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03-18

OSI 7層模型

不同主機之間要進行通信，需要遵循共同的協議。這些協議非常複雜，一般我們把它抽象成7層，叫做OSI（open system interconnection） 7層模型。

從底向上依次是：

- 物理層

- 數據鏈路層交換機

- 網路層路由器

- 傳輸層

- 會話層

- 表示層

- 應用層

數據在數據鏈路層叫幀(frame)，網路層叫包(package)，傳輸層叫段（segment）

對於這7層，每一層都有其相關的協議，對於一個軟體開發工作人員，我們需要熟知的是：

- 網路層： IP協議，ARP， RARP協議，ICMP協議，IGMP協議

- 傳輸層： TCP協議， UDP協議

- 應用層： http協議，https協議，ftp，tftp，smtp， snmp，dns

當數據經過每一層時，都會對其封裝或解封裝

發送方是從高層到低層封裝數據

接收方是從底層往高層解封裝分析數據。

TCP協議

TCP協議工作在OSI七層中的傳輸層。說明這是一種傳輸控制協議，而且是可靠的，面向鏈接的協議。它能：

- 將數據分段打包傳輸；

- 對每個數據包編號，控制順序

- 傳輸中丟失，重發，錯誤處理

- 流量控制避免擁堵

問題一：既然是面向連接，如何保證雙方都能有通信能力呢？

主機A發送數據給主機B,如何知道主機A，主機B都有發送和接收的能力呢？最少要經過這麼三部。

1，主機A發送數據給主機B B知道A有發送能力

2，主機B回復主機A A知道B有發送能力，自己有接收能力

3，主機A回復主機B 主機B知道自己有發送能力

看到沒，要確保主機A，主機B都有發送，接收數據的能力，至少要經過這麼三步。這就是著名的三次握手。是不是很簡單....

問題1.1: 如何設計三次握手更合理

主機A請求跟主機B通信

- 第一步主機A發送給主機B的數據其實是任何數據都行，看心情，設計TCP協議的『猿』設計了一個SYN（synchronize）標誌,中文名同步的意思，數據是一個隨機數，取名為sequence num，簡稱seq。seq是一個隨機數。

- 第二部主機B收到主機A的數據，它需要告訴B，我收到你的數據了，主機B知道主機A很忙，可能會收到很多數據，如何讓主機A輕鬆知道這是我的回複數據呢？額外添加了一個確認的欄位：acknowledgment num，簡稱ack。ack的值肯定和seq值有關係，很簡單，加1就好了。因為A知道還有第三次連接，我也發一個seq隨機數給你。為了讓你輕鬆知道，我的是回複數據，我給你個ACK（acknowledgment）標誌，設置為1。當然，SYN同樣為1（傳送了隨機的deq參數）。

- 第三部主機A收到主機B回復，看到SYN=1，SEQ=1，再看看acknowledgment正確，通知主機B，沒問題，你可以和我通信了。設置SYN=1，SEQ=1，ack的值為收到的seq+1，seq的值其實沒啥用了，隨便好了，把上個請求的seq+1傳了過去。

經過這麼三部，主機A主機B就都知道自己和對方有發送接收數據能力了，接下來肯定要傳送數據了，不然三次握手就白握了。

問題二：如何傳送數據

主機A發送數據給主機B

假如此時seq為4000， ack為7000，計算好此次傳送的數據是1514，則：

方向 | seq | ack | size

---|---|---|---

A->B | 4000 | 7000 | 1514

B->A | 7000 | 4000+1514-54=4146 | 54

A->B | 4146 | 7000+54-54=7000 | 1514

B->A | 7000 | 4146+1514-54=4292 | 54

問題三：如何知道數據傳送完了，需要斷開連接嗎？

主機A發送數據給主機B

第一步：主機A傳送的數據傳送完後，為了讓B知曉，將標誌位FIN（finish）設置為1，ACK設置為1，seq是上一次傳過來的，ack為為上次傳過來的seq+1。

第二步：主機B收到A的數據，發現FIN為1，將ACK置為1，ack為傳過來的seq+1，seq為傳過來的ack

第三步：主機B再次發送報文給A，將FIN設置為1，ACK為1，ack為上一次的ack+1，seq為上一次的seq

第四步：A收到B的FIN回復，ACK=1，ack為上一次seq+1，seq為上一次ack+1。B收到後關閉連接，A發送報文等待2ms關閉連接。

這就是所謂的四次揮手。

網路的只是這裡只是自己的見解，幫助大家理解。後面還有更多心得一起奉上。

參考：
- TCP三次握手連接及seq和ack號的正確理解
- 關於TCP協議，我想你應該懂了！
- TCP/IP 之大明王朝郵差
- TCP三次握手簡介解
- TCP四次揮手簡介
- 通俗大白話來理解TCP協議的三次握手和四次分手