摘要：協(xié)議地址解析協(xié)議，根據(jù)地址獲取地址。確認表示確認號字段有效，確認號無效。終止表示發(fā)送數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，要求釋放連接。

TCP/IP協(xié)議蔟分為4層結(jié)構(gòu)，分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層，每一層都由特定的協(xié)議與對方進行通信，在進行數(shù)據(jù)通信時，發(fā)送端的數(shù)據(jù)從應(yīng)用層往數(shù)據(jù)鏈路層方向流動，接收端的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)鏈路層往應(yīng)用層流動。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要工作是對電信號進行分組并形成具有特定意義的數(shù)據(jù)幀，然后以廣播的形式通過物流介質(zhì)發(fā)送給接受方，數(shù)據(jù)鏈路層處理數(shù)據(jù)的協(xié)議是以太網(wǎng)協(xié)議，它將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組封裝成數(shù)據(jù)幀，每個數(shù)據(jù)幀由首部、數(shù)據(jù)和尾部三部分組成，首部包含目標MAC地址、源MAC地址和類型，尾部為數(shù)據(jù)幀校驗序列，用于確定數(shù)據(jù)包在傳輸過程中是否損壞。數(shù)據(jù)傳輸采用廣播形式，把數(shù)據(jù)包發(fā)送給該子網(wǎng)內(nèi)的所有主機，子網(wǎng)內(nèi)每臺主機接收到這個包以后，都會讀取首部里的目標MAC地址，然后和自己的MAC地址進行比對，如果相同則進行下一步處理，如果不同，則丟棄這個包。

對于上面的過程，有幾個細節(jié)值得我們思考：

發(fā)送者如何知道接受者的MAC地址？

發(fā)送者如何知道接受者和自己同屬一個子網(wǎng)？

如果接受者和自己不在同一個子網(wǎng)，數(shù)據(jù)包如何發(fā)送給對方？

網(wǎng)絡(luò)層有如下幾個協(xié)議：

IP協(xié)議：MAC地址只與廠商有關(guān)，與所處的網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，所以無法通過MAC地址來判斷兩臺主機是否屬于同一個子網(wǎng)，因此，網(wǎng)絡(luò)層引入IP協(xié)議，制定了一套新地址，用于區(qū)分兩臺主機是否同屬于一個網(wǎng)絡(luò)，這套地址就是網(wǎng)絡(luò)地址-IP地址。

ARP協(xié)議：地址解析協(xié)議，根據(jù)IP地址獲取MAC地址。ARP首先發(fā)起一個請求數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的首部包含了目標主機的IP地址，數(shù)據(jù)包在鏈路層被封裝成數(shù)據(jù)幀并在子網(wǎng)內(nèi)廣播，每一臺主機都會接受到這個數(shù)據(jù)包，并取出目標IP地址，并與自己的IP地址進行比較，如果相同就返回自己的MAC地址，ARP接收返回消息，以此確定目標機的MAC地址，與此同時，ARP還會將返回的MAC地址與對應(yīng)的IP地址存入本機ARP緩存并保留一段時間。

路由協(xié)議：通過ARP協(xié)議的工作原理可以發(fā)現(xiàn)，ARP的MAC尋址還是局限在同一個子網(wǎng)中，因此網(wǎng)絡(luò)層引入路由協(xié)議，首先通過IP協(xié)議判斷兩臺主機是否在同一個子網(wǎng)中，如果在，通過ARP協(xié)議查詢對應(yīng)的MAC地址，然后以廣播形式向該子網(wǎng)內(nèi)的主機發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果不在，以太網(wǎng)會將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給本子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)進行路由，網(wǎng)關(guān)是子網(wǎng)與子網(wǎng)間的橋梁，經(jīng)過網(wǎng)關(guān)的多次轉(zhuǎn)發(fā)，最終將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目標IP所在的子網(wǎng)，然后再通過ARP協(xié)議獲取MAC地址。完成這個路由協(xié)議的設(shè)備就是路由器。

在網(wǎng)絡(luò)層被包裝的數(shù)據(jù)包就叫IP數(shù)據(jù)包，IP數(shù)據(jù)包由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成，首部包含目標IP地址和源IP地址，網(wǎng)絡(luò)層的主要工作是定義網(wǎng)絡(luò)地址，區(qū)分網(wǎng)段，子網(wǎng)內(nèi)MAC尋址，對不同子網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行路由。

鏈路層定義了MAC地址，網(wǎng)絡(luò)層定義了IP地址，有了這兩個地址，數(shù)據(jù)就能從一個主機發(fā)送到另一個主機，但是數(shù)據(jù)實際上是從一個主機上的某個應(yīng)用程序發(fā)出，當數(shù)據(jù)包被接收后，也無法確定哪個應(yīng)用程序要接收這個數(shù)據(jù)包。

因此傳輸層引入UDP協(xié)議來解決這個問題，UDP定義了端口號，同一個主機的每一個應(yīng)用程序都需要指定唯一的端口號，并且在傳輸數(shù)據(jù)時在數(shù)據(jù)上加上端口信息，UDP定義的數(shù)據(jù)包叫做UDP數(shù)據(jù)包。UDP數(shù)據(jù)包由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成，首部包括源端口和目標端口。

