1、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是什么？
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)的體積和價(jià)格都在下降，之前計(jì)算機(jī)多用于研究機(jī)構(gòu)，現(xiàn) 階段逐步進(jìn)入一般的公司用于辦公。原來(lái)計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)需要通過(guò)軟盤(pán)等第三方存儲(chǔ)介 質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)存，人們需要將數(shù)據(jù)直接通過(guò)通信線路傳輸，來(lái)縮短傳輸時(shí)間，于是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開(kāi) 始誕生，并逐漸發(fā)展為現(xiàn)在巨大的 Internet。
定義和分類
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)定義是：利用通信線路將地理上分散的、具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 和通信設(shè)備按不同的形式連接起來(lái)，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件及協(xié)議實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞 的系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從覆蓋范圍上劃分可以分為三類：局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。局域網(wǎng) LAN（作 用范圍一般為幾米到幾十公里）、城域網(wǎng) MAN（界于 WAN 與 LAN 之間）、廣域網(wǎng) WAN（作用 范圍一般為幾十到幾千公里）。當(dāng)然計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分不止這一種分類方式，可以按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 分類（總線型、環(huán)型、星型、網(wǎng)狀）、還可以按按信息的交換方式（電路交換、報(bào)文交換、 報(bào)文分組交換）來(lái)分等等方式
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展簡(jiǎn)史
1、誕生階段，20 世紀(jì) 60 年代中期之前的第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個(gè)計(jì)算機(jī)為中心的 遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。
2、ARPANET，多個(gè)主機(jī)通過(guò)通信線路互聯(lián)起來(lái)。60 年代初。當(dāng)時(shí)，美國(guó)國(guó)防部為了保 證美國(guó)本土防衛(wèi)力量和海外防御武裝在受到前蘇聯(lián)第一次核打擊以后仍然具有一定的生存 和反擊能力，認(rèn)為有必要設(shè)計(jì)出一種分散的指揮系統(tǒng)；它由一個(gè)個(gè)分散的指揮點(diǎn)組成，當(dāng)
部分指揮點(diǎn)被摧毀后，其它點(diǎn)仍能正常工作，并且在這些點(diǎn)之間能夠繞過(guò)那些已被摧毀的
指揮點(diǎn)而繼續(xù)保持聯(lián)系。這個(gè)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)很重要，理解了它，就能夠理解為何后面要學(xué)習(xí)
的 TCP 要這么設(shè)計(jì)。
為了對(duì)這一構(gòu)思進(jìn)行驗(yàn)證，1969 年，美國(guó)國(guó)防部國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署 (DOD／DARPA)資助建立了一個(gè)名為 ARPANET(即"阿帕網(wǎng)")的網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)大學(xué)的計(jì)算機(jī)主機(jī) 聯(lián)接起來(lái)，位于各個(gè)結(jié)點(diǎn)的大型計(jì)算機(jī)采用分組交換技術(shù)，通過(guò)專門(mén)的通信交換機(jī)和專門(mén)的 通信線路相互連接。E-mail、FTP 和 Telnet 在 ARPANET 上已經(jīng)誕生。
3、開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu)，OSI 誕生。ARPANET 興起后,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛,各大計(jì) 算機(jī)公司相繼推出自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的軟硬件產(chǎn)品。由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 不同廠商的產(chǎn)品之間互聯(lián)很困難,人們迫切需要一種開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,這樣應(yīng) 運(yùn)而生了兩種國(guó)際通用的最重要的體系結(jié)構(gòu), 為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的互相通訊，ISO 和 IEEE （電氣和電子工程師協(xié)會(huì)，是世界上最大的非營(yíng)利性專業(yè)技術(shù)學(xué)會(huì)）相繼提出了 OSI 參考模 型及其 TCP/IP 模型。由于 TCP/IP 盡早地制定了可行性較強(qiáng)的協(xié)議，提出了應(yīng)對(duì)技術(shù)快速革 新的協(xié)議，并及時(shí)進(jìn)行后期改良的方案，因此打敗了 OSI 模型，成為了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。
4、Internet 互聯(lián)網(wǎng) 20 世紀(jì) 90 年代至今的第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò), 就是我們所熟知的 Internet 互聯(lián)網(wǎng)。 既然網(wǎng)絡(luò)是很多的計(jì)算設(shè)備（電腦、手機(jī)等等）連接在一起的，這些計(jì)算設(shè)備來(lái)自不同 的公司，有不同的體系結(jié)構(gòu)，相互之間如何通信呢？這就好比我們的語(yǔ)言，中國(guó)地廣人多， 地方性語(yǔ)言也非常豐富，而且方言之間差距巨大。A 地區(qū)的方言可能 B 地區(qū)的人根本無(wú)法聽(tīng) 懂，所以要為全國(guó)進(jìn)行溝通建立一個(gè)語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，這就是我們的普通話的作用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議同我們的普通話一樣，幫助我們的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行溝通。 想要成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域高手，掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域知識(shí)就是必備的，而學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)領(lǐng)域知識(shí)過(guò)程就是理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的構(gòu)成、原理和工作方式的過(guò)程。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型
(Open System Interconnect
簡(jiǎn)稱
OSI
）是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織
(ISO) 和國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)
聯(lián)合制定的開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型，為開(kāi)放式互連信息系 統(tǒng)提供了一種功能結(jié)構(gòu)的框架。其目的是為異種計(jì)算機(jī)互連提供一個(gè)共同的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)框架， 并為保持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和兼容性提供共同的參考。這里所說(shuō)的開(kāi)放系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上指的是 遵循 OSI
參考模型和相關(guān)協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)互連的具有各種應(yīng)用目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 OSI 采用了分層的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，共分七層，
物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)
話層、表示層、應(yīng)用層
。
TCP/IP 模型
OSI
模型比較復(fù)雜且學(xué)術(shù)化，所以我們實(shí)際使用的
TCP/IP
模型，分
5
層，物理層、數(shù)據(jù) 鏈路層（
也有
TCP/IP
模型將物理層、數(shù)據(jù)鏈路層合稱為
網(wǎng)絡(luò)接口層
，與之對(duì)應(yīng)的，協(xié)議就 被稱為 TCP/IP
四層協(xié)議模型
）、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層
。兩個(gè)模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖 所示：
無(wú)論什么模型，每一個(gè)抽象層建立在低一層提供的服務(wù)上，并且為高一層提供服務(wù)。大 致來(lái)說(shuō)，可以這么理解（只是幫助我們理解，實(shí)際上肯定會(huì)有點(diǎn)出入），對(duì)于我們的 PC
機(jī) 來(lái)說(shuō)，物理層可以看成網(wǎng)卡，數(shù)據(jù)鏈路層可以看成網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層由操作負(fù) 責(zé)處理，應(yīng)用層則是常用的一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和我們自己所編寫(xiě)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。
TCP/IP
協(xié)議族
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
的簡(jiǎn)寫(xiě)，中譯名為傳輸控制協(xié)議
/
因特網(wǎng) 互聯(lián)協(xié)議，是 Internet
最基本的協(xié)議、
Internet
國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的
IP
協(xié)議和 傳輸層的 TCP
協(xié)議組成。協(xié)議采用了
5
層的層級(jí)結(jié)構(gòu)。然而在很多情況下，它是利用
IP
進(jìn) 行通信時(shí)所必須用到的協(xié)議群的統(tǒng)稱。也就是說(shuō)，它其實(shí)是個(gè)協(xié)議家族，由很多個(gè)協(xié)議組成， 并且是在不同的層， 是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)通信架構(gòu)。
IP、TCP 和 UDP?
