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【Linux网络基础】TCP/IP协议簇的详细介绍（三次握手四次断开，11种状态）

时间：2019-11-09 00:37:28      阅读：114      评论：0      收藏：0      [点我收藏+]

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一、TCP/IP协议簇（DoD参考模型）

 

用于简化OSI层次，以及相关的标准。

  • 传输控制协议（tcp/ip）簇是相关国防部DoD所创建的，主要用来确保数据的完整性以及在毁灭性战争中维持通信
  • 是由一组不同功能的协议组合在一起构成的协议簇
  • 利用一组协议完成OSI所实现的功能

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1. TCP/IP 协议簇中的相关协议

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TCP/IP协议簇--应用层：

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TCP/IP协议簇--主机到主机层：

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 TCP与UDP对比：

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TCP相关报文结构：

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  • 源端口：即本地发起连接的端口
  • 目标端口：即要访问的服务的端口
  • 序列号：因为传输层会将上层的数据进行分段，因此需要对分段数据进行编号，同时也便于数据的重组
  • 验证号：用于对数据的进行验证
 

UDP相关报文结构：

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 TCP/UDP端口号（1-65535）

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  • 在没有特殊指定情况下，源端口随机分配，目标端口使用知名端口
  • 应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用的且大于1023的
  • 目标端口号为服务器端应用服务的进程，如：telnet为23

 

二、TCP三次握手四次断开

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置位概念：根据TCP的包头字段，存在三个重要的标识 ACK SYN FIN

  • ACK：表示验证字段
  • SYN：位数 置1，表示建立TCP连接
  • FIN：位数 置1，表示断开TCP连接

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1. 三次握手

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建立过程说明：

  1. 由主机A 发送建立TCP连接的请求报文，其中报文中包含 seq 序列号，是由发送端随机生成的，并且还将报文中的 SYN 字段 置位1，表示需要建立TCP连接
  2. 主机B会回复A 发送的TCP连接请求报文，其中包含seq序列号（是由回复端随机生成的），并且将回复报文的 SYN 字段置1，并且会产生 ACK字段，ACK字段数值是在A发过来的seq序列号基础上 加1 进行回复，以便A收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已经得到了验证
  3. A端收到B端发送的TCP建立验证请求后，会使自己的序列号加1 表示，并且再次回复 ACK 验证请求，在B端发送过来的seq的基础上加1，进行回复。

 

2. TCP四次挥手断开过程

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注意：第一步的图中的ctl只发送FIN

 

断开过程说明：

  1. 主机A 发送断开TCP连接请求的报文，其中报文中包含seq序列号（是由发送端随机生成的），并且还将报文中FIN字段置为1，表示需要断开TCP连接
  2. 主机B 会回复A发送的TCP断开请求报文，其中包含seq序列号（是由回复端随机生成的），并且会产生ACK字段，ACK字段数值，是在A发过来的seq序列号基础上加1进行回复，以便A收到信息时，知晓自己的TCP断开请求已经得到了验证
  3. 主机B在回复完A的TCP断开请求后，不会马上就进行TCP连接的断开，主机B会先确保断开前，所有传输到A的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输数据完毕就会将回复报文的FIN字段置1，并产生随机seq序列号。
  4. 主机A收到主机B的TCP断开请求后，会回复主机B的断开请求，包含随机生成的seq字段和ack字段，ack字段会在主机B的TCP断开请求的seq基础上加1，从而完成主机B请求的验证回复。

至此，TCP断开的4次挥手过程完毕。

 

三、TCP/IP 的11种状态

 
  1. CLOSED
  2. LISTEN
  3. SYN_SEND
  4. SYN_RCVD
  5. ESTABLISHED
  1. FIN_WAIT1
  2. CLOSE_WAIT
  3. FIN_WAIT2
  4. LAST_ACK
  5. TIME_WAIT
  6. CLOSING（服务器端的ACK丢包，客户端只收到了FIN报文）
 

三次握手的5种状态：

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  1. 一开始，建立连接之前服务器和客户端的状态都为 CLOSED
  2. 服务器创建 socket 之后开始监听，变为LISTEN状态
  3. 客户端请求建立连接，向服务器发送 SYN 报文，客户端的状态变为 SYN_SENT
  4. 服务器收到客户端的报文后，向客户端发送SYN和ACK报文，此时服务器的状态变为SYN_RCVD
  5. 然后，客户端收到ACK，SYN，就像服务器发送ACK，客户端的状态变为ESTABLISHED。
  6. 拂去其收到客户端的ACK后也变为ESTABLISHED，此时，3次握手完成，连接建立！
 

四次挥手断开的7种状态：

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由于TCP连接是全双工的，断开连接会比建立连接麻烦一点点。

  1. 客户端先向服务器发送FIN报文，请求断开连接，其状态变为 FIN_WAIT1
  2. 服务器收到FIN后，向客户端发出ACK，服务器状态变为 CLOSE_WAIT
  3. 客户端收到ACK之后，进入FIN_WAIT2状态，此时连接已经断开了一半了。如果服务器还有数据要发送给客户端，就会继续发送
  4. 直到数据发送结束，服务器端就发送FIN报文，此时服务器进入 LAST_ACK状态
  5. 客户端收到服务器的FIN之后，马上发送ACK给服务器，此时客户端进入 TIME_WAIT状态
  6. 再过了2MSL 长的时间后进入CLOSED状态。服务器收到客户端的ACK就进入了CLOSED状态。

