現(xiàn)不是自己的就丟棄，是自己的就響應(yīng)，并返回給pc1自己的mac地址。

3、網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層功能： 引入一套新的地址用來區(qū)分不同的廣播域／子網(wǎng)，這套地址即網(wǎng)絡(luò)地址
IP協(xié)議：

  規(guī)定網(wǎng)絡(luò)地址的協(xié)議叫ip協(xié)議，它定義的地址稱之為ip地址，廣泛采用的v4版本即ipv4，它規(guī)定網(wǎng)絡(luò)地址由32位2進(jìn)制表示
范圍0.0.0.0-255.255.255.255

  一個ip地址通常寫成四段十進(jìn)制數(shù)，例：172.16.10.1

標(biāo)識地址的方式：

  ip+mac就能標(biāo)識全世界范圍內(nèi)獨(dú)一無二的一臺計算機(jī)
  ip+mac+port就能標(biāo)識全世界范圍內(nèi)獨(dú)一無二的一個基于網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用軟件

  url地址：標(biāo)識全世界范圍內(nèi)獨(dú)一無二的一個資源

ARP協(xié)議：

  arp協(xié)議功能：廣播的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包，獲取目標(biāo)主機(jī)的mac地址
  協(xié)議工作方式：每臺主機(jī)ip都是已知的

  例如：主機(jī)172.16.10.10/24訪問172.16.10.11/24

  一：首先通過ip地址和子網(wǎng)掩碼區(qū)分出自己所處的子網(wǎng)，子網(wǎng)掩碼固定為255.255.255.0（1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000），即取ip的前三段，以此判斷是不是在同一個子網(wǎng)

  場景 數(shù)據(jù)包地址
  同一子網(wǎng) 目標(biāo)主機(jī)mac，目標(biāo)主機(jī)ip
  不同子網(wǎng) 網(wǎng)關(guān)mac，目標(biāo)主機(jī)ip

  二：分析172.16.10.10/24與172.16.10.11/24處于同一網(wǎng)絡(luò)(如果不是同一網(wǎng)絡(luò)，那么下表中目標(biāo)ip為172.16.10.1,通過arp獲取的是網(wǎng)關(guān)的mac)
  源mac     目標(biāo)mac     源ip            目標(biāo)ip             數(shù)據(jù)部分
  發(fā)送端主機(jī)   發(fā)送端mac   FF:FF:FF:FF:FF:FF   172.16.10.10/24 172.16.10.11/24     數(shù)據(jù)

  三：這個包會以廣播的方式在發(fā)送端所處的自網(wǎng)內(nèi)傳輸，所有主機(jī)接收后拆開包，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)ip為自己的，就響應(yīng)，返回自己的mac

傳輸層

傳輸層的由來： 網(wǎng)絡(luò)層的ip幫我們區(qū)分子網(wǎng)，以太網(wǎng)層的mac幫我們找到主機(jī)，然后大家使用的都是應(yīng)用程序，你的電腦上可能同時開啟qq，暴風(fēng)影音，等多個應(yīng)用程序，那么我們通過ip和mac找到了一臺特定的主機(jī)，如何標(biāo)識這臺主機(jī)上的應(yīng)用程序，答案就是端口，端口即應(yīng)用程序與網(wǎng)卡關(guān)聯(lián)的編號。

傳輸層功能： 建立端口到端口的通信

補(bǔ)充： 端口范圍0-65535，0-1023為系統(tǒng)占用端口，1024-65535給軟件用

tcp協(xié)議（可靠傳輸）：

以太網(wǎng)頭-------ip 頭---------tcp頭---------數(shù)據(jù)

udp協(xié)議（不可靠傳輸）：

以太網(wǎng)頭-------ip 頭---------udp頭---------數(shù)據(jù)

通信過程、數(shù)據(jù)傳輸

通信過程:

注意: MAC地址由48位二進(jìn)制數(shù)組成，在Windows操作系統(tǒng)命令提示符下， 輸入"ipconfig / all"能夠看到計算機(jī)網(wǎng)卡的MAC地址，物理地址… : C8-60-00-2E-6E-EB，這里顯示的是十六進(jìn)制表示的MAC地址，使用MA和MB代替MAC地址是為了簡化說明。