在上述圖形中，網(wǎng)際協(xié)議
IP
是
TCP/IP
中非常重要的協(xié)議，往往用來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)中唯一的 一臺(tái)計(jì)算設(shè)備，它的作用就好比我們現(xiàn)實(shí)生活中的電話號(hào)碼或者或者通訊地址。所以這層負(fù) 責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)加上 IP
地址（有發(fā)送它的主機(jī)的地址（源地址）和接收它的主機(jī)的地址（目的地 址））和其他的數(shù)據(jù)以確定傳輸?shù)哪繕?biāo)。 而 TCP
和
UDP
都是傳輸層的協(xié)議，傳輸層主要為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的 通信。
TCP
有點(diǎn)類似于我們?nèi)粘Ｉ钪械拇螂娫?，電話接通后通過(guò)“喂”確認(rèn)對(duì)方身份，聽(tīng)不 清會(huì)要求對(duì)方重說(shuō)，對(duì)方說(shuō)的太快了會(huì)要求對(duì)方說(shuō)慢點(diǎn)，講完了各說(shuō)一句“再見(jiàn)”結(jié)束通話。 TCP 提供了一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，
TCP
是面向連接的，也就是說(shuō)，利用
TCP
通信的兩臺(tái) 主機(jī)首先要經(jīng)歷一個(gè)建立連接的過(guò)程，等到連接建立后才開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)，而且傳輸過(guò)程中采 用“
帶重傳的肯定確認(rèn)
”
技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>
TCP
還采用一種稱為
“
滑動(dòng)窗口
”
的方式進(jìn) 行流量控制，發(fā)送完成后還會(huì)關(guān)閉連接。
UDP
（
User Datagram Protocol
的簡(jiǎn)稱， 中文名是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）有點(diǎn)類似于我們?nèi)?常生活中通過(guò)不靠譜的物流系統(tǒng)寄東西。UDP
是把數(shù)據(jù)直接發(fā)出去，而不管對(duì)方是不是在接 收，也不管對(duì)方是否能接收的了，也不需要接收方確認(rèn)，屬于不可靠的傳輸，可能會(huì)出現(xiàn)丟 包現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中要求程序員編程驗(yàn)證。 所以 TCP
要比
UDP
可靠的多。
注意：
我們一些常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基本上都是基于
TCP
和
UDP
的，這兩個(gè)協(xié)議又會(huì)使用網(wǎng)絡(luò)層
的
IP
協(xié)議。但是我們完全可以繞過(guò)傳輸層的
TCP
和
UDP
，直接使用
IP
，比如
Linux
內(nèi)核中的
LVS
就可以直接基于
IP
層進(jìn)行負(fù)載平衡調(diào)度；甚至還可以直接訪問(wèn)鏈路層，比如
tcpdump
程序就是直接和鏈路層進(jìn)行通信的。
?TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸中的數(shù)據(jù)
每個(gè)分層中，都會(huì)對(duì)所發(fā)送的數(shù)據(jù)附加一個(gè)首部，在這個(gè)首部中包含了該層必要的信息， 如發(fā)送的目標(biāo)地址以及協(xié)議相關(guān)信息。通常，為協(xié)議提供的信息為包首部，所要發(fā)送的內(nèi)容 為數(shù)據(jù)。在下一層的角度看，從上一層收到的包全部都被認(rèn)為是本層的數(shù)據(jù)。 網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包由兩部分組成：一部分是協(xié)議所要用到的首部，另一部分是上一層 傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。首部的結(jié)構(gòu)由協(xié)議的具體規(guī)范詳細(xì)定義。在數(shù)據(jù)包的首部，明確標(biāo)明了協(xié)議應(yīng)該如何讀取數(shù)據(jù)。反過(guò)來(lái)說(shuō)，看到首部，也就能夠了解該協(xié)議必要的信息以及所要處理的 數(shù)據(jù)。我們用用戶 A
發(fā)送，用戶
B
接受來(lái)說(shuō)說(shuō)明：
①
用戶
A
應(yīng)用程序處理
首先應(yīng)用程序會(huì)進(jìn)行編碼處理產(chǎn)生報(bào)文
/
消息（
message
）交給下面的
TCP
層。
②
用戶
A TCP
模塊的處理
TCP
根據(jù)應(yīng)用的指示，負(fù)責(zé)建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)以及斷開(kāi)連接。
TCP
提供將應(yīng)用層發(fā)來(lái)的 數(shù)據(jù)順利發(fā)送至對(duì)端的可靠傳輸。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，需要將應(yīng)用層數(shù)據(jù)封裝為報(bào)文段 （segment
）并附加一個(gè)
TCP
首部然后交給下面的
IP
層。
③
用戶
A IP
模塊的處理
IP
將
TCP
傳過(guò)來(lái)的
TCP
首部和
TCP
數(shù)據(jù)合起來(lái)當(dāng)做自己的數(shù)據(jù)，并在
TCP
首部的前端 加上自己的 IP
首部生成
IP
數(shù)據(jù)報(bào)（
datagram
）然后交給下面的數(shù)據(jù)鏈路層。
④
用戶
A
數(shù)據(jù)鏈路層的處理
從
IP
傳過(guò)來(lái)的
IP
包對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)說(shuō)就是數(shù)據(jù)。給這些數(shù)據(jù)附加上鏈路層首部封裝為 鏈路層幀（frame
），生成的鏈路層幀（
frame
）將通過(guò)物理層傳輸給接收端。
⑤
用戶
B
數(shù)據(jù)鏈路層的處理
用戶
B
主機(jī)收到鏈路層幀（
frame
）后，首先從鏈路層幀（
frame
）首部找到
MAC 地址
判斷 是否為發(fā)送給自己的包，若不是則丟棄數(shù)據(jù)。 如果是發(fā)送給自己的包，則從以太網(wǎng)包首部中的類型確定數(shù)據(jù)類型，再傳給相應(yīng)的模塊，如 IP、
ARP
等。這里的例子則是
IP
。
⑥
用戶
B IP
模塊的處理
IP
模塊接收到 數(shù)據(jù)后也做類似的處理。從包首部中判斷此
IP
地址是否與自己的
IP
地址 匹配，如果匹配則根據(jù)首部的協(xié)議類型將數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的模塊，如 TCP
、
UDP
。這里的例 子則是 TCP
。
⑦
用戶
B TCP
模塊的處理
在
TCP
模塊中，首先會(huì)計(jì)算一下校驗(yàn)和，判斷數(shù)據(jù)是否被破壞。然后檢查是否在按照序號(hào) 接收數(shù)據(jù)。最后檢查端口號(hào)，確定具體的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)被完整地接收以后，會(huì)傳給由端口 號(hào)識(shí)別的應(yīng)用程序。
⑧
用戶
B
應(yīng)用程序的處理
接收端應(yīng)用程序會(huì)直接接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。通過(guò)解析數(shù)據(jù)，展示相應(yīng)的內(nèi)容。
?
