Alamofire（一）-- 网络基础TCP/IP协议简述

最近在学习Alamofire框架的相关知识，这是一个Swift版本的很强大的网络请求库，再深入学习之前，我们先来学习了解一下跟网络协议相关的一些知识。以下的概念内容和背景来自百度百科TCP/IP协议

概念

TCP/IP协议（传输控制协议/互联网协议）不是简单的一个协议，而是一组特别的协议，包括：TCP，IP，UDP，ARP等，这些被称为子协议。在这些协议中，最重要、最著名的就是TCP和IP。因此，大部分网络管理员称整个协议族为“TCP/IP”。

产生的背景

• Internet网络的前身ARPANET当时使用的并不是传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP），而是一种叫网络控制协议（Network Control Protocol，NCP）的网络协议，但随着网络的发展和用户对网络的需求不断提高，设计者们发现，NCP协议存在着很多的缺点以至于不能充分支持ARPANET网络，特别是NCP仅能用于同构环境中（所谓同构环境是网络上的所有计算机都运行相同的操作系统），设计者就认为“同构”这一限制不应被加到一个分布广泛的网络上。1980年，用于“异构”网络环境中的TCP/IP协议研制成功，也就是说，TCP/IP协议可以在各种硬件和操作系统上实现互操作。1982年，ARPANET开始采用TCP/IP协议。
• TCP/IP始于美国国防部，美国国防部于20世纪60年代末为高级研究计划局网络（ARPAnet，Internet的前身）开发了TCP/IP。TCP/IP的迅速流行要归功于它的低成本、可在不同的平台间进行通信的能力和它开放的特性。“开放”的意思是软件开发人员可以自由地使用和修改TCP/IP的核心协议。TCP/IP是Internet实际采用的标准。UNIX和Linux一直都使用TCP/IP，Windows网络操作系统也以TCP/IP作为默认的协议。
• TCP/IP协议的开发始于20世纪60年代后期，早于OSI参考模型，故不甚符合OSI参考标准。大致来说，TCP协议对应于OSI参考模型的传输层，IP协议对应于网络层。虽然OSI参考模型是计算机网络协议的标准，但由于其开销太大，所以真正采用它的情况并不多。TCP/IP协议则不然，由于它的简洁、实用，从而得到了广泛的应用。可以说，TCP/IP协议已成为建立计算机局域网、广域网的首选协议，已成为事实上的工业标准和国际标准。

协议分层

TCP/IP协议族按照层次由上到下有以下各层，层层包装。

应用层

这一层，向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。

传输层

提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。

网络层

负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面：

• 处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。
• 处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。
• 处理路径、流控、拥塞等问题。

数据链路层

这是TCP/IP软件的最低层，负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。

与HTTP关系密切的TCP、IP

IP协议

IP协议的作用在于把各种数据包准确无误的传递给对方，其中两个重要的条件是IP地址、MAC地址（Media Access Control Address）。由于IP地址是稀有资源，不可能每个人都拥有一个IP地址，所以我们通常的IP地址是路由器给我们生成的IP地址，路由器里面会记录我们的MAC地址。而MAC地址是全球唯一的，除去人为因素外不可能重复。举一个现实生活中的例子，IP地址就如同是我们居住小区的地址，而MAC地址就是我们住的那栋楼那个房间那个人。

TCP协议

• 如果说IP协议是找到对方的详细地址。那么TCP协议就是把安全的把东西带给对方。各有分工，互不冲突。
• 按层次分，TCP属于传输层，提供可靠的字节流服务。什么叫字节流服务呢？这个名字听起来让人不知所以然，所谓的字节流服务（Byte Stream Service）是指，为了方便传输，将大块数据分割成以报文段（segment）为单位的数据包进行管理。而可靠的传输服务是指，能够把数据准确可靠地传给对方。一言以蔽之，TCP 协议为了更容易传送大数据才把数据分割，而且 TCP 协议能够确认数据最终是否送达到对方。
• 为了确保信息能够确保准确无误的到达，TCP采用了著名的三次握手策略。

通过上面的概述，引来了咱们的重点知识问题：

1. TCP建立连接为什么是三次握手，而不是两次或四次？
2. 为什么又出现了四次挥手？什么是四次挥手？
   接下来，我们来一一解答这个问题。

三次握手

一些名词解释

• SYN：发起一个新连接
• ACK：确认序号有效
• PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层
• FIN：释放一个连接
• RST：重置连接
• URG：紧急指针（urgent pointer）有效
• Sequence number：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。
• Acknowledge number：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。
• establish：建立，创建

三次握手流程

所谓的三次握手，即是建立TCP的连接，是指在建立一个TCP的连接时，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：

三次握手

看到上面这图，感觉怎么样？一脸懵了吧，看看上面的名词解释吧。

• 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。
• 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 (number )=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。
• 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。

四次挥手

所谓的四次挥手即是终止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：

四次握手

由于TCP连接是全双工的，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。

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。

当然，还有其他的情况，上面如果是一方主动关闭了连接，另一方被动关闭的情况，实际中，可能还会出现同时发起主动关闭的情况，如下图：

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总结

简单的总结一下，关于TCP/IP相关的网络知识，还有很多很多我没有提到的、深入了解到的东西，因为在这里，我们只是为了探索Alamofire框架的一些前瞻知识，有一个大概的了解基础，并不是需要深入底层去了解网络TCP/IP，有兴趣的同学，可以去查查其他资料，有很多的，我这里就不深入了。接下来的文章，我们会慢慢的深入我们的主题 -- Alamofire