一些重要的计算机网络协议（IP、TCP、UDP、HTTP）

1、计算机网络的发展历程

　　一、计算机网络发展

　　与其说计算机改变了世界，倒不如说是计算机网络改变了世界。彼时彼刻，你我都因网络而有了交集，岂非一种缘分？

　　计算机与网络发展大体经历以下过程：

　　

　　二、计算机的模式变化

　　起初的计算机主要以“单机”形式存在，计算机之间没有通讯可言，而网络的出现才真正让计算机变得与以往的工具不一样，信息的共享和交流让计算机成为划时代的产物。网络按照规模可划分为：

• 局域网（LAN）：局域网是某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。通常在几千米范围内。
• 广域网（WAN）：广域网的范围很大，几十千米到几千千米，能够是一个区域的计算机网也多是整个国家的计算机网。

　　注：咱们常见的WLAN是LAN的一种，称为无线局域网。在无线局域网WLAN发明以前，人们要想经过网络进行联络和通讯，必须使用物理线缆-铜绞线或光纤进行物理线路链接，但这样的局域网转载和拆卸都很麻烦。随着网络的发展，人民利用射频（Radio Frequency； RF）的技术，使用电磁波进行网络架构，实现了无线局域网互联，让信息随身化。

2、各类协议

　　一、协议的重要性

　　计算机之间要实现通讯，除了技术支持还须要一些规则来进行信息匹配，方能进行交流。不一样的厂商生产不一样的计算机，其CPU等内部构造不尽相同，就比如两个外国人，那么计算机或者说外国人之间须要实现通讯或交流，那么二者之间就须要学会同一种交流规则，对于两个外国人来讲，这种交流规则就是语言，而对于计算机来讲，这种交流规则就是各类协议。协议的出现让不一样厂商之间生产的计算机只要可以支持同一种协议就能实现正常通讯，进行交流。

　　下面是一些之前经常使用的协议（由于如今基本都是TCP/IP协议）：

　　

　　二、协议的标准：OSI七层模型

　　计算机通讯诞生之初，系统化与标准化未收到重视，不一样厂商只出产各自的网络来实现通讯，这样就形成了对用户使用计算机网络形成了很大障碍，缺少灵活性和可扩展性

为解决该问题，ISO（国际标准化组织）制定了一个国际标准OSI（开放式通讯系统互联参考模型）。

　　注：TCP/IP并不是ISO指定，是由IETF（国际互联网工程任务组）建议、致力推动标准化的一种协议，其中，大学等研究机构和计算机行业是推进标准化的核心力量，现已成为业界标准协议。协议的标准化也推进了计算机网络的普及。

　　ISO对协议进行分层，每一个分层能够独立使用，其实系统中某些分层发生变化，也不会影响整个系统，所以能够构造一个扩展性和灵活性都比较强的系统；此外，经过分层能够细分通讯功能，更易于单独实现每一个分层的协议，界定各个分层的具体责任和义务。

　　但过度模块化，处理变得更加沉重，以及每一个模块都不得不事先类似的处理逻辑等。

　　

　　如下是各层功能描述：

　　

1. 物理层协议：
   负责0、1 比特流（0/1序列）与电压的高低、逛的闪灭之间的转换。规定了激活、维持、关闭通讯端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性；该层为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体，只是说明标准。
   在这一层，数据的单位称为比特（bit）（注：bit和字节Byte，咱们常说的1字节8位2进制即：1B=8bit）。属于物理层定义的典型规范表明包括：EIA/TIA RS-23二、EIA/TIA RS-44九、V.3五、RJ-4五、fddi令牌环网。
2. 数据链路层协议：
   负责物理层面上的互联的、节点间的通讯传输（例如一个以太网项链的2个节点之间的通讯）；该层的做用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。
   在这一层，数据的单位称为帧（frame）。数据链路层协议的表明包括：ARP、RARP、SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。
3. 网络层协议：
   将数据传输到目标地址；目标地址能够使多个网络经过路由器链接而成的某一个地址，主要负责寻找地址和路由选择，网络层还能够实现拥塞控制、网际互连等功能。
   在这一层，数据的单位称为数据包（packet）。网络层协议的表明包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。
4. 传输层协议（核心层）：
   传输层是OSI中最重要、最关键的一层,是惟一负责整体的数据传输和数据控制的一层；
   传输层提供端到端的交换数据的机制，检查分组编号与次序，传输层对其上三层如会话层等，提供可靠的传输服务,对网络层提供可靠的目的地站点信息主要功能。在这一层，数据的单位称为数据段（segment）。主要功能：

