TCP/IP网络模型

TCP/IP模型

协议(protocol)是规定网络中双方通信方法的规则。TCP/IP是一个泛指，包括了TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP 等协议。
TCP/IP从上往下共分为四层模型，分别是：
链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP/RARP报文等。
网络层：负责路由以及把分组报文发送给目标网络或主机。
传输层：负责对报文进行分组和重组，并以TCP或UDP协议格式封装报文。
应用层：负责向用户提供应用程序，比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

数据在发送端经过各层时都会通过附加协议头(经过数据链路层还会附加协议尾)进行封装，以标识对应层所用的通信协议。

UDP

UDP全称用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，UDP是无法保证安全的。
1.无连接

• UDP在发送数据前不会进行三次握手，而是直接发送数据。
• UDP不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作，UDP 只会给数据增加一个 UDP 头标识下是 UDP 协议，然后就传递给网络层了。

2.有单播，多播，广播的功能
UDP 不止支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。

3.UDP是面向报文的
发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。

4. 不可靠性
不可靠性体现在无连接上，UDP通信不需要像TCP一样建立连接，想发就发，这样肯定无法保证数据的正确性、完整性。

并且收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。

其次是网络环境时好时坏，加之 UDP 因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包，但是优点也很明显，在某些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要使用 UDP 而不是 TCP。

5.UDP头部小，开销小
UDP 头部包含了以下几个字段：
两个十六位的端口号，分别为源端口（可选字段）和目标端口
整个数据报文的长度
整个数据报文的检验和（IPv4 可选 字段），该字段用于发现头部信息和数据中的错误
因此 UDP 的头部开销小，只有八字节，相比 TCP 的至少二十字节要少得多，在传输数据报文时是很高效的。

TCP

TCP协议全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由 IETF 的RFC 793定义。
三次握手

第一次握手

A向B发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后，客户端便进入 SYN-SENT 状态。

第二次握手

B收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发送一个应答，该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号，发送完成后便进入 SYN-RECEIVED 状态。

第三次握手

当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文。客户端发完这个报文段后便进入 ESTABLISHED 状态，服务端收到这个应答后也进入 ESTABLISHED 状态，此时连接建立成功。

四次挥手

TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

第一次挥手
客户端 A 认为数据发送完成，向服务端 B 发送连接释放请求。A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送。

第二次挥手
B 收到连接释放请求后，会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后B会发送 ACK 包，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。此时B端进入 CLOSE_WAIT 状态，此时表明 A 到 B 的连接已经释放，不再接收 A 发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的，所以 B 仍旧可以发送数据给 A。

第三次挥手
B继续发送剩下的数据，全部发送完毕后B会向 A 发送连接释放请求FIN，然后 B 便进入 LAST-ACK 状态。

第四次挥手
A 收到释放请求后，向 B 发送确认应答，此时 A 进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL（最大段生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃） 时间，若该时间段内没有 B 的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态。当 B 收到确认应答后，也便进入 CLOSED 状态。

TCP的特征
面向连接：TCP在发送数据前必须建立连接，发送完数据之后必须释放连接。

单播传输：受限于面向连接的特点，TCP只能进行单播传输，无法一对多和广播。

面向字节流：TCP在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。

可靠传输：对于可靠传输，判断丢包，误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。

提供拥塞控制：当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞

TCP提供全双工通信：TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）