地址和端口號(hào)
MAC
地址
我們常聽(tīng)說(shuō)
MAC
地址和
IP
地址。
MAC
地址全稱叫做媒體訪問(wèn)控制地址，也稱為局域網(wǎng)地址（
LAN Address
），
MAC
位址， 以太網(wǎng)地址（Ethernet Address
）或物理地址（
Physical Address
），由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)時(shí) 寫(xiě)在硬件內(nèi)部。MAC
地址與網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，也即無(wú)論將帶有這個(gè)地址的硬件（如網(wǎng)卡、集線器、 路由器等）接入到網(wǎng)絡(luò)的何處，都有相同的 MAC
地址，它由廠商寫(xiě)在網(wǎng)卡的
BIOS
里，從理 論上講，除非盜來(lái)硬件（網(wǎng)卡），否則是沒(méi)有辦法冒名頂替的。 MAC 地址共
48
位（6 個(gè)字節(jié)）。前
24
位由
IEEE
（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）決定如何分 配，后 24
位由實(shí)際生產(chǎn)該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廠商自行制定。例如：
FF:FF:FF:FF:FF:FF 或 FF-FF-FF-FF-FF-FF
?
IP 地址
IP
地址（
Internet Protocol Address
）的全稱叫作互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址，它的本義是為互聯(lián)網(wǎng) 上的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺(tái)主機(jī)配置一個(gè)唯一的邏輯地址，用來(lái)與物理地址作區(qū)分。 所以 IP
地址用來(lái)識(shí)別
TCP/IP
網(wǎng)絡(luò)中互連的主機(jī)和路由器。
IP
地址基于邏輯，比較靈 活，不受硬件限制，也容易記憶。
IP
地址分為：
IPv4
和
IPv6
。我們這里著重講的是
IPv4
地址，
IP
地址是由
32
位的二進(jìn)制 數(shù)組成，它們通常被分為 4
個(gè)“
8
位二進(jìn)制數(shù)”，我們可以把它理解為
4
個(gè)字節(jié)，格式表示 為：（A.B.C.D
）。其中，
A
，
B
，
C
，
D
這四個(gè)英文字母表示為
0-255
的十進(jìn)制的整數(shù)。例192.168.1.1
Tips
：
IP
地址和
MAC
地址之間的區(qū)別
1
、對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的一些設(shè)備，路由器或者是
PC
及而言，
IP
地址的設(shè)計(jì)是出于拓?fù)湓O(shè)計(jì)
出來(lái)的，要在不重復(fù)
IP
地址的情況下，它是可以隨意更改的；而
MAC
地址是根據(jù)生產(chǎn)廠
商燒錄好的，它一般不能改動(dòng)的，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)一臺(tái)
PC
機(jī)的網(wǎng)卡壞了之后，更換了網(wǎng)卡之
后
MAC
地址就會(huì)變了。
2
、在前面的介紹里面，它們最明顯的區(qū)別就是長(zhǎng)度不同，
IP
地址的長(zhǎng)度為
32
位，而
MAC
地址為
48
位。
3
、它們的尋址協(xié)議層不同。
IP
地址應(yīng)用于
OSI
模型的網(wǎng)絡(luò)層，而
MAC
地址應(yīng)用在
OSI
模型的數(shù)據(jù)鏈路層。 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以使數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到相同鏈路的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)
上（通過(guò)
MAC
地址），而網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議使數(shù)據(jù)可以從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳遞到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上（
ARP
根
據(jù)目的
IP
地址，找到中間節(jié)點(diǎn)的
MAC
地址，通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)傳送，從而最終到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)）。
4
、分配依據(jù)不同。
IP
地址的分配是基于我們自身定義的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/em>
MAC
地址的分配是
基于制造商。
端口號(hào)
在傳輸層也有這種類似于地址的概念，那就是端口號(hào)。端口號(hào)用來(lái)識(shí)別同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中 進(jìn)行通信的不同應(yīng)用程序。因此，它也被稱為程序地址。 一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)可以運(yùn)行多個(gè)程序。傳輸層協(xié)議正是利用這些端口號(hào)識(shí)別本機(jī)中正在 進(jìn)行通信的應(yīng)用程序，并準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)傳輸
?
面試題：為什么端口號(hào)有 65535 個(gè)？
因?yàn)樵?