• 目標(biāo)MAC地址決定了數(shù)據(jù)幀下一跳由哪個設(shè)備接收；

• 目標(biāo)IP地址決定了數(shù)據(jù)包最終到達(dá)那個計算機(jī)；

• 不同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層使用不同的協(xié)議，幀格式也不相同，路由器在不同網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，需要將數(shù)據(jù)包重新封裝；

數(shù)據(jù)封裝和解封(數(shù)據(jù)傳輸)

小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的作用是負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上建立通信通道和控制通過通道的信息流的規(guī)則。為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，通信雙方必須遵守通信協(xié)議

Telnet協(xié)議

  Telnet是TCP/IP中的一種應(yīng)用協(xié)議，可以為終端仿真提供支持。可使用戶連接到主機(jī)上，使主機(jī)響應(yīng)起來就像它直接連接在終端上一樣。Telnet在發(fā)送端和接收端使用TCP的23號端口以進(jìn)行專用的通信。

FTP協(xié)議

  FTP協(xié)議使用TCP20號和21號端口，20號端口用于數(shù)據(jù)交換，21號端口用于建立連接，允許目錄和文件訪問，上傳下載，不能遠(yuǎn)程執(zhí)行文件。

  TFTP是簡單文件傳輸協(xié)議（Trivial File Transfer Protocol，TFTP），TFTP是無連接的，使用UDP的69號端口，用于當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸錯誤無關(guān)緊要而且無須安全性時的小型文件的傳輸。

SMTP協(xié)議

  SMTP是簡單郵件傳輸協(xié)議（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）是為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的電子郵件交換而設(shè)計的。使用 25 端口。SMTP只需要在接收端的一個電子郵件地址即可發(fā)送郵件。POP3 協(xié)議用來接收郵件.使用110端口

DNS服務(wù)

  DNS是域名解析服務(wù)（Domain Name Service, DNS），作用是將域名轉(zhuǎn)換為IP地址，或?qū)P地址轉(zhuǎn)換為域名，用于解析完全合格域名（FQDN）。使用53號端口。

三次握手和四次揮手

TCP報頭

序列號seq： 占4個字節(jié)，用來標(biāo)記數(shù)據(jù)段的順序，TCP把連接中發(fā)送的所有數(shù)據(jù)字節(jié)都編上一個序號，第一個字節(jié)的編號由本地隨機(jī)產(chǎn)生；給字節(jié)編上序號后，就給每一個報文段指派一個序號；序列號seq就是這個報文段中的第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)編號。

確認(rèn)號ack： 占4個字節(jié)，期待收到對方下一個報文段的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號；序列號表示報文段攜帶數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的編號；而確認(rèn)號指的是期望接收到下一個字節(jié)的編號；因此當(dāng)前報文段最后一個字節(jié)的編號+1即為確認(rèn)號。

確認(rèn)ACK： 占1位，僅當(dāng)ACK=1時，確認(rèn)號字段才有效。ACK=0時，確認(rèn)號無效

同步SYN： 連接建立時用于同步序號。當(dāng)SYN=1，ACK=0時表示：這是一個連接請求報文段。若同意連接，則在響應(yīng)報文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示這是一個連接請求，或連接接受報文。SYN這個標(biāo)志位只有在TCP建產(chǎn)連接時才會被置1，握手完成后SYN標(biāo)志位被置0。

終止FIN： 用來釋放一個連接。FIN=1表示：此報文段的發(fā)送方的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接

源端口號： 表示發(fā)送端端口號，字段長為16位。

目標(biāo)端口號： 表示接收端口號，字段長為16位。

首部長度： 該字段長度為4位，單位為4字節(jié)（32位）。TCP首部長度不包括選項的話，是20個字節(jié)，20/4=5，5的二進(jìn)制序列：0101，報頭長度也叫數(shù)據(jù)偏移，所以該字段可以設(shè)置為5，選項字段最大的是40字節(jié)，所以，TCP首部長度為最大為20+40=60字節(jié)，該字段可以設(shè)置的最大長度為60/4=15。

保留： 該字段主要是為了以后擴(kuò)展時使用，其長度為4位。一般設(shè)置為0，即使收到的包在該字段不為0，此包也不會丟棄。

控制位： 字段長為6，每一位從左到右分別為：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。當(dāng)對應(yīng)的值為1，表示有具體含義。