   ①：为端到端链接提供传输服务。

   ②：这种传输服务分为可靠和不可靠的,其中Tcp是典型的可靠传输,而Udp则是不可靠传输。

   ③：为端到端链接提供流量控制,差错控制,服务质量(Quality of Service,QoS)等管理服务。

   包括的协议以下：

   TCP：传输控制协议，传输效率低，可靠性强。

   UDP：用户数据报协议，适用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据。

   DCCP、SCTP、RTP、RSVP、PPTP等协议。

5. 会话层协议：
   负责创建和断开通讯链接（数据流动的逻辑通路），记忆数据的分隔等数据传输相关的管理。
6. 表示层协议：将数据格式转换为标准格式
   　　将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或未来自下一层的数据转换为上层可以处理的格式；主要负责数据格式的转换，确保一个系统的应用层信息可被另外一个系统应用层读取。具体来讲，就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式，不一样设备对同一比特流解释的结果可能会不一样；所以，主要负责使它们保持一致。
7. 应用层协议：
   

   ①：超文本传输协议HTTP：这是一种最基本的客户机/服务器的访问协议；浏览器向服务器发送请求，而服务器回应相应的网页。

   ②：文件传送协议FTP：提供交互式的访问，基于客户服务器模式，面向链接 使用TCP可靠的运输服务。主要功能:减小/消除不一样操做系统下文件的不兼容性。
   

   ③：远程登陆协议TELNET：客户服务器模式，能适应许多计算机和操做系统的差别，网络虚拟终端NVT的意义。

   ④：简单邮件传送协议SMTP：Client/Server模式，面向链接。基本功能：写信、传送、报告传送状况、显示信件、接收方处理信件。
   

   ⑤：DNS域名解析协议：DNS是一种用以将域名转换为IP地址的Internet服务。

   ⑥：简单文件传送协议TFTP：客户服务器模式，使用UDP数据报，只支持文件传输，不支持交互，TFTP代码占内存小。
   

   ⑦：简单网络管理协议（SNMP）: SNMP模型的4个组件：被管理结点、管理站、管理信息、管理协议。SNMP代理：运行SNMP管理进程的被管理结点。

   ⑧DHCP动态主机配置协议: 发现协议中的引导文件名、空终止符、属名或者空,DHCP供应协议中的受限目录路径名 Options –可选参数字段，参考定义选择列表中的选择文件。

　　PS：其实协议分层只是为了更好地理解我运用协议的做用，而不是绝对的分层，有的层之间协议也是能够共用的，特别是会话层、表示层和应用层这三层。

3、TCP/IP协议

　　一、介绍

　　Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通信协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议等组成（固然还有其余后来发展起来的网络协议，还包括 ARP，ICMP，IGMP，UDP，以及让域名访问成为可能的DNS，以及电脑/手机能够自动获取IP地址的DHCP。固然还有形形色色的应用层的协议如 HTTP / SMTP / FTP 等。）。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成本身的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求从新传输，直到全部数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

　　二、TCP/IP协议的发展历程

　　（如下内容来自百度百科）：

　　为了减小网络设计的复杂性，大多数网络都采用分层结构。而TCP/IP协议采用了4层的层级结构。

　　在阿帕网（ARPA）产生运做之初，经过接口信号处理机实现互联的电脑并很少，大部分电脑相互之间不兼容。在一台电脑上完成的工做，很难拿到另外一台电脑上去用，想让硬件和软件都不同的电脑联网，也有不少困难。当时美国的情况是，陆军用的电脑是DEC系列产品，海军用的电脑是Honeywell中标机器，空军用的是IBM公司中标的电脑，每个军种的电脑在各自的系里都运行良好，但却有一个大弊病：不能共享资源。