TCP
、
UDP
協(xié)議報(bào)文的開(kāi)頭，會(huì)分別有
16
位二進(jìn)制來(lái)存儲(chǔ)源端口號(hào)和目標(biāo)端口 號(hào)，所以端口個(gè)數(shù)是 2^16=65536
個(gè)，但是
0
號(hào)端口用來(lái)表示所有端口，所以實(shí)際可用的端 口號(hào)是 65535
個(gè)
端口號(hào)的確定
? 標(biāo)準(zhǔn)既定的端口號(hào)：這種方法也叫靜態(tài)方法。它是指每個(gè)應(yīng)用程序都有其指定的端 口號(hào)。但并不是說(shuō)可以隨意使用任何一個(gè)端口號(hào)。例如 HTTP、
FTP
、
TELNET
等廣為使用的 應(yīng)用協(xié)議中所使用的端口號(hào)就是固定的。這些端口號(hào)被稱為知名端口號(hào)，分布在 0~1023
之 間，我們?cè)诰帉?xiě)自己的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)時(shí)，盡量不要使用這些端口號(hào)。
? 時(shí)序分配法：服務(wù)器有必要確定監(jiān)聽(tīng)端口號(hào)，以讓客戶端程序訪問(wèn)服務(wù)器上的服務(wù)。 但是客戶端沒(méi)必要確定端口號(hào)。在這種方法下，客戶端應(yīng)用程序完全可以不用自己設(shè)置端口 號(hào)，而全權(quán)交給操作系統(tǒng)進(jìn)行分配，客戶端使用的臨時(shí)端口號(hào)，操作系統(tǒng)分配的一般都是大 于 10000
的。
觀察端口號(hào)
Windows
下使用
netstat -ano
查看所有端口號(hào)，
netstat -ano|findstr
“
<
端口號(hào)
>
”查看 指定端口號(hào)。
Linux
下可以用
root
用戶執(zhí)行
lsof -i:
端口號(hào)查看指定端口占用。
?lsof -i -U：顯示所有打開(kāi)的 UNIX domain 和端口文件
我們用的更多的是
netstat
netstat -tunlp
用于顯示
tcp
，
udp
的端口和進(jìn)程等相關(guān)情況。
netstat
查看端口占用語(yǔ)法格式：
netstat -tunlp | grep
端口號(hào)
-t (tcp)
僅顯示
tcp
相關(guān)選項(xiàng)
-u (udp)
僅顯示
udp
相關(guān)選項(xiàng)
-n
拒絕顯示別名，能顯示數(shù)字的全部轉(zhuǎn)化為數(shù)字
-l
僅列出在
Listen(
監(jiān)聽(tīng)
)
的服務(wù)狀態(tài)
-p
顯示建立相關(guān)鏈接的程序名
綜述
所以一般來(lái)說(shuō)，不管計(jì)算機(jī)中有多少網(wǎng)卡，每個(gè)網(wǎng)卡都會(huì)有自己的
MAC
地址，這個(gè) MAC 地址是不會(huì)變化的。而每個(gè)網(wǎng)卡在正常工作的情況下，都會(huì)有一個(gè)
IP
地址，這個(gè)
IP 地址完全是可以變化的。而這臺(tái)計(jì)算機(jī)中承載的各種應(yīng)用程序可以擁有自己的端口號(hào)，然后 通過(guò)服務(wù)器的網(wǎng)卡，正確地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。
一臺(tái)服務(wù)器上的不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序必須有不同的端口號(hào)，A
程序啟動(dòng)了使用了端口
x
， B 程序啟動(dòng)就不能使用端口
x
，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)“
Address already in use
”。 總的來(lái)說(shuō)，操作系統(tǒng)是通過(guò)源 IP
地址、目標(biāo)
IP
地址、協(xié)議號(hào)（協(xié)議類型）、源端口號(hào) 以及目標(biāo)端口號(hào)這五個(gè)元素唯一性的識(shí)別一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的通信
面試題：一臺(tái)主機(jī)上只能保持最多 65535 個(gè) TCP 連接，對(duì)嗎？
這個(gè)說(shuō)法不對(duì)，我們分服務(wù)器和客戶端分開(kāi)討論，以下的討論都基于服務(wù)器和客戶端都 只有 1
個(gè)
IP
地址。
服務(wù)端
我們已經(jīng)知道網(wǎng)絡(luò)通信五元組是由過(guò)源
IP
地址、目標(biāo)
IP
地址、協(xié)議號(hào)（協(xié)議類型）、 源端口號(hào)以及目標(biāo)端口號(hào)構(gòu)成?，F(xiàn)在考察的是 TCP
連接，自然五元組中的協(xié)議號(hào)已經(jīng)定下 來(lái)了，于是網(wǎng)絡(luò)通信五元組就變化為 TCP
四元組。
那就是說(shuō)
TCP
連接四元組是由源
IP
地址、源端口、目的
IP
地址和目的端口構(gòu)成。 很明顯當(dāng)四元組中任意一個(gè)元素發(fā)生了改變，那么就代表的是一條完全不同的新連接。 拿我們常用的 MySQL
舉例，假設(shè)它的
IP
是
X
，端口
3306
。用戶
A
基于
IP
地址
A1
，端口 PA 連接
MySQL
，于是構(gòu)成了一個(gè)
TCP
連接四元組
(A1,PA,X,3306)
。用戶
B
基于
IP
地址
B1
， 端口 PB
連接同一個(gè)
MySQL
，這個(gè)時(shí)候
MySQL
需要開(kāi)啟一個(gè)新端口來(lái)和用戶
B
通信嗎？從 我們?nèi)粘５拈_(kāi)發(fā)就可以知道，MySQL
并不需要這么做，所以用戶
B
就和
MySQL
構(gòu)成了一個(gè) 新的 TCP
連接四元組
(B1,PB,X,3306)
。
服務(wù)端理論上能達(dá)成的最高并發(fā)數(shù)量是多少？從我們上面的用戶
A
和用戶
B
構(gòu)成的
TCP 連接四元組：
(A1,PA,X,3306)
(B1,PB,X,3306)
可以看到目的
IP
地址和目的端口（
X,3306
）是不變的，這樣就只剩下源
IP
地址、源端 口是可變的。IP
地址是一個(gè)
32
位的整數(shù)，所以源
IP
最大有
2
的
32
次方這么多個(gè)。 端 口是一個(gè) 16
位的整數(shù)，所以端口的數(shù)量就是
2
的
16
次方。
2
的
32
次方（
ip
數(shù)）×
2 的 16
次方（
port
數(shù)）大約等于兩百多萬(wàn)億。所以理論上，我們每個(gè)
server
可以接收的連 接上限就是兩百多萬(wàn)億。
當(dāng)然實(shí)際上做不到，目前工程實(shí)踐中可以達(dá)到的連接數(shù)在千萬(wàn)級(jí)別?；?
