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
1. TCP/IP 协议簇中的相关协议
TCP/IP协议簇--应用层：
TCP/IP协议簇--主机到主机层：
TCP与UDP对比：
TCP相关报文结构：
- 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：
TCP/UDP端口号（1-65535）
- 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
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
1. 三次握手
建立过程说明：
- 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
- 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
- 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
注意：第一步的图中的ctl只发送FIN
断开过程说明：
- 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
- 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
- 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。
- 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
- CLOSED
- LISTEN
- SYN_SEND
- SYN_RCVD
- ESTABLISHED
- FIN_WAIT1
- CLOSE_WAIT
- FIN_WAIT2
- LAST_ACK
- TIME_WAIT
- 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：
- 一开始，建立连接之前服务器和客户端的状态都为 CLOSED
- 服务器创建 socket 之后开始监听，变为LISTEN状态
- 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
- 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
- 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。
- 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：
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。
- 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
- 服务器收到FIN后，向客户端发出ACK，服务器状态变为 CLOSE_WAIT
- 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
- 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
- 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
- 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：
可靠地实现TCP全双工连接的终止。
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
TCP/IP协议簇--应用层：
TCP/IP协议簇--主机到主机层：
TCP/IP协议簇--因特网层：
TCP/IP协议簇--网络接入层：
五、IP协议¶
六、ARP协议
ARP协议的功能：
- 将IPv4地址解析为MAC地址
- 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]
ARP协议过程说明：
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
- 主机A想访问 B主机，假设 主机A 是telnet 到 主机B 进行访问
- 主机A 由应用层构建一个数据包，发送到传输层
- 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。
- 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
- 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
- 主机A 会将分装好的数据包以 bit 的方式传输给路由器
- 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。
- 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