Transmission Control Protocol /Internet Protocol 传输控制协议/英特尔互联协议
TCP/IP是一个Protocol Stack，包括TCP、 IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、 SMTP、ARP等许多协议
最早发源于美国国防部（缩写DOD）的英特尔的前身ARPA网项目1983年1月1日，TCP/IP取代了旧的网络控制协议NCP，成为今天的互联网和局域网的基石和标准，由互联网工程任务组负责维护
共定义了四层
TCP/IP 协议和OSI模型
TCP/IP OSI参考模型
应用层 应用层
表示层
会话层
传输层 传输层
internet层 网络层
数据链路层 数据链路层
物理层 物理层
TCP特性
工作在传输层
面向连接协议
全双工协议
半关闭
错误检查
将数据打包成端，排序
确认机制
数据恢复重传
流量控制，滑动窗口
拥塞控制，慢启动和拥塞避免算法
TCP
源端口，目标端口：计算机上的进程要是和其他进程通信是通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过制定源端口和目标端口，就可以知道是那两个进程需要通信，源端口，目标端口是用16位表示的，可推算计算机端口个数为2^16个
序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号，在TCP链接中所传送的字节节流的每一个字节都会按顺序编号，由于序列号有32位表示，所以每2^32个字节，都会出现序列号回绕，再次从0开始
确认号：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号，也就是告诉发送发：我希望你下一次发送的数据的第一个字节数据的编号是这个确认号
数据偏移： 表示TCP报文段的首部长度，共4位 由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文的长度到底有多长，他指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远 ，该字段单位是32位，4位二进最大表示15 所以数据飘逸也是TCP首部最大60字节
TCP包头
URG：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段（urgent pointer）只有当URG=1时才有效
ACK：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。 TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段
PSH：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空 间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序 不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中
RST：如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必 须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应， 带RST标志的TCP报文段称为复位报文段
SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连 接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求 建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文 段称为同步报文段
FIN：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方： “我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段
序号和确认号和标记为
seq:序号：发送者的发的包的序号
ack:确认号：是接收者收到后返回的确认包
标记位：
URG:（紧急指针位）只有当URG=1时才有意义
ACK：（确认位）表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。
RST：重置位
SYN：同步位
FIN：结束位
TCP包头
窗口大小：表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量
校验和：提供额外的可靠性
紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置
选项部分：其最大长度可根据TCP首部长度进行推算
常见选项：
最大报文段长度：Maxium Segment Size，MSS
窗口扩大：Windows Scaling
时间戳： Timestamps
TCP三次握手
所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。
三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在socket编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手：
三次握手过程
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；
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.
TCP四次挥手
TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(four-way handshake)。
客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在socket编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。
四次挥手过程
step1：第一次挥手
首先，客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送，然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1，序列号seq=u。
step2：第二次挥手
服务器收到这个FIN，它发送一个ACK，确认ack为收到的序号加一。
step3：第三次挥手
关闭服务器到客户端的连接，发送一个FIN给客户端。
step4：第四次挥手
客户端收到FIN后，并发回一个ACK报文确认，并将确认序号seq设置为收到序号加一。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。
客户端发送FIN后，进入终止等待状态，服务器收到客户端连接释放报文段后，就立即给客户端发送确认，服务器就进入CLOSE_WAIT状态，
此时TCP服务器进程就通知高层应用进程，因而从客户端到服务器的连接就释放了。