窗口大小： 接收緩沖區(qū)的大小，TCP不允許發(fā)送超過此處所示大小的數(shù)據(jù)。

校驗和： 發(fā)送端填充，CRC校驗，接收校驗不通過，則認(rèn)為數(shù)據(jù)有問題。和UDP的區(qū)別是，UDP校驗的是數(shù)據(jù)本身，TCP校驗的不僅包含TCP首部，而且包含TCP數(shù)據(jù)部分。

緊急指針： 只有在URG為1時有效，該字段為1表示本報文的段中的緊急數(shù)據(jù)的指針。

選項： 用于提高TCP的傳輸性能。需要根據(jù)首部長度進(jìn)行控制，其最大長度為40字節(jié)。

三次握手

第一次握手： 建立連接時，客戶端發(fā)送syn包（syn=j）到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)；SYN：同步序列編號（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手： 服務(wù)器收到syn包，必須確認(rèn)客戶的SYN（ack=j+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)；

第三次握手： 客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包ACK(ack=k+1），此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED（TCP連接成功）狀態(tài)，完成三次握手。

四次揮手

1）客戶端進(jìn)程發(fā)出連接釋放報文，并且停止發(fā)送數(shù)據(jù)。釋放數(shù)據(jù)報文首部，F(xiàn)IN=1，其序列號為seq=u（等于前面已經(jīng)傳送過來的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號加1），此時，客戶端進(jìn)入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)。 TCP規(guī)定，F(xiàn)IN報文段即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要消耗一個序號。

2）服務(wù)器收到連接釋放報文，發(fā)出確認(rèn)報文，ACK=1，ack=u+1，并且?guī)献约旱男蛄刑杝eq=v，此時，服務(wù)端就進(jìn)入了CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)。TCP服務(wù)器通知高層的應(yīng)用進(jìn)程，客戶端向服務(wù)器的方向就釋放了，這時候處于半關(guān)閉狀態(tài)，即客戶端已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，但是服務(wù)器若發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端依然要接受。這個狀態(tài)還要持續(xù)一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態(tài)持續(xù)的時間。

3）客戶端收到服務(wù)器的確認(rèn)請求后，此時，客戶端就進(jìn)入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，等待服務(wù)器發(fā)送連接釋放報文（在這之前還需要接受服務(wù)器發(fā)送的最后的數(shù)據(jù)）。

4）服務(wù)器將最后的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，就向客戶端發(fā)送連接釋放報文，F(xiàn)IN=1，ack=u+1，由于在半關(guān)閉狀態(tài)，服務(wù)器很可能又發(fā)送了一些數(shù)據(jù)，假定此時的序列號為seq=w，此時，服務(wù)器就進(jìn)入了LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)，等待客戶端的確認(rèn)。

5）客戶端收到服務(wù)器的連接釋放報文后，必須發(fā)出確認(rèn)，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進(jìn)入了TIME-WAIT（時間等待）狀態(tài)。注意此時TCP連接還沒有釋放，必須經(jīng)過2∗∗MSL（最長報文段壽命）的時間后，當(dāng)客戶端撤銷相應(yīng)的TCB后，才進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。

6）服務(wù)器只要收到了客戶端發(fā)出的確認(rèn)，立即進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。同樣，撤銷TCB后，就結(jié)束了這次的TCP連接。可以看到，服務(wù)器結(jié)束TCP連接的時間要比客戶端早一些。

常見問題

【問題1】為什么連接的時候是三次握手，關(guān)閉的時候卻是四次握手？

  因為當(dāng)Server端收到Client端的SYN連接請求報文后，可以直接發(fā)送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應(yīng)答的，SYN報文是用來同步的。但是關(guān)閉連接時，當(dāng)Server端收到FIN報文時，很可能并不會立即關(guān)閉SOCKET，所以只能先回復(fù)一個ACK報文，告訴Client端，“你發(fā)的FIN報文我收到了”。只有等到我Server端所有的報文都發(fā)送完了，我才能發(fā)送FIN報文，因此不能一起發(fā)送。故需要四步握手。

【問題2】為什么TIME_WAIT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)？

  MSL即Maximum Segment Lifetime，就是最大報文生存時間，是任何報文在網(wǎng)絡(luò)上的存在的最長時間，超過這個時間報文將被丟棄。《TCP/IP詳解》中是這樣描述的：MSL是任何報文段被丟棄前在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的最長時間。RFC 793中規(guī)定MSL為2分鐘，實際應(yīng)用中常用的是30秒、1分鐘、2分鐘等。