　　当时科学家们提出这样一个理念：“全部电脑生来都是平等的。”为了让这些“生来平等”的电脑可以实现“资源共享”就得在这些系统的标准之上，创建一种你们共同都必须遵照的标准，这样才能让不一样的电脑按照必定的规则进行“谈判”，而且在谈判以后能“握手”。

　　在肯定今天因特网各个电脑之间“谈判规则”过程当中，最重要的人物当数瑟夫（Vinton G.Cerf）。正是他的努力，才使今天各类不一样的电脑能按照协议上网互联。瑟夫也所以得到了与克莱因罗克（“因特网之父”）同样的美称“互联网之父”。

　　瑟夫从小喜欢标新立异，坚强而又热情。中学读书时，就被容许使用加州大学洛杉矶分校的电脑，他认为“为电脑编程序是个很是激动人心的事，......只要把程序编好，就可让电脑作任何事情。”1965年，瑟夫从斯坦福大学毕业到IBM的一家公司当系统工程师，工做没多久，瑟夫就以为知识不够用，因而到加州大学洛杉矶分校攻读博士，那时，正逢阿帕网的创建，“接口信号处理机”（IMP）的研试及网络测评中心的创建，瑟夫也成了著名科学家克莱因罗克手下的一位学生。瑟夫与另外三位年轻人（温菲尔德、克罗克、布雷登）参与了阿帕网的第一个节点的联接。此后不久，BBN公司对工做中各类状况发展有很强判断能力、被公认阿帕网建成做出巨大贡献的鲍伯·卡恩（Bob Kahn）也来到了加州大学洛杉矶分校。在那段日子里，每每是卡恩提出须要什么软件，而瑟夫则通宵达旦地把符合要求的软件给编出来，而后他们一块儿测试这些软件，直至能正常运行。

　　当时的主要格局是这样的，罗伯茨提出网络思想设计网络布局，卡恩设计阿帕网整体结构，克莱因罗克负责网络测评系统，还有众多的科学家、研究生参与研究、试验。69年9月阿帕网诞生、运行后，才发现各个IMP链接的时候，须要考虑用各类电脑都承认的信号来打开通讯管道，数据经过后还要关闭通道。不然这些IMP不会知道何时应该接收信号，何时该结束，这就是咱们所说的通讯“协议”的概念。1970年12月制定出来了最初的通讯协议由卡恩开发、瑟夫参与的“网络控制协议”（NCP），但要真正创建一个共同的标准很不容易，72年10月国际电脑通讯大会结束后，科学家们都在为此而努力。

　　“包切换”理论为网络之间的联接方式提供了理论基础。卡恩在本身研究的基础上，认识到只有深刻理解各类操做系统的细节才能创建一种对各类操做系统普适的协议，73年卡恩请瑟夫一块儿考虑这个协议的各个细节，他们此次合做的结果产生了在开放系统下的全部网民和网管人员都在使用的“传输控制协议”（TCP，Transmission-Control Protocol）和“因特网协议”（IP，Internet Protocol）即TCP/IP协议。

　　通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求从新传输，直到全部数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。1974年12月，卡恩、瑟夫的第一份TCP协议详细说明正式发表。当时美国国防部与三个科学家小组签订了完成TCP/IP的协议，结果由瑟夫领衔的小组捷足先登，首先制定出了经过详细定义的TCP/IP协议标准。当时做了一个试验，将信息包经过点对点的卫星网络，再经过陆地电缆，再经过卫星网络，再由地面传输，贯串欧洲和美国，通过各类电脑系统，全程9.4万千米居然没有丢失一个数据位，远距离的可靠数据传输证实了TCP/IP协议的成功。

　　1983年1月1日，运行较长时期曾被人们习惯了的NCP被中止使用，TCP/IP协议做为因特网上全部主机间的共同协议，今后之后被做为一种必须遵照的规则被确定和应用。2005年9月9日卡恩和瑟夫因为他们对于美国文化作出的卓越贡献被授予总统自由勋章。

　　三、TCP/IP四层模型

　　