至此，还有一个状态没有提及：CLOSING状态

CLOSING状态表示：
客户端发生了FIN，但没有收到服务器的ACK，却收到了服务器的FIN。
这种情况发生在服务器发送的ACK丢包的时候，因为网络传输有时会有意外。

 

TCP的是一种状态转移总结

状态出现方式状态出现环境状态名称状态描述
TCP建立过程的5种状态 服务端/客户端 CLOSED 默认初始化状态
  服务端 LISTEN 建立socket，进入监听状态
  客户端 SYN_SENT 发送syn报文，进入syn发送状态
  服务端 SYN_RVCD 接收syn报文，并回复ack及syn报文
  客户端/服务端 ESTABLISHED 接收syn报文，回复ack，建立连接（客户端）；接收ack报文，建立连接（服务端）
TCP断开过程的6种状态 服务端/客户端 ESTABLISHED 默认断开前初始化状态
  客户端 FIN_WAIT1 发送断开请求fin报文
  服务端 CLOSE_WAIT 收到FIN后向客户端发出ACK
  客户端 FIN_WAIT2 收到服务端返回的ACK报文，等待数据传输
  服务端 LAST_ACK 发送fin断开请求报文
  客户端 TIME_WAIT 回复FIN断开请求，发送ack报文
  服务端/客户端 CLOSED 收到ack报文，立即转变为断开状态，等待2MSL后，进入断开状态
  客户端 CLOSING 没有收到回复FIN报文的ACK，直接收到FIN

 

关闭的4次连接最难理解的状态是TIME_WAIT，存在TIME_WAIT的2个理由：

  1. 可靠地实现TCP全双工连接的终止。

  2. 允许老的重复分节在网络中消逝。

 

四、TCP/IP协议簇的层次介绍

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TCP/IP协议簇--应用层：

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TCP/IP协议簇--主机到主机层：

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TCP/IP协议簇--因特网层：

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TCP/IP协议簇--网络接入层：

 

 

五、IP协议

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六、ARP协议

 

ARP协议的功能：

  1. 将IPv4地址解析为MAC地址
  2. 维护映射的缓存
 

网络层对应的IP地址，是跨网段使用的。

链路层地址对应的是MAC地址，是物理地址，是在局域网内使用的。 

MAC地址就好比自己的小名一样，只有本地局域网有效

[root@oldboy ~]# arp -a
? (192.168.0.100) at f8:38:80:c2:0b:96 [ether] on eth3
? (192.168.0.101) at e4:46:da:ef:08:f1 [ether] on eth3
? (192.168.0.1) at 74:05:a5:87:ad:42 [ether] on eth3
? (192.168.0.102) at 8c:85:90:52:6e:de [ether] on eth3

192:~ zoe$ arp -a
192.168.0.1 (192.168.0.1) at 74:5:a5:87:ad:42 on en0 ifscope [ethernet]
192.168.0.100 (192.168.0.100) at f8:38:80:c2:b:96 on en0 ifscope [ethernet]
192.168.0.109 (192.168.0.109) at 8:0:27:4c:6f:ad on en0 ifscope [ethernet]
? (224.0.0.251) at 1:0:5e:0:0:fb on en0 ifscope permanent [ethernet]
? (239.255.255.250) at 1:0:5e:7f:ff:fa on en0 ifscope permanent [ethernet]

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ARP协议过程说明：

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因特网层相关的工具：

  • ping
  • traceroute/tracert

 

七、通过实例分析互联网通信工程

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  1. 主机A想访问 B主机，假设 主机A 是telnet 到 主机B 进行访问
  2. 主机A 由应用层构建一个数据包，发送到传输层
  3. 传输层拥有端口号的概念，就会在上层发过来的数据包加上 TCP的头部，即源端口和目标端口，源端口是随机的，目标端口是23。 因为访问的是目的地址的telnet服务；然后封装好的数据包再传给下层。
  4. 在互联网层上拥有IP的概念，就会在上层发过来的数据包加上IP的头部，即源IP地址和目标IP地址，源IP地址就是主机A的地址，目标IP地址就是主机B的地址。然后再将封装好的数据包发送给网络接入层
  5. 网络接入层有用MAC地址的概念，就会在上层发过来的数据包加上MAC地址，即源MAC地址和目标MAC地址，源MAC地址就是主机A的mac，目标的mac地址就是网关接口的MAC地址，默认要是没有网关接口的MAC地址，就会发送arp广播，获得到网关接口的mac地址
  6. 主机A 会将分装好的数据包以 bit 的方式传输给路由器
  7. 路由器收到数据包后，会进行数据包的解封装，获得目标ip网段地址，查询路由表进行路由的转发。
  8. 到达目标网络的路由器后，路由器会广播arp，找到对应目标IP地址的mac地址，根据获取到的目标mac地址，将数据转发到主机B

 

 

 

 

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原文地址：https://www.cnblogs.com/zoe233/p/11823822.html
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