TCP/IP OSI详细入门

一.OSI与TCP/IP分层

对于网络的分层，OSI 将其分层（ 7 层）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 TCP/IP分层（3层）：网络层、传输层、应用层

1.OSI:

各层理解

物理层：物理接口规范，传输比特流,网卡是工作在物理层的。

数据层：成帧，保证帧的无误传输，MAC地址，形成EHTHERNET帧

网络层：路由选择，流量控制，IP地址，形成IP包

传输层：端口地址，如HTTP对应80端口。TCP和UDP工作于该层,还有就是差错校验和流量控制。

会话层:组织两个会话进程之间的通信,并管理数据的交换使用NETBIOS和WINSOCK协议。QQ等软件进行通讯因该是工作在会话层的。

表示层：使得不同操作系统之间通信成为可能。

各层包括

应用层：对应于各个应用软件

物理层：EIA/TIA-232, EIA/TIA-499, V.35, V.24, RJ45, Ethernet, 802.3, 802.5, FDDI, NRZI, NRZ, B8ZS
数据链路层：Frame Relay, HDLC, PPP, IEEE 802.3/802.2, FDDI, ATM, IEEE 802.5/802.2
网络层：IP，IPX，AppleTalk DDP
传输层：TCP，UDP，SPX
会话层：RPC,SQL,NFS,NetBIOS,names,AppleTalk,ASP,DECnet,SCP
表示层:TIFF,GIF,JPEG,PICT,ASCII,EBCDIC,encryption,MPEG,MIDI,HTML
应用层：FTP,WWW,Telnet,NFS,SMTP,Gateway,SNMP

2.TCP/IP

TCP/IP是个协议组，它分为网络层，传输层和应用层，

  在网络层有IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议和BOOTP协议。
    在传输层中有TCP协议与UDP协议。
    在应用层有FTP、HTTP、TELNET、SMTP、DNS等协议。

1. TCP 是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输的，TCP连接是长连接
   第一次握手：客户端发送请求包到服务器，等待服务器确认
   第二次握手：服务器响应客户端请求，同时也发送一个回应包给客户端
   第三次握手：客户端收到服务器的回应包后，向服务器发送确认包

   握手过程中传送的包里，不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务端才正式的开始传递数据。
   TCP一旦连接起来，在客户端和服务端任何一方主动关闭连接之前，TCP连接都将被一直保持下去。
   断开连接时，服务器和客户端都可以主动发起断开TCP连接的请求。

2. HTTP(超文本传输协议)是应用层协议，主要解决怎么包装数据，Http连接是短连接，它是无状态的，浏览器和服务器每进行一次http操作，就建立一次连接，但任务结束就断开连接， HTTP是利用TCP在两台电脑(通常是Web服务器和客户端)之间传输信息的协议，

3. socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口(API)。

实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口，

 

我们主要来了解TCP/IP协议中的内容

 

TCP与UDP的区别：

1.基于连接与无连接；
2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
3.UDP程序结构较简单；
4.流模式与数据报模式 ；

5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。

6.UDP虽然不保证送达，可是也更耗流量  https://blog.csdn.net/yuqi007163/article/details/53672106

若通信数据完整性需让位与通信实时性，则应该选用 TCP 协议（如文件传输、重要状态的更新等）；反之，则使用 UDP 协议（如视频传输、实时通信等），像CS就是基于UDP。

TCP握手协议 
在TCP/IP协议中,TCP协议提供可靠的连接服务,采用三次握手建立一个连接.
第一次握手：建立连接时,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认； 
SYN：同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)
第二次握手：服务器收到syn包,必须确认客户的SYN（ack=j+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； 
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包,向服务器发送确认包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.

完成三次握手,客户端与服务器开始传送数据

 

 

A与B建立TCP连接时：首先A向B发SYN（同步请求），然后B回复SYN+ACK（同步请求应答），最后A回复ACK确认，这样TCP的一次连接（三次握手）的过程就建立了！

 

 

 

 

一、TCP报文格式

        TCP/IP协议的详细信息参看《TCP/IP协议详解》三卷本。下面是TCP报文格式图：

图1 TCP报文格式

        上图中有几个字段需要重点介绍下：
        （1）序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
        （2）确认序号：Ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，Ack=Seq+1。
        （3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：
                （A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
                （B）ACK：确认序号有效。
                （C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
                （D）RST：重置连接。
                （E）SYN：发起一个新连接。
                （F）FIN：释放一个连接。

        需要注意的是：
                （A）不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。
                （B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。 

二、三次握手
        所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：

图2 TCP三次握手

        （1）第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
        （2）第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
        （3）第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
        
        SYN攻击：
                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

三、四次挥手
         四次挥手（Four-Way Wavehand）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。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发，整个流程如下图所示：

图3 TCP四次挥手

        由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了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，上图描述的即是如此。
        （1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
        （2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
        （3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
        （4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。
        上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起主动关闭的情况，具体流程如下图：

图4 同时挥手

        流程和状态在上图中已经很明了了，在此不再赘述，可以参考前面的四次挥手解析步骤。

四、附注
        关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题，在此提出供有需求的XDJM们参考：
        （1）三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
        （2）为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？
        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。

HTTPS的具体流程https://mp.weixin.qq.com/s/xuH8yQaFn90RKDqULIi91g

HTTPS与HTTP的区别

在URL前加https://前缀表明是用SSL加密的。 你的电脑与服务器之间收发的信息传输将更加安全。

Web服务器启用SSL需要获得一个服务器证书并将该证书与要使用SSL的服务器绑定。
http和https使用的是完全不同的连接方式,用的端口也不一样,前者是80,后者是443。http的连接很简单,是无状态的,...

HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议
要比http协议安全

 

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再补充一点（简单了解即可）
　　TCP/IP传送方式。TCP/IP传送方式有三种：单播，广播，组播。
　 　单播（Unicast）传输：在发送者和每一接收者之间需要单独的数据信道。 如果一台主机同时给很少量的接收者传输数据，一般没有什么问题。但如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时却很难实现。 这将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。
　　组播（Multicast）传输：它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络， 也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。
　 　广播（Broadcast）传输：是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。 广播意味着网络向子网主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。然而广播的使用范围非常小， 只在本地子网内有效，因为路由器会封锁广播通信。广播传输增加非接收者的开销。

组播技术的原理

　 　组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。 组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽， 因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。 它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络， 也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。