4、IP协议

　　一、介绍

　　IP协议（Internet Protocol）是将多个包交换网络链接起来，它在源地址和目的地址之间传送一种称之为数据包的东西，它还提供对数据大小的从新组装功能，以适应不一样网络对包大小的要求。IP协议在OSI参考模型中应用于网络层，以“数据包（Package）”为单位。其中，IP地址的定义是确认惟一端口号和路由选择的关键，IP地址至关于每台电话的电话号码，惟一且是咱们互相联系的关键，所以IP协议也是网络互连的关键。

　　二、IP协议特色

• ①IP协议是一种无链接、不可靠的分组传送服务的协议。
• ②IP协议是点-点线路的网络层通讯协议。IP协议是针对原主机-路由器、路由器-路由器、路由器-目的主机之间的数据传输的点-点线路的网络层通讯协议。
• ③IP协议屏蔽了网络在数据链路层、物理层协议与实现技术上的差别。：经过IP协议，网络层向传输层提供的是统一的IP分组，传输层不须要考虑互联网在数据链路层、物理层协议与实现技术上的差别，IP协议使得异构网络的互联变得容易了。

　　三、IPV4和IPV6

　　目前，主流IP是基于IPv4的，但IPV4网络难以实现网络实名制，一个重要缘由就是由于IP资源的共用，由于IP资源不够（IPV4为32位），因此不一样的人在不一样的时间段共用一个IP，IP和上网用户没法实现一一对应。而IPv6（128位，足够长）的普及将改变现状，由于IPv6一个重要的应用将是实现网络实名制下的互联网身份证/VIeID，在IPv4下，如今根据IP查人也比较麻烦，电信局要保留一段时间的上网日志才行，一般由于数据量很大，运营商只保留三个月左右的上网日志，好比查前年某个IP发帖子的用户就不能实现。IPv6的出现能够从技术上一劳永逸地解决实名制这个问题，由于那时IP资源将再也不紧张，运营商有足够多的IP资源，那时候，运营商在受理入网申请的时候，能够直接给该用户分配一个固定IP地址，这样实际就实现了实名制，也就是一个真实用户和一个IP地址的一一对应。当一个上网用户的IP固定了以后，你任什么时候间作的任何事情都和一个惟一IP绑定，你在网络上作的任何事情在任什么时候间段内都有据可查，而且没法否定。所以你可能昨晚刚浏览过非法网站后，次日早上就会有人上门给你开罚款单（啧啧）。

　　IPv4，是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被普遍使用，构成现今互联网技术的基础的协议。1981年 Jon Postel 在RFC791中定义了IP，Ipv4能够运行在各类各样的底层网络上，好比端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议) ，卫星链路等等。局域网中最经常使用的是以太网。目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议之一。目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4，v，version版本)，它的下一个版本就是IPv6。
　　数据报格式以下：首部的长度是以4个字节为单位，长度能够是20-60字节，这跟首部的HLEN字段有关。
 

   

• 首部长度：这个4位字段定义了数据报首部的长度，以4字节的字为单位。当首部没有选项时，首部长度位20字节；当这个字段值位最大值F时，首部长度最大为60字节。

• 服务类型：在最初这个字段有一部分用于定义数据报的优先级，剩下的一部分定义了服务类型。IETF已经改变了这个8位字段的解释，如今定义了一组区分服务。在这种解释种，前6位构成了码点（codepoint），最后两位未使用。当码点字段最右边的3位不全为0时，这6位定义了54种服务，低延时，高吞吐量等等。

• 总长度：这个16位字段定义了数据报总长度，其以字节为单位。故IPv4数据报总长度上限值位65536字节。注：为何须要这个字段？在许多状况下，咱们确实不须要这个字段值。可是有些状况下，封装在一个帧里的并不只仅是数据报，还可能附加了一些填充。好比，以太网协议对帧的数据有最大值（1500字节）和最小值（46字节）的限制，当数据小于46字节时，数据将含有填充数据。

• 标识（identification）：　这个16位字段标志了从源主机发出的一个数据报，这样就肯定了数据报的惟一性。这样使得数据报被分片后，在到达终点时终点能根据标识号将同一个数据报的分片从新组装成一个数据报。