UDP協(xié)議比較簡單，實現(xiàn)容易，但是沒有確認機制，可靠性較差，為了解決這個問題，TCP協(xié)議就被引入，TCP協(xié)議是一種面向連接的、可靠地、基于字節(jié)流的通信協(xié)議。TCP協(xié)議每發(fā)出一個數(shù)據(jù)包都要求確認，如果數(shù)據(jù)包丟失，收不到確認信息，發(fā)送發(fā)就必須重發(fā)這個數(shù)據(jù)包。

TCP為了保證傳輸?shù)目煽啃?，在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前，必須和對方建立可靠的連接。由此才有TCP的三次握手機制。下面是TCP三次握手過程中使用到的幾個名詞：

序列號seq：是TCP報文段的第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)編號，其中第一個TCP報文段的第一個字節(jié)編號由本地隨機產(chǎn)生。

確認號ack：期待收到對方下一個報文段的序列號，因此確認號為序列號+1。

確認ACK：ACK=1表示確認號字段有效，ACK=0確認號無效。

同步SYN：SYN這個標志在TCP建立連接時才會被置為1，握手完成被置為0。

終止FIN：FIN=1表示發(fā)送數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，要求釋放連接。

主機A向主機B請求建立TCP連接，其TCP的三次握手過程如下：

主機A向主機B發(fā)送TCP連接請求數(shù)據(jù)包，SYN=1，seq=x。

主機B向主機A發(fā)送連接確認數(shù)據(jù)包，SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1。

主機A向主機B發(fā)送再次確認數(shù)據(jù)包，ACK=1，seq=x+1,ack=y+1。

主機A主機B的TCP鏈接斷開，其TCP的四次揮手過程如下：

由于TCP連接時雙全工的(即數(shù)據(jù)可以在兩個方向上同時傳遞)，所以進行關(guān)閉時每個方向都要多帶帶進行關(guān)閉，這個單方向的關(guān)閉就叫半關(guān)閉，當一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，就發(fā)送一個FIN來向另一方通告將要終止這個方向的連接。

A確認發(fā)送完數(shù)據(jù)后，想要關(guān)閉連接，發(fā)送FIN給B。

B收到A發(fā)送的FIN，發(fā)送ACK回復(fù)。

但這時B可能還在發(fā)送數(shù)據(jù)，所以沒有想要關(guān)閉連接的意思，所以FIN和ACK不是同時發(fā)送的，等B數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，才會發(fā)送ACK=1，F(xiàn)IN=1。

A收到B發(fā)來的FIN，回復(fù)ACK=1，A等待2MSL以后，沒有收到B傳來的任何消息，知道B已經(jīng)收到自己的確認消息ACK，A就關(guān)閉鏈接。

在A發(fā)送最后的ACK回復(fù)時，該ACK可能丟失，B如果沒有收到ACK，將不斷重復(fù)發(fā)送FIN片段，所以A不能立即關(guān)閉，它必須確認B接收到該ACK并關(guān)閉后，在2MSL內(nèi)沒有收到FIN，才會進行關(guān)閉。MSL指一個報文段在網(wǎng)絡(luò)中的最大存活時間。

傳輸層的主要工作內(nèi)容是定義端口，標識應(yīng)用程序身份，實現(xiàn)端口到端口的通信，TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p> 應(yīng)用層

理論上來講，有了以上三層協(xié)議的支持，數(shù)據(jù)已經(jīng)可以從一個主機的應(yīng)用程序傳輸?shù)搅硪慌_主機的應(yīng)用程序上了，但是傳輸過來的數(shù)據(jù)是字節(jié)流，不能被程序識別，因此應(yīng)用層定義了各種各樣的協(xié)議來規(guī)范數(shù)據(jù)格式，常見的有http、ftp等。應(yīng)用層的主要工作就是定義數(shù)據(jù)格式并按照對應(yīng)的格式解讀數(shù)據(jù)。

鏈路層：對數(shù)據(jù)進行分組，定義數(shù)據(jù)幀，確認主機的物理地址，傳輸數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層：定義IP地址，確認主機所在的網(wǎng)絡(luò)位置，并通過IP進行MAC尋址，對外網(wǎng)數(shù)據(jù)包進行路由轉(zhuǎn)發(fā)。

傳輸層：定義端口號，確認主機上應(yīng)用程序的身份，并將數(shù)據(jù)包交給對應(yīng)的應(yīng)用程序。

應(yīng)用層：定義數(shù)據(jù)格式，并按照對應(yīng)的格式解讀數(shù)據(jù)。

當輸入一個網(wǎng)址并按下回車鍵的時候，首先，應(yīng)用層協(xié)議對該請求包做了格式定義，緊接著傳輸層協(xié)議加上了雙發(fā)的端口號，確認雙發(fā)通信的應(yīng)用程序，然后網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議加上了雙方的IP地址，確認雙發(fā)的網(wǎng)絡(luò)位置，最后鏈路層協(xié)議加上雙發(fā)的MAC地址，確認雙發(fā)的物理位置，同時將數(shù)據(jù)進行分組，形成數(shù)據(jù)幀，采用廣播方式，通過傳輸介質(zhì)發(fā)送給對方主機，而對于不同子網(wǎng)，該數(shù)據(jù)包首先會轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)路由器，經(jīng)過多次轉(zhuǎn)發(fā)后，最終被發(fā)送到目標主機，目標主機接收到數(shù)據(jù)包后，采用對應(yīng)的協(xié)議，對幀數(shù)據(jù)進行組裝，然后一層一層的協(xié)議進行解析，最終被應(yīng)用層的協(xié)議解析。