Java
的應(yīng)用 程序大概能支持百萬(wàn)級(jí)別，具體怎么做會(huì)在本課程第五章中詳細(xì)說(shuō)明。
客戶端
前面我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)，“客戶端應(yīng)用程序完全可以不用自己設(shè)置端口號(hào)，而全權(quán)交給操作 系統(tǒng)進(jìn)行分配”，可用的端口號(hào)只有 6
萬(wàn)多，從這個(gè)角度考慮，客戶端最多只能發(fā)起
6
萬(wàn)多 條 TCP
連接。但其實(shí)也不是。
從
TCP
連接四元組來(lái)考慮：源
IP
地址、源端口、目的
IP
地址和目的端口，目的
IP
地址 和目的端口指的是服務(wù)器的 IP
和端口，源
IP
地址、源端口自然就是客戶端的。 只要服務(wù)器的 IP
或者端口不一樣，即使客戶端的
IP
和端口是一樣的。這個(gè)四元組也 是屬于一條完全不同的新連接。比如：
連接
1
：客戶端
IP 10000
服務(wù)器
IP 10000
連接
2
：客戶端
IP 10000
服務(wù)器
IP 20000
雖然客戶端的
IP
和端口完全一樣，但由于服務(wù)器側(cè)的端口不同，所以仍然是兩條不同的連 接。問(wèn)題來(lái)了，客戶端同一個(gè)端口可以連接不同的服務(wù)器嗎？答案是可以的。 客戶端只要啟動(dòng)時(shí)不顯示綁定到某個(gè)端口上，內(nèi)核是可以使用一個(gè)端口連不同的服務(wù)端， 內(nèi)核會(huì)自己進(jìn)行選擇并恰當(dāng)?shù)貜?fù)用的，而且完全不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)混亂，因?yàn)椤霸?IP
地址、目 標(biāo) IP
地址、源端口號(hào)以及目標(biāo)端口號(hào)就能唯一性確定一個(gè)
TCP
連接”。 那么對(duì)客戶端來(lái)說(shuō)，四元組里有 3
個(gè)可變，自然客戶端能同時(shí)支持的連接數(shù)比服務(wù)器還 要大得多。
TCP
特性
在我們上面的講述中，存在著客戶端和服務(wù)端兩者角色，在網(wǎng)絡(luò)通信里是怎么區(qū)分的？ 這個(gè)就牽涉到了 TCP
的相關(guān)特性。 TCP（
Transmission Control Protocol
）是面向連接的通信協(xié)議，通過(guò)三次握手建立連接， 然后才能開(kāi)始數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，通訊完成時(shí)要拆除連接，由于 TCP
是面向連接的所以只能用于端 到端的通訊。
TCP
提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)，數(shù)據(jù)有可能被拆分后發(fā)送，那么采用超時(shí)重傳機(jī) 制是和應(yīng)答確認(rèn)機(jī)制是組成 TCP
可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)計(jì)。 而超時(shí)重傳機(jī)制中最最重要的就是重傳超時(shí)（RTO
，
Retransmission TimeOut
）的時(shí)間選 擇，很明顯，在工程上和現(xiàn)實(shí)中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是十分復(fù)雜多變的，有時(shí)候可能突然的抽風(fēng)，有時(shí) 候可能突然的又很順暢。在數(shù)據(jù)發(fā)送的過(guò)程中，如果用一個(gè)固定的值一直作為超時(shí)計(jì)時(shí)器的 時(shí)長(zhǎng)是非常不經(jīng)濟(jì)也非常不準(zhǔn)確的方法，這樣的話，超時(shí)的時(shí)長(zhǎng)就需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況動(dòng)態(tài)調(diào) 整，就需要采樣統(tǒng)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)包從發(fā)送端發(fā)送出去到接收到這個(gè)包的回復(fù)這段時(shí)長(zhǎng)來(lái)動(dòng)態(tài)設(shè) 置重傳超時(shí)值，這個(gè)時(shí)長(zhǎng)就是為 RTT
，學(xué)名
round-trip time
，然后再根據(jù)這個(gè)
RTT
通過(guò)各種 算法和公式平滑 RTT
值后，最終確定重傳超時(shí)值。 而 IP
層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，是不能保證數(shù)據(jù)包按照發(fā)送的順序達(dá)到目的機(jī)器。當(dāng)
IP
將把 它們向‘
上
’
傳送到
TCP
層后，
TCP
將包排序并進(jìn)行錯(cuò)誤檢查。
TCP
數(shù)據(jù)包中包括序號(hào)和確認(rèn)， 所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。
TCP
還采用一種稱為
“
滑動(dòng)窗口
”
的方式進(jìn)行流量控制，所謂窗口實(shí)際表示接收能力，用 以限制發(fā)送方的發(fā)送速度。 同時(shí) TCP
還允許在一個(gè)
TCP
連接上，通信的雙方可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，也就是所謂的全 雙工。 面向連接的服務(wù)（例如 Telnet
、
FTP
、
rlogin
、
X Windows
和
SMTP
）需要高度的可靠性， 所以它們使用了 TCP
。
DNS
在某些情況下使用
TCP
（發(fā)送和接收域名數(shù)據(jù)庫(kù)），但使用
UDP 傳送有關(guān)單個(gè)主機(jī)的信息。
TCP
三次握手
TCP
提供面向有連接的通信傳輸。面向有連接是指在數(shù)據(jù)通信開(kāi)始之前先做好兩端之間 的準(zhǔn)備工作。 所謂三次握手是指建立一個(gè) TCP
連接時(shí)需要客戶端和服務(wù)器端總共發(fā)送三個(gè)包以確認(rèn) 連接的建立。在 socket
編程中，這一過(guò)程由客戶端執(zhí)行
connect
來(lái)觸發(fā)，所以網(wǎng)絡(luò)通信中， 發(fā)起連接的一方我們稱為客戶端，接收連接的一方我們稱之為服務(wù)端。 簡(jiǎn)易速記版
但是簡(jiǎn)易速記版，在真實(shí)的面試中不能讓面試官滿意，很多公司還會(huì)考察握手過(guò)程中的
具體詳情
第一次握手：客戶端將請(qǐng)求報(bào)文標(biāo)志位
SYN
置為
1
，請(qǐng)求報(bào)文的
Sequence Number
字段 （簡(jiǎn)稱 seq
）中填入一個(gè)隨機(jī)值
J
，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給服務(wù)器端，客戶端進(jìn)入
SYN_SENT
狀 態(tài)，等待服務(wù)器端確認(rèn)。
第二次握手：服務(wù)器端收到數(shù)據(jù)包后由請(qǐng)求報(bào)文標(biāo)志位
SYN=1
知道客戶端請(qǐng)求建立連 接，服務(wù)器端將應(yīng)答報(bào)文標(biāo)志位 SYN
和
ACK
都置為
1
，應(yīng)答報(bào)文的
Acknowledgment Number 字段（簡(jiǎn)稱 ack
）中填入
ack=J+1
，應(yīng)答報(bào)文的
seq
中填入一個(gè)隨機(jī)值
K
，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送 給客戶端以確認(rèn)連接請(qǐng)求，服務(wù)器端進(jìn)入 SYN_RCVD
狀態(tài)。
第三次握手：客戶端收到應(yīng)答報(bào)文后，檢查
ack
是否為
J+1
，
ACK
是否為
1
，如果正確 則將第三個(gè)報(bào)文標(biāo)志位 ACK
置為
1
，
ack=K+1
，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給服務(wù)器端，服務(wù)器端檢 查 ack
是否為
K+1
，
ACK
是否為
1
，如果正確則連接建立成功，客戶端和服務(wù)器端進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)，完成三次握手，隨后客戶端與服務(wù)器端之間可以開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)了。
為什么
TCP
握手需要三次
?
