TCP/IP协议与Socket

1.计算机网络体系结构分层

OSI 参考模型注重“通信协议必要的功能是什么”，

TCP/IP 则更强调“在计算机上实现协议应该开发哪种程序”。

2.TCP/IP基础

2.1 TCP/IP含义

IP进行通信时所必须用到的协议群的统称。

具体来说，IP 或 ICMP、TCP 或 UDP、TELNET 或 FTP、以及 HTTP 等都属于 TCP/IP 协议。

他们与 TCP 或 IP 的关系紧密，是互联网必不可少的组成部分。

TCP/IP 一词泛指这些协议，因此，有时也称 TCP/IP 为网际协议群。

2.2 数据包

包、帧、数据包、段、消息

以上五个术语都用来表述数据的单位，大致区分如下：

包，全能性术语；
帧，用于表示数据链路层中包的单位；
数据包，是 IP 和 UDP 等网络层以上的分层中包的单位；
段， TCP 数据流中的信息；
消息，应用协议中数据的单位。

网络中传输的数据包由两部分组成：一部分是协议所要用到的首部，另一部分是上一层传过来的数据。

首部的结构由协议的具体规范详细定义。在数据包的首部，明确标明了协议应该如何读取数据。

看到首部，也就能够了解该协议必要的信息以及所要处理的数据。包首部就像协议的脸。

① 应用程序处理

首先应用程序会进行编码处理，这些编码相当于 OSI 的表示层功能；

编码转化后，邮件不一定马上被发送出去，这种何时建立通信连接何时发送数据的管理功能，相当于 OSI 的会话层功能。

② TCP 模块的处理

TCP 根据应用的指示，负责建立连接、发送数据以及断开连接。

TCP 提供将应用层发来的数据顺利发送至对端的可靠传输。为了实现这一功能，需要在应用层数据的前端附加一个 TCP 首部。

③ IP 模块的处理

IP 将 TCP 传过来的 TCP 首部和 TCP 数据合起来当做自己的数据，并在 TCP 首部的前端加上自己的 IP 首部。IP 包生成后，参考路由控制表决定接受此 IP 包的路由或主机。

④ 网络接口（以太网驱动）的处理

从 IP 传过来的 IP 包对于以太网来说就是数据。给这些数据附加上以太网首部并进行发送处理，生成的以太网数据包将通过物理层传输给接收端。

⑤ 网络接口（以太网驱动）的处理

主机收到以太网包后，首先从以太网包首部找到 MAC 地址判断是否为发送给自己的包，若不是则丢弃数据。

如果是发送给自己的包，则从以太网包首部中的类型确定数据类型，再传给相应的模块，如 IP、ARP 等。这里的例子则是 IP 。

⑥ IP 模块的处理

IP 模块接收到数据后也做类似的处理。从包首部中判断此 IP 地址是否与自己的 IP 地址匹配，如果匹配则根据首部的协议类型将数据发送给对应的模块，如 TCP、UDP。这里的例子则是 TCP。

另外吗，对于有路由器的情况，接收端地址往往不是自己的地址，此时，需要借助路由控制表，在调查应该送往的主机或路由器之后再进行转发数据。

⑦ TCP 模块的处理

在 TCP 模块中，首先会计算一下校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否在按照序号接收数据。***检查端口号，确定具体的应用程序。数据被完整地接收以后，会传给由端口号识别的应用程序。

⑧ 应用程序的处理

接收端应用程序会直接接收发送端发送的数据。通过解析数据，展示相应的内容。

2.3 传输层TCP和UDP

TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议，分别是 TCP 和 UDP。

TCP 是面向连接的、可靠的流协议。只有在确认通信对端存在时才会发送数据。实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制（流量控制）”、“拥塞控制”、提高网络利用率等众多功能。
UDP 是不具有可靠性的数据报协议。不能保证消息一定会到达。根据自己的需要进行重发处理。
TCP 用于在传输层有必要实现可靠传输的情况；而在一方面，UDP 主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。TCP 和 UDP 应该根据应用的目的按需使用。

2.4 三次握手

第一次握手：客户端将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给服务器端，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器端确认。
第二次握手：服务器端收到数据包后由标志位SYN=1知道客户端请求建立连接，服务器端将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给客户端以确认连接请求，服务器端进入SYN_RCVD状态。
第三次握手：客户端收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给服务器端，服务器端检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，客户端和服务器端进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后客户端与服务器端之间可以开始传输数据了。

https://developer.51cto.com/art/201906/597961.htm

3.Socket

Socket不算是一个协议，它是应用层与传输层间的一个抽象层。它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用，以实现进程在网络中通信。

WebScoket是应用层协议，它也是基于TCP实现，同时借助了HTTP协议建立连接

WebSocket连接过程：

服务端与客户端建立TCP连接(三次握手)、建立HTTP连接
客户端（浏览器）向服务端发送一个请求头包含
```
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
```
的HTTP请求，申请升级到Websocket连接
服务端回应的响应头：
```
HTTP/1.1 101 Switching Protocals
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
```
同意升级协议，至此双方将基于WebSocket协议通信