  TCP的TIME_WAIT需要等待2MSL，當(dāng)TCP的一端發(fā)起主動關(guān)閉，三次揮手完成后發(fā)送第四次揮手的ACK包后就進(jìn)入這個狀態(tài)，等待2MSL時間主要目的是：防止最后一個ACK包對方?jīng)]有收到，那么對方在超時后將重發(fā)第三次握手的FIN包，主動關(guān)閉端接到重發(fā)的FIN包后可以再發(fā)一個ACK應(yīng)答包。在TIME_WAIT狀態(tài)時兩端的端口不能使用，要等到2MSL時間結(jié)束才可以繼續(xù)使用。當(dāng)連接處于2MSL等待階段時任何遲到的報文段都將被丟棄。

【問題3】為什么需要三次握手，兩次不可以嗎？或者四次、五次可以嗎？

  我們來分析一種特殊情況，假設(shè)客戶端請求建立連接，發(fā)給服務(wù)器SYN包等待服務(wù)器確認(rèn)，服務(wù)器收到確認(rèn)后，如果是兩次握手，假設(shè)服務(wù)器給客戶端在第二次握手時發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從服務(wù)器發(fā)出，服務(wù)器認(rèn)為連接已經(jīng)建立，但在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中數(shù)據(jù)丟失，客戶端認(rèn)為連接沒有建立，會進(jìn)行重傳。假設(shè)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)一直在丟失，客戶端一直SYN，服務(wù)器就會產(chǎn)生多個無效連接，占用資源，這個時候服務(wù)器可能會掛掉。這個現(xiàn)象就是我們聽過的“SYN的洪水攻擊”。

  總結(jié)：第三次握手是為了防止：如果客戶端遲遲沒有收到服務(wù)器返回確認(rèn)報文，這時會放棄連接，重新啟動一條連接請求，但問題是：服務(wù)器不知道客戶端沒有收到，所以他會收到兩個連接，浪費(fèi)連接開銷。如果每次都是這樣，就會浪費(fèi)多個連接開銷。

【問題4】如果已經(jīng)建立了連接，但是客戶端突然出現(xiàn)故障了怎么辦？

  TCP還設(shè)有一個保活計時器，顯然，客戶端如果出現(xiàn)故障，服務(wù)器不能一直等下去，白白浪費(fèi)資源。服務(wù)器每收到一次客戶端的請求后都會重新復(fù)位這個計時器，時間通常是設(shè)置為2小時，若兩小時還沒有收到客戶端的任何數(shù)據(jù)，服務(wù)器就會發(fā)送一個探測報文段，以后每隔75秒鐘發(fā)送一次。若一連發(fā)送10個探測報文仍然沒反應(yīng)，服務(wù)器就認(rèn)為客戶端出了故障，接著就關(guān)閉連接。

【問題5】為什么是四次揮手，而不是三次或是五次、六次？

  雙方關(guān)閉連接要經(jīng)過雙方都同意。所以，首先是客服端給服務(wù)器發(fā)送FIN，要求關(guān)閉連接，服務(wù)器收到后會發(fā)送一個ACK進(jìn)行確認(rèn)。服務(wù)器然后再發(fā)送一個FIN，客戶端發(fā)送ACK確認(rèn)，并進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)。等待2MSL后自動關(guān)閉。

總結(jié)：
  （1）為了保證客戶端發(fā)送的最后一個ACK報文段能夠到達(dá)服務(wù)器。即最后一個確認(rèn)報文可能丟失，服務(wù)器會超時重傳，然后服務(wù)器發(fā)送FIN請求關(guān)閉連接，客戶端發(fā)送ACK確認(rèn)。一個來回是兩個報文生命周期。

如果沒有等待時間，發(fā)送完確認(rèn)報文段就立即釋放連接的話，服務(wù)器就無法重傳，因此也就收不到確認(rèn)，就無法按步驟進(jìn)入CLOSED狀態(tài)，即必須收到確認(rèn)才能close。
  （2）防止已經(jīng)失效的連接請求報文出現(xiàn)在連接中。經(jīng)過2MSL，在這個連續(xù)持續(xù)的時間內(nèi)，產(chǎn)生的所有報文段就可以都從網(wǎng)絡(luò)消失。