TCP
是可靠的傳輸控制協(xié)議，而三次握手是保證數(shù)據(jù)可靠傳輸又能提高傳輸效率的最小 次數(shù)。為什么？RFC793
，也就是
TCP
的協(xié)議
RFC
中就談到了原因，這是因?yàn)椋?為了實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸， TCP
協(xié)議的通信雙方，都必須維護(hù)一個(gè)序列號(hào)， 以標(biāo)識(shí)發(fā)送 出去的數(shù)據(jù)包中，哪些是已經(jīng)被對(duì)方收到的。
舉例說(shuō)明：發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)包（假設(shè)大小為
10 byte
）時(shí)， 同時(shí)送上一個(gè)序號(hào)
(
假設(shè) 為 500)
，那么接收方收到這個(gè)數(shù)據(jù)包以后， 就可以回復(fù)一個(gè)確認(rèn)號(hào)（
510 = 500 + 10
） 告 訴發(fā)送方 “我已經(jīng)收到了你的數(shù)據(jù)包， 你可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包， 序號(hào)從 511
開(kāi)始” 。 三次握手的過(guò)程即是通信雙方相互告知
序列號(hào)起始值，并
確認(rèn)對(duì)方
已經(jīng)收到了序列號(hào) 起始值的必經(jīng)步驟。
如果只是兩次握手， 至多只有連接發(fā)起方的起始序列號(hào)能被確認(rèn)， 另一方選擇的序列 號(hào)則得不到確認(rèn)。 至于為什么不是四次，很明顯，三次握手后，通信的雙方都已經(jīng)知道了對(duì)方序列號(hào)起始
值，也確認(rèn)了對(duì)方知道自己序列號(hào)起始值，第四次握手已經(jīng)毫無(wú)必要了。
TCP
的三次握手的漏洞
-SYN
洪泛攻擊
但是在
TCP
三次握手中是有一個(gè)缺陷，被稱為
SYN
洪泛攻擊。三次握手中有一個(gè)第二 次握手，服務(wù)端向客戶端應(yīng)答請(qǐng)求，應(yīng)答請(qǐng)求是需要客戶端 IP
的，而且因?yàn)槲帐诌^(guò)程沒(méi)有 完成，操作系統(tǒng)使用隊(duì)列維持這個(gè)狀態(tài)（Linux 2.2
以后，這個(gè)隊(duì)列大小參數(shù)可以通過(guò) /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 設(shè)置）。于是攻擊者就偽造這個(gè)
IP
，往服務(wù)器端狂 發(fā)送第一次握手的內(nèi)容，當(dāng)然第一次握手中的客戶端 IP
地址是偽造的，從而服務(wù)端忙于進(jìn) 行第二次握手，但是第二次握手是不會(huì)有應(yīng)答的，所以導(dǎo)致服務(wù)器隊(duì)列滿，而拒絕連接。 面對(duì)這種攻擊，有以下的解決方案，最好的方案是防火墻
無(wú)效連接監(jiān)視釋放
這種方法不停監(jiān)視所有的連接，包括三次握手的，還有握手一次的，反正是所有的，當(dāng) 達(dá)到一定(
與
)
閾值時(shí)拆除這些連接，從而釋放系統(tǒng)資源。這種方法對(duì)于所有的連接一視同仁， 不管是正常的還是攻擊的，所以這種方式不推薦。
延緩
TCB
分配方法
一般的做完第一次握手之后，服務(wù)器就需要為該請(qǐng)求分配一個(gè)
TCB
（連接控制資源）， 通常這個(gè)資源需要 200
多個(gè)字節(jié)。延遲
TCB
的分配，當(dāng)正常連接建立起來(lái)后再分配
TCB
則 可以有效地減輕服務(wù)器資源的消耗。
使用防火墻
防火墻在確認(rèn)了連接的有效性后，才向內(nèi)部的服務(wù)器（
Listener
）發(fā)起
SYN
請(qǐng)求，
TCP
四次揮手（分手）
四次揮手即終止
TCP
連接，就是指斷開(kāi)一個(gè)
TCP
連接時(shí)，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā) 送 4
個(gè)包以確認(rèn)連接的斷開(kāi)。在
socket
編程中，這一過(guò)程由客戶端或服務(wù)端任一方執(zhí)行
close 來(lái)觸發(fā)。過(guò)程簡(jiǎn)易記憶版：
由于
TCP
連接是全雙工的，因此，每個(gè)方向都必須要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉。首先進(jìn)行關(guān)閉的一 方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方則執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉。
文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-576273.html
?由上圖可見(jiàn)，TCP 建立一個(gè)連接需 3 個(gè)分節(jié)，終止一個(gè)連接則需 4 個(gè)分節(jié)文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-576273.html
(1)
某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程首先調(diào)用
close
，我們稱該端執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉（
active close)
。該端的
TCP 于是發(fā)送一個(gè) FIN
分節(jié)，表示數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)入
FIN-WAIT-1
（終止等待
1
）狀態(tài)。
(2
）接收到這個(gè)
FIN
的對(duì)端執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉
(passive close)
，發(fā)出確認(rèn)報(bào)文。因?yàn)?
FIN
的接 收意味著接收端應(yīng)用進(jìn)程在相應(yīng)連接上再無(wú)額外數(shù)據(jù)可接收，接收端進(jìn)入了 CLOSE-WAIT
（關(guān) 閉等待）狀態(tài)，這時(shí)候處于半關(guān)閉狀態(tài)，即主動(dòng)關(guān)閉端已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，但是被動(dòng)關(guān) 閉端若發(fā)送數(shù)據(jù)，主動(dòng)關(guān)閉端依然要接受。這個(gè)狀態(tài)還要持續(xù)一段時(shí)間，也就是整個(gè) CLOSE-WAIT 狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間。主動(dòng)關(guān)閉端收到確認(rèn)報(bào)文后進(jìn)入
FIN-WAIT-2
（終止等待
2
）狀 態(tài)。
(3)
一段時(shí)間后，被動(dòng)關(guān)閉的應(yīng)用進(jìn)程將調(diào)用
close
關(guān)閉它的套接字。這導(dǎo)致它的
TCP
也 發(fā)送一個(gè) FIN
，表示它也沒(méi)數(shù)據(jù)需要發(fā)送了。
(4)
接收這個(gè)最終
FIN
的原發(fā)送端
TCP
（即執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉的那一端）確認(rèn)這個(gè)
FIN
發(fā)出一 個(gè)確認(rèn) ACK
報(bào)文，并進(jìn)入了
TIME-WAIT
（時(shí)間等待）狀態(tài)。注意此時(shí)
TCP
連接還沒(méi)有釋放， 必須經(jīng)過(guò) 2
?
