TCP/IP 是什麼？
TCP/IP 全程是 Transfer Control Protocol/Internet Protocol，即傳輸控制協議/網際協議。
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OSI 參考模型
![在這裏插入圖片描述]()
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OSI 與 TCP/OP 參考模型對照圖
![OSI與TCP/IP參考模型對照圖]()
OSI由於體系比較複雜，不太方便計算機軟件實現，逐漸退出人們關注的視野，TCP/IP 得到了廣泛的應用。
TCP/IP 是 Internet 的核心技術，所有的系統、終端、線路、用戶、開發者，都必須遵守 TCP/IP 協議族所規定的法則，否則，將不被 IP 世界所接受。
TCP/IP 是一個協議組，不僅包括TCP、IP，還包括 HTTP、TELNET、FTP、UDP、pop3 等，只不過 TCP/IP 這個名字來源於協議組中最重要的兩個協議—— TCP（傳輸控制協議）和 IP （網際協議）。
TCP/IP 各層主要功能
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網絡接口層（數據鏈路層）
TCP/IP 並沒有嚴格定義該層，他只要求能夠提供給其上層——網絡層一個訪問接口，以便在其上傳遞 IP 分組。由於這一層未被定義，所以其具體的實現方法將隨着網絡類型的不同而不同。
以太網是 IP 通信中數據鏈路層最常見的形式，除此之外，還有PPP、HDLC等，10Gbit/s 以下的以太網一般用於局域網，而PPP、HDLC 則應用於廣域網範圍更多。
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網絡層（Internet Layer）
網絡層俗稱 IP 層，它處理機器之間的通信。IP 是一個不可靠，無連接協議，它接受來自傳輸層的請求，傳輸某個具有目的地址信息的分組。該層把分組封裝到 IP 數據報中，填入數據報的首部（也稱爲報頭），使用路由算法來選擇是直接把數據報發送到目標及還是 -
傳輸層
傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）和用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）是該層的重要協議。TCP 是一個面向連接的、可靠的協議。
在發送端：它負責把上層傳輸下來的的字接口分成報文段並傳遞給下層。在接收端：它負責把收到的報文進行重組後遞交給上層。TCP 還要處理端到端的流量控制。
UDP 是一個不可靠、無連接協議，主要適用於不需要對報文進行排序和流量控制的場合。
TCP 報文格式
TCP 報文包括首部（報頭）和數據部分，其中首部的具體字段如下：
- 源端口與目的端口字段——各佔 16bit。端口是傳輸層與應用層的服務接口。
- 序號字段—— SEQ 序號，佔 32bit。TCP 連接中傳輸的數據流中的每一個字節都編上一個序號，序號字段的值則值得是本報文段所發送的數據的第一個字節的序號。
- 確認序號：ACK 序號，佔 32bit，是期望收到對方的下一個報文段的數據的第一個字節的序號。只有 ACK 標誌位爲 1 的時候，確認序號字段纔有效，ACK = SEQ + 1。
- 標誌位：共 6 個，即 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 等。
- 數據偏移——佔 4bit ，它指出TCP報文段的數據起始處距離 TCP 報文段段起始處有多遠。
- 窗口字段——佔 16bit，窗口字段用來控制對方發送的數量，單位爲字節。TCP 連接的一端根據設置的緩存空間大小確定自己的接收窗口大小，然後通知對方以確定對方的發送窗口的上限。
- 檢驗和——佔 16bit。檢驗和字段檢驗的範圍包括首部和數據這兩部分。在計算檢驗和時，要在 TCP 報文段的前面加上 12 字節的僞首部。
- 緊急指針字段——佔 16bit。緊急指針在本報文段中的緊急數據的最後一個字節的序號。
- 選項字段——長度可變。
10.保留字段——佔 6bit，保留爲今後使用，但目前應置爲 0 。
TCP 的三次握手和四次揮手
TCP 的連接和建立都是採用客戶服務器方式。主動發起連接建立的應用進程叫做客戶（Client）。被動等待連接建立的應用程序進程叫做服務器（server）。
建立 TCP 需要三次握手才能建立，而斷開連接則需要四次揮手。整個過程見下圖：
（1）三次握手
在 TCP/IP 中，採用三次握手建立一個連接