此时是“半关闭状态”，即客户端不可以发送给服务器，服务器可以发送给客户端。
此时，如果服务器没有数据报发送给客户端，其应用程序就通知TCP释放连接，然后发送给客户端连接释放数据报，并等待确认。
客户端发送确认后，进入TIME_WAIT状态，但是此时TCP连接还没有释放，然后经过等待计时器设置的2MSL后，才进入到CLOSE状态。
为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次呢
这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的连接请求后，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，所以你可能未必会马上会关闭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，
所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
为什么不能用两次握手进行连接
我们知道，3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。
现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。
作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。
按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。
可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。
在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。
而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。
为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。
所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。
TCP超时重传
异常网络状态下（开始出现超时或丢包），TCP控制数据传输以保证其承若的可靠服务
TCP服务必须能够重传超时时间内未收到的TCP报文段
为此，TCP模块为每一个TCP报文段都维护一个重传定时器，该定时器在TCP报文段第一次被发送时启动
与TCP超时重传相关的两个内核参数：
/proc/sys/net/ipv4/tcp_retries1：最少执行的重传次数
proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2：做多执行的重传次数默认值15
TCP协议和UDP协议的区别是什么
TCP协议是有连接的，有连接的意思是开始传输实际数据之前TCP的客户端和服务器端必须通过三次握手建立连接，会话结束之后也要结束连接。
而UDP是无连接的
TCP协议保证数据按序发送，按序到达，提供超时重传来保证可靠性，
但是UDP不保证按序到达，甚至不保证到达，只是努力交付，即便是按序发送的序列，也不保证按序送到。
CP协议PORT
传输层通过port号，确认应用层协议
tcp ：传输控制协议，面向连接协议：通信前需要建立虚拟链路：结束后拆除链路 0-65535
udp:无连接的协议 0-65535
IANA：互联网数字分配机构（负责域名；数字资源；协议分配）
0-1023：系统端口或特权端口（仅管理员可用）总所周知，永久的分配个固定 的系统应用使用 22（ssh）80(http) 443(https)
1024-49125: 用户端口或注册端口但要求不严格
49152-65535：动态端口或私有端口，客户端程序随机使用端口
其范围的定义：/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
Internet协议特征
运行与OSI网络层
面向无连接的协议
独立处理数据包
分层编址
尽力而为传输
无数据恢复功能
单播多播广播
处地址类别外，还可以根据传输的信息特征将IP地址分为单播，多播，广播。主机使用IP地址进行一对一（单播），一对多（多播），或一对所有（广播）的通信
单播：单播地址是IP网络中最常见的。包含单播地址的分组发送给特定主机，
多播：多播地址让原设备能够将元分组发送给一组设备
广播：广播分组的目标IP地址的主机部分全为1 ，这以为着本地网络（广播域）中的所有主机都将接收并查看该分组
ARP地址解析协议：
IP PDU报头
版本：占4位，指IP协议的版本目前的IP协议版本号为4
首部长度：占4位，可表示的最大数值是15个单位，一个单位为四个字节，因此IP的首部长度的最大数值是60个字节
区分服务：占8位用来获得更好的服务，在旧标准中叫做服务类型，到实际上未被使用过，后改名为区分服务，只有在使用区分服务时，这个字段才起作用，一般的情况下都不使用
总长度：占16位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为65535字节，总长度不能超过最大传输单元MTU
标识：占16位它是一个计数器，通常,没发送一个只有当报文，该值会加1 ，也用于数据包分片，自同一个包的若干分片中，该值是相同的
标志：占3位，目前只有后两位有意义
DF：中间的一位，只有当DF=1是才允许分片。
MF：最高位,MF=1表示后面还有分片，表示最后一个分片
片偏移：占12位，指较长的分组 在分片后，该分片在原分组中的相对位置，片偏移以8个字节为偏移单位
生存时间：占8位，即为TTL数据报在网络中可通过的路由器的最大值，TTL字段是有发送端初始设置一个8bit字节，推荐的初始值由分配数字RFC指定，当前值为64 发送ICMP回显应答是=时经常把TTL设为最大值255
协议：占8位，指出此数据宝携带数据使用何种协议以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个处理过程，1表示ICMP协议，2表示为IGMP协议 ，6表示TCP协议，17表示为UDP协议
首部检验和：占16位，只验证数据报的首部不检验数据部分，这里不采用CRC检验码而采用简单的计算方法
原地址和目标地址：都各自占4个字节，分别记录原地址和目的地址
IP地址
他们可唯一标识IP网络中的每一台设备
每台主机（计算机，网络设备，外围设备）必须具有唯一的地址
IP地址有两部分组成：
标识网络
每个网络分配一个ID
主机ID：
标识单个主机
有组织非配给各设备
IP地址分类
A类：
0 000 0000 – 0111 1111:1-127
网络数：126,127
每个网络中的主机数：2^24-2
默认子网掩码：255.0.0.0
私网地址：10.0.0.0
B类：
10 00 0000 – 10 11 1111： 128-191
网络数：2^14
每个网络中的主机数：2^16 -2
默认子网掩码：255.255.0.0
私网地址：172.16.0.0-172.31.0.0
C类：
110 0 0000 -110 1 1111:192-223
网络数：2^21
每个网络中的主机数:2^8-2
默认子网掩码：255,255,255.0
D类：组播
E类：240-255