MSL
（最長(zhǎng)報(bào)文段壽命
/
最長(zhǎng)分節(jié)生命期
max segement lifetime
，
MSL
是任何
IP 數(shù)據(jù)報(bào)能夠在因特網(wǎng)中存活的最長(zhǎng)時(shí)間，任何 TCP
實(shí)現(xiàn)都必須為
MSL
選擇一個(gè)值。
RFC 1122[Braden 1989]的建議值是
2
分鐘，不過(guò)源自
Berkelcy
的實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)上改用
30
秒這個(gè)值。 這意味著 TIME_WAIT
狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間在
1
分鐘到
4
分鐘之間）的時(shí)間后，當(dāng)主動(dòng)關(guān)閉端撤 銷相應(yīng)的 TCB
后，才進(jìn)入
CLOSED
狀態(tài)。
(5)
被動(dòng)關(guān)閉端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?？梢钥吹剑粍?dòng)關(guān)閉端結(jié)束
TCP
連接的時(shí)間要比主動(dòng)關(guān)閉 端早一些。 既然每個(gè)方向都需要一個(gè) FIN
和一個(gè)
ACK
，因此通常需要
4
個(gè)分節(jié)。我們使用限定詞“通 ?！笔且?yàn)椋耗承┣樾蜗虏襟E 1
的
FIN
隨數(shù)據(jù)一起發(fā)送
;
另外，步驟
2
和步驟
3
發(fā)送的分節(jié) 都出自執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉那-
一端，有可能被合并成一個(gè)分節(jié)。
為什么
TCP
的揮手需要四次？
TCP
是全雙工的連接，必須兩端同時(shí)關(guān)閉連接，連接才算真正關(guān)閉。 如果一方已經(jīng)準(zhǔn)備關(guān)閉寫(xiě)，但是它還可以讀另一方發(fā)送的數(shù)據(jù)。發(fā)送給 FIN
結(jié)束報(bào)文給 對(duì)方，對(duì)方收到后，回復(fù) ACK
報(bào)文。當(dāng)這方也已經(jīng)寫(xiě)完了準(zhǔn)備關(guān)閉，發(fā)送
FIN
報(bào)文，對(duì)方回 復(fù) ACK
。兩端都關(guān)閉，
TCP
連接正常關(guān)閉
為什么需要
TIME-WAIT
狀態(tài)？
TIME_WAIT
狀態(tài)存在的原因有兩點(diǎn)
1
、可靠的終止
TCP
連接。
2
、保證讓遲來(lái)的
TCP
報(bào)文有足夠的時(shí)間被識(shí)別并丟棄。 根據(jù)前面的四次握手的描述，我們知道，客戶端收到服務(wù)器的連接釋放的 FIN
報(bào)文后， 必須發(fā)出確認(rèn)。如最后這個(gè) ACK
確認(rèn)報(bào)文丟失，那么服務(wù)器沒(méi)有收到這個(gè)
ACK
確認(rèn)報(bào)文， 就要重發(fā) FIN
連接釋放報(bào)文，客戶端要在某個(gè)狀態(tài)等待這個(gè)
FIN
連接釋放報(bào)文段然后回復(fù)確 認(rèn)報(bào)文段，這樣才能可靠的終止 TCP
連接。 在 Linux
系統(tǒng)上，一個(gè)
TCP
端口不能被同時(shí)打開(kāi)多次，當(dāng)一個(gè)
TCP
連接處于
TIME_WAIT 狀態(tài)時(shí)，我們無(wú)法使用該鏈接的端口來(lái)建立一個(gè)新連接。反過(guò)來(lái)思考，如果不存在 TIME_WAIT狀態(tài)，則應(yīng)用程序能過(guò)立即建立一個(gè)和剛關(guān)閉的連接相似的連接（這里的相似，是指他們具 有相同的 IP
地址和端口號(hào)）。這個(gè)新的、和原來(lái)相似的連接被稱為原來(lái)連接的化身。新的 化身可能受到屬于原來(lái)連接攜帶應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的 TCP
報(bào)文段（遲到的報(bào)文段），這顯然是不 該發(fā)生的。這是 TIME_WAIT
狀態(tài)存在的第二個(gè)原因。
UDP
和
UDT
、
QUIC
UDP
概述
我們已經(jīng)知道
UDP
（
User Datagram Protocol
的簡(jiǎn)稱， 中文名是用戶數(shù)據(jù)報(bào) 協(xié)議）是把數(shù)據(jù)直接發(fā)出去，而不管對(duì)方是不是在接收，也不管對(duì)方是否能接收的了，也不需要接收方確認(rèn)，屬于不靠的傳輸，可能會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng) 用中要求程序員編程驗(yàn)證。
UDP
單播和廣播
單播的傳輸模式，定義為發(fā)送消息給一個(gè)由唯一的地址所標(biāo)識(shí)的單一的網(wǎng)絡(luò) 目的地。面向連接的協(xié)議和無(wú)連接協(xié)議都支持這種模式。 由于通訊不需要連接，所以可以實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送，所謂廣播——傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)（或 者子網(wǎng)）上的所有主機(jī)。 UDP 因?yàn)闆](méi)有
TCP
等一系列復(fù)雜機(jī)制，所以使用也非常廣泛，使用
UDP
的 服務(wù)包括 NTP
（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）和
DNS
（
DNS
也使用
TCP
），包總量較少的通信 （DNS
、
SNMP
等）；
2.
視頻、音頻等多媒體通信（即時(shí)通信）；
3.
