現(xiàn)代科技的發(fā)展如此之快，移動支付、網絡購物、視頻直播等各種應用層出不窮，但是這些應用的背后，卻有著一個共同的基石做支撐，那就是互聯(lián)網。而之所以人人都可以接入互聯(lián)網，標準的網絡協(xié)議是必不可少的。在互聯(lián)網發(fā)展之初，國際化標準組織ISO定制了一套國際標準OSI（開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型），在該標準中，網絡協(xié)議被分為了七層，分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。然而現(xiàn)已成為業(yè)界標準協(xié)議的TCP/IP協(xié)議，并未完全按照OSI模型的七層結構來實現(xiàn)，而是分成了網絡接口層、網際層、傳輸層、應用層四個層次。而事實也證明，四個層次的劃分就已經能夠非常好的適應現(xiàn)代互聯(lián)網協(xié)議的需求了。

TCP/IP協(xié)議并不是一個協(xié)議，而是一系列協(xié)議的總稱，只是用了其中兩個應用最廣泛的協(xié)議名稱來統(tǒng)稱這個協(xié)議簇了。那么接下來就讓我們一起了解一下這個TCP/IP協(xié)議簇。

上圖是一個TCP/IP協(xié)議的基本框架，當有一個HTTP請求發(fā)生時，數據從應用層依次傳遞給傳輸層、網際層、網絡接口層，并在每一層打包上自己的首部，最終通過電信號傳送出去。接收端接收到數據包后，再以相反的順序解包并依次上傳，最終到達應用層去解析HTTP數據。

下面就以瀏覽器訪問云漢社區(qū)網站的一幀數據包為例，了解一下TCP/IP協(xié)議。

該數據幀總的結構如圖所示：

接下來分別了解一下各個部分的結構。

以太網數據包格式為：首部(14字節(jié))+數據(46~1500字節(jié))+4字節(jié)CRC

首部固定為14個字節(jié)，包含了目標MAC地址、源MAC地址和數據報類型，MAC地址是一個48位(6字節(jié))的物理地址，網卡在出廠時固定死的。

IP數據報格式：

IP 數據報的首部長度和數據長度都是可變長的，但總是4 字節(jié)的整數倍，一般為20字節(jié)。

對于IPv4，4 位版本字段是4。4 位首部長度的數值是以4 字節(jié)為單位的，最小值為5，也就是說首部長度最小是4x5=20 字節(jié)，也就是不帶任何選項的IP 首部，4 位能表示的最大值是15，也就是說首部長度最大是60 字節(jié)。8 位TOS 字段有3 個位用來指定IP 數據報的優(yōu)先級（目前已經廢棄不用），還有4 個位表示可選的服務類型（最小延遲、最大呑吐量、最大可靠性、最小成本），還有一個位總是0。總長度是整個數據報（包括IP 首部和IP 層payload）的字節(jié)數。每傳一個IP 數據報，16 位的標識加1，可用于分片和重新組裝數據報。3 位標志和13 位片偏移用于分片。TTL（Time to live)是這樣用的：源主機為數據包設定一個生存時間，比如64，每過一個路由器就把該值減1，如果減到0 就表示路由已經太長了仍然找不到目的主機的網絡，就丟棄該包，因此這個生存時間的單位不是秒，而是跳（hop）。協(xié)議字段指示上層協(xié)議是TCP、UDP、ICMP 還是IGMP。然后是校驗和，只校驗IP 首部，數據的校驗由更高層協(xié)議負責。IPv4的IP 地址長度為32 位。

IP數據報承載的內容最常見的是UDP和TCP兩種數據段，首先來看一下UDP段。

UDP 協(xié)議不面向連接，也不保證傳輸的可靠性。但是因為數據段結構簡單，應用也非常廣泛。

接下來重點分析一線TCP段，TCP段首部通常也是20字節(jié)。

序號：指出段中的數據部分在發(fā)送方數據流中的位置。

確認號：指出接收方希望收到對方下次發(fā)送的數據的第一個字節(jié)的序號。

TCP段首部的定長部分為20個字節(jié)，即5個單位的長度。

URG位：緊急標志，和緊急指針配合使用，當其為1時表示，此報文要盡快傳送。

ACK位：確認標志，和確認號字段配合使用，當ACK位置1時，確認號字段有效。

PSH位：為推送標志，置1時，發(fā)送方將立即發(fā)送緩沖區(qū)中的數據。

RST位：復位標志，置1時，表明有嚴重差錯，必須釋放連接。

SYN位： 同步標志，置1時，表示請求建立連接。

FIN位：終止標志，置1時，表明數據已經發(fā)送完，請求釋放連接。

窗口大?。?2bit，用于向對方通告當前本機的接受緩沖區(qū)的大小。

校驗和字段長度：16bit，校驗范圍包括段首部、數據以及偽首部。

TCP的傳輸過程：

建立連接的過程：

【1】. 客戶端發(fā)出段1，SYN 位表示連接請求。

【2】 服務器發(fā)出段2，也帶有SYN 位，同時置ACK 位表示確認。

【3】 客戶端發(fā)出段3，對服務器的連接請求進行應答。

在這個過程中，客戶端和服務器分別給對方發(fā)了連接請求，也應答了對方的連接請求，其中服務器的請求和應答在一個段中發(fā)出，因此一共有三個段用于建立連接，稱為'''三方握手（three-way-handshake）'''。在建立連接的同時，雙方協(xié)商了一些信息，例如雙方發(fā)送序號的初始值、最大段尺寸等。

TCP數據傳輸過程:

【1】 ?客戶端發(fā)出段4，包含N 個字節(jié)數據。

【2】 ?服務器發(fā)出段5，確認數據收到，服務器在應答的同時也向客戶端發(fā)送數據。

【3】 ?客戶端發(fā)出段6，對服務器發(fā)來的數據表示確認收到。

在數據傳輸過程中，ACK 和確認序號是非常重要的，應用程序交給TCP 協(xié)議發(fā)送的數據會暫存在TCP 層的發(fā)送緩沖區(qū)中，發(fā)出數據包給對方之后，只有收到對方應答的ACK 段才知道該數據包確實發(fā)到了對方，可以從發(fā)送緩沖區(qū)中釋放掉了，如果因為網絡故障丟失了數據包或者丟失了對方發(fā)回的ACK 段，經過等待超時后TCP 協(xié)議自動將發(fā)送緩沖區(qū)中的數據包重發(fā)。

TCP連接的關閉

【1】 ?客戶端發(fā)出段7，F(xiàn)IN 位表示關閉連接的請求。

【2】 ?服務器發(fā)出段8，應答客戶端的關閉連接請求。

【3】 ?服務器發(fā)出段9，其中也包含F(xiàn)IN 位，向客戶端發(fā)送關閉連接請求。

【4】 ?客戶端發(fā)出段10，應答服務器的關閉連接請求。

建立連接的過程是三方握手，而關閉連接通常需要4 個段（四次握手），服務器的應答和關閉連接請求通常不合并在一個段中，因為有連接半關閉的情況，這種情況下客戶端關閉連接之后就不能再發(fā)送數據給服務器了，但是服務器還可以發(fā)送數據給客戶端，直到服務器也關閉連接為止。