第一次握手：Client（主機A）向 Server（主機B）發送一個連接請求，在這個包中，標誌位 SYN = 1，發送序號 SEQ = x，上圖中 x = 200，Client 進入 SYN_SEND 狀態，等待 Server 確認。
第二次握手：Server 收到數據包後由標誌位 SYN = 1 知道 Client 請求建立連接，Server 將標誌位 SYN 和 ACK 都置爲 1，確認序號 ACK = x + 1 = 201，隨機產生一個發送序號 SEQ = y，上圖 y = 500，並將該數據包發送給 Client 以確認連接請求，Server 進入 SYN_RCVD 狀態。
第三次握手：Client 收到確認收，檢查確認序列號 ACK 是否爲 x + 1 = 201，標誌位ACK是否爲1，如果正確，則將標誌位 ACK 置爲1，確認序號 ACK = y+1 = 501，並將該數據包發送給Server，Server 檢查確認序號ACK是否爲 y + 1 = 501，標誌位 ACK 是否爲 1，如果正確則連接建立成功，Client 和 Server 進入 ESTABLISHED 狀態。
完成三次握手，客戶端與服務器開始傳輸數據。
（2）四次揮手
四次揮手（Four-Way Wavehand）即終止 TCP 連接，就是指斷開一個 TCP 連接時，需要客戶端和服務端總共發出 4 個包以確認連接的斷開，如下圖：
第一次揮手：當客戶 A 要斷開 TCP 連接時，發送一個包。其中標誌位 FIN = 1，ACK = 1，發送序號 SEQ = x，確認序號 ACK = y，上圖中 x = 200，y = 500。Client 進入 FIN_WAIT 狀態。
第二次揮手：客戶 B 知道 A 要斷開後，發送一個確認包，其中，標誌位 FIN = 1，發送序號 SEQ = y+1 = 501，Server 進入 LAST_ACK 狀態。
第三次揮手：客戶 B 也斷開 TCP 連接，此時發送一個包，其中，標誌位 FIN = 1，發送序號 SEQ = y+1 = 500，Server 也進入 LAST_ACK 狀態。
第四次揮手：客戶 A 收到 B 的斷開請求後，Client 進入 TIME_WAIT 狀態，接着發送一個確認包，標誌位 ACK = 1，發送序號 SEQ = x+1 = 201，確認序號 ACK = y+2 = 502；Server 進入 CLOSED 狀態。
TCP/IP 協議體系常見術語
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包
包（packet）是網絡上傳輸的數據片段，也成位分組。包是一種統稱，在不同的協議不同的層次，包有不同的名字。
如 TCP/IP ，數據鏈路層的包叫幀（Frame）。IP 層的包稱爲 IP 數據報，TCP 層的包通常被稱爲 TCP 報文等，大多數包都有包頭和信息組成。包頭常常包括諸如源和目的地址、包的長度和類型指示符等信息；信息部分可以是原始數據，也可以包含另一個包。 -
封裝
不同設備的對等層之間依靠封裝和解封來實現相互間的通信。TCP/IP 也是一種計算機書籍打包和尋址的標準方法，在數據傳輸過程中，可以形象地理解爲有兩個信封，這兩個信封分別是 TCP 和 IP。
在發送端，要傳遞的信息被劃分成若干段，每一段塞入一個 TCP 信封，並在該信封上記錄有分段號的信息，再將 TCP 信封塞入 IP 大信封，發送到網上。
在接收端，一個 TCP 軟件包收集信息，抽出數據，按發送前的順序還原，並加以校驗，若發現差錯，TCP 將會要求重新發送。因此，TCP/IP 在互聯網中幾乎可以無差錯的傳輸數據。
在通信過程中，TCP/IP 每一層都讓數據得以通過網絡進行傳輸，這些層之間使用協議數據單元（Protocol Data Unit，PDU）彼此交換信息，確保網絡設備之間能夠通信。
不同層的 PDU 中包含有不同的信息，因此 PDU 在不同層被賦予了不同的名稱。
- 封裝過程：
傳輸層在上層數據中加入 TCP 報頭後得到的 PDU 被稱爲數據段（Segment）；
數據段被傳遞給網絡層，網絡層添加 IP 包頭得到的 PDU 被稱爲數據包（Packet）；
數據包被傳遞到數據鏈路層，封裝數據鏈路層報頭得到的 PDU 被稱爲數據幀（Frame）；
最後，幀被轉換成比特（Bit），通過網絡介質傳輸。這種協議棧向下傳遞數據，並添加報頭和報尾的過程，稱爲“封裝”
- 解封裝過程
數據被封裝並通過網絡介質傳輸後，接收設備將刪除添加的信息，並根據報頭中的信息，決定如何將數據沿協議棧上傳給合適的應用程序，這個過程稱爲“解封裝”。
參考文獻：《一本書讀懂TCP/IP》