限定于
LAN
等 特定網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用通信；4.DHCP
等協(xié)議就利用了
UDP
的廣播功能。 常用的 QQ
，就是一個(gè)以
UDP
為主，
TCP
為輔的通訊協(xié)議
UDT
基于
UDP
的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（
UDP-based Data Transfer Protocol
，簡(jiǎn)稱
UDT
） 是一種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。UDT
的主要目的是支持高速?gòu)V域網(wǎng)上的海量數(shù)據(jù)傳 輸，最典型的例子就是建立在光纖廣域網(wǎng)上的網(wǎng)格計(jì)算，一些研究所在這樣的網(wǎng) 絡(luò)上運(yùn)行他們的分布式的數(shù)據(jù)密集程式，例如，遠(yuǎn)程訪問(wèn)儀器、分布式數(shù)據(jù)挖掘 和高分辨率的多媒體流。 而互聯(lián)網(wǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 TCP
在高帶寬長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)上性能很差。 顧 名思義，UDT
建于
UDP
之上，并引入新的擁塞控制和數(shù)據(jù)可靠性控制機(jī)制。
UDT 是面向連接的雙向的應(yīng)用層協(xié)議。
UDT
的特性主要包括在以下幾個(gè)方面：
基于
UDP
的應(yīng)用層協(xié)議：有基本網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的朋友都知道
TCP
和
UDP
的區(qū)別 和使用場(chǎng)景，但是有沒(méi)有一種協(xié)議能同時(shí)兼顧 TCP
協(xié)議的安全可靠和
UDP
協(xié)議 的高效，那么 UDT
就是一種。 面向連接的協(xié)議：面向連接意味著兩個(gè)使用協(xié)議的應(yīng)用在彼此交換數(shù)據(jù)之前 必須先建立一個(gè)連接，當(dāng)然 UDT
是邏輯上存在的連接通道。這種連接的維護(hù)是 基于握手、Keep-alive
（?；睿┮约瓣P(guān)閉連接。 可靠的協(xié)議：依靠包序號(hào)機(jī)制、接收者的 ACK
響應(yīng)和丟包報(bào)告、
ACK
序號(hào)機(jī) 制、重傳機(jī)制(
基于丟包報(bào)告和超時(shí)處理
)
來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?雙工的協(xié)議：每個(gè) UDT
實(shí)例包含發(fā)送端和接收端的信息。 新的擁塞算法，并且具有可擴(kuò)展的擁塞控制框架：新的擁塞控制算法不同于 基于窗口的 TCP
擁塞控制算法
(
慢啟動(dòng)和擁塞避免
)
，是混合的基于窗口的、基于 速率的擁塞控制法。可擴(kuò)展的擁塞控制框架開(kāi)源的代碼和擁塞控制的 C++
類架 構(gòu)，可支持開(kāi)發(fā)者派生專用的擁塞控制算法。
帶寬估計(jì)：UDT
使用對(duì)包
(PP -- Packet pair)
的機(jī)制來(lái)估計(jì)帶寬值。即每
16
個(gè) 包為一組,
最后一個(gè)是對(duì)包
,
即發(fā)送方不用等到下一個(gè)發(fā)送周期內(nèi)再發(fā)送。接收方
接收到對(duì)包后對(duì)其到達(dá)時(shí)間行記錄
,
可結(jié)合上次記錄的值計(jì)算出鏈路的帶寬
(
計(jì) 算的方法稱為中值過(guò)濾法),
并在下次
ACK
中進(jìn)行反饋。
QUIC
QUIC
代表”快速
UDP Internet
連接”，基于
UDP
的傳輸層協(xié)議，它本身就 是 Google
嘗試將
TCP
協(xié)議重寫(xiě)為一種結(jié)合了
HTTP/2
、
TCP
、
UDP
和
TLS
（用于加 密）等多種技術(shù)的改進(jìn)技術(shù)。 谷歌希望 QUIC
通信技術(shù)逐漸取代
TCP
和
UDP
，作為在
Internet
上移動(dòng)二進(jìn) 制數(shù)據(jù)的新選擇協(xié)議，QUIC
協(xié)議的主要目的，是為了整合
TCP
協(xié)議的可靠性 和 UDP
協(xié)議的速度和效率。 由于 TCP
是在操作系統(tǒng)內(nèi)核和中間件固件中實(shí)現(xiàn)的，因此對(duì)
TCP
進(jìn)行重大 更改幾乎是不可能的（TCP
協(xié)議棧通常由操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如
Linux
、
Windows
內(nèi) 核或者其他移動(dòng)設(shè)備操作系統(tǒng)。修改 TCP
協(xié)議是一項(xiàng)浩大的工程，因?yàn)槊糠N設(shè) 備、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)都需要更新）。但是，由于 QUIC
建立在
UDP
之上，因此沒(méi)有 這種限制。
QUIC
的優(yōu)勢(shì)在于：
1
、采用多路復(fù)用 思想，一個(gè)連接可以同時(shí)承載多個(gè) 流
( stream )
，同時(shí)發(fā) 起多個(gè)請(qǐng)求。 請(qǐng)求間完全 獨(dú)立 ，某個(gè)請(qǐng)求阻塞甚至報(bào)文出錯(cuò)均不影響其他請(qǐng) 求。
2
、
QUIC
只需要
1RTT
（
Round-Trip Time
）的延遲就可以建立可靠安全的連接
, 相對(duì)于 TCP+TLS
的
3
次
RTT
要更加快捷。之后客戶端可以在本地緩存加密的認(rèn)證 信息，再次與服務(wù)器建立連接時(shí)可以實(shí)現(xiàn) 0-RTT
的連接建立延遲。
3
、
TCP
采用 重傳 機(jī)制，而
QUIC
采用 糾錯(cuò) 機(jī)制。 TCP 發(fā)生丟包時(shí)，需要一個(gè)等待延時(shí)判斷發(fā)生了丟包，然后再啟動(dòng)重傳機(jī)制， 這個(gè)過(guò)程會(huì)造成一定的阻塞，影響傳輸時(shí)間。 而 QUIC
則采用一種更主動(dòng)的方案，有點(diǎn)類似
RAID5
，每
n
個(gè)包額外發(fā) 一個(gè) 校驗(yàn)和包 。 如果這 n
個(gè)包中丟了一個(gè)包，可以通過(guò)其他包和校驗(yàn)和恢復(fù) 出來(lái)，完全不需要重傳。
4
、
QUIC
直接基于客戶端
(
應(yīng)用進(jìn)程
)
實(shí)現(xiàn)，而非基于內(nèi)核，可以快速迭代更 新，不需要操作系統(tǒng)層面的改造，部署靈活。
5
、連接保持
QUIC
在客戶端保存連接標(biāo)識(shí)，當(dāng)客戶端
IP
或者端口發(fā)生變化時(shí)，可以快 速恢復(fù)連接 —— 客戶端以標(biāo)識(shí)請(qǐng)求服務(wù)端，服務(wù)端驗(yàn)證標(biāo)識(shí)后感知客戶端新地 址端口并重新關(guān)聯(lián)，繼續(xù)通訊。 這對(duì)于改善移動(dòng)端應(yīng)用連接體驗(yàn)意義重大(
從 WiFi 切換到流量
)
到了這里，關(guān)于深入理解網(wǎng)絡(luò)通信和TCP、IP協(xié)議-01的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