• 标志（flag）：第一位保留（未用），第二位为“不分片（do not fragment）”，第三位位“还有分片（more fragment）”。

• 分片偏移：这个13位字段表示的是分片在整个数据报中的相对位置。这是数据在原始数据报中的偏移量，以8字节位单位。

• 生存时间：这个8位字段用来控制数据报所通过的最大跳数（路由器），每通过一个路由器，这个字段数值都减1，减1后变位0时，路由器就丢弃这个数据报。
• 协议：这个8位字段定义了使用IPv4服务的高层协议，如TCP，UDP，ICMP，IGMP，OSPF等的数据都将被封装到IP数据报中。这个字段指明数据报必须交付给哪一个最终目的协议。

• 检验和：检验IP数据报首部。
• 源地址：定义了源点的IP地址，这个字段始终保持不变。
• 目的地址：定义了终点的IP地址，这个字段始终保持不变。

　　IPV4地址格式：

　　IPv4中规定IP地址长度为32（按TCP/IP参考模型划分) ，即有2^32-1个地址。 ipv4所存在的问题 通常的书写法为4个用小数点分开的十进制数。也有人把4位数字化成一个十进制长整数，但这种标示法并不常见。另外一方面，IPv6使用的128位地址所采用的位址记数法，在IPv4也有人用，但使用范围更少。 过去IANAIP地址分为A,B,C,D 4类，把32位的地址分为两个部分：前面的部分表明网络地址，由IANA分配，后面部分表明局域网地址。如在C类网络中，前24位为网络地址，后8位为局域网地址，可提供254个设备地址(由于有两个地址不能为网络设备使用: 255为广播地址，0表明此网络自己) 。网络掩码(Netmask) 限制了网络的范围，1表明网络部分，0表明设备地址部分，例如C类地址经常使用的网络掩码为255.255.255.0。

　　IPV6：

　　因为IPv4最大的问题在于网络地址资源有限，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，不只能解决网络地址资源数量的问题，并且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。IPV6号称能够为全世界的每一粒沙子编上一个网址。

　　发展历史：2003年1月22日，IETF发布了IPv6测试性网络。最初开始于虚拟网络，它使用IPv6-over-IPv4隧道过渡技术。所以，它是一个基于IPv4互联网且支持IPv6传输的网络，后来逐渐创建了纯IPv6连接。从2011年开始，主要用在我的计算机和服务器系统上的操做系统基本上都支持高质量IPv6配置产品。例如，Microsoft Windows从Windows 2000起就开始支持IPv6，到Windows XP时已经进入了产品完备阶段。一些应用基于IPv6实现．如BitTorrent点到点文件传输协议等，避免了使用NAT的IPv4私有网络没法正常使用的广泛问题。2012年6月6日，国际互联网协会举行了世界IPv6启动记念日，这一天，全球IPv6网络正式启动。多家知名网站，如Google、Facebook和Yahoo等，于当天全球标准时间0点（北京时间8点整）开始永久性支持IPv6访问。

　　IPV6地址格式：

　　IPv6的地址长度为128b，是IPv4地址长度的4倍。因而IPv4点分十进制格式再也不适用，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。

• 冒分十六进制表示法：
  格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每一个X表示地址中的16b，以十六进制表示，例如：ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789，这种表示法中，每一个X的前导0是能够省略的，例如：2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→ 2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A。
• 0位压缩表示法:
  在某些状况下，一个IPv6地址中问可能包含很长的一段0，能够把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的惟一性，地址中”::”只能出现一次，例如：
  FF01:0:0:0:0:0:0:1101 → FF01::1101
  0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1
  0:0:0:0:0:0:0:0 → ::
• 内嵌IPv4地址表示法:
  为了实现IPv4-IPv6互通，IPv4地址会嵌入IPv6地址中，此时地址常表示为：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，前96b采用冒分十六进制表示，而最后32b地址则使用IPv4的点分十进制表示，例如::192.168.0.1与::FFFF:192.168.0.1就是两个典型的例子，注意在前96b中，压缩0位的方法依旧适用。

　　IPV6报文格式：

　　

　　

 

5、TCP协议

　　一、介绍

　　TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向链接的、可靠的， 基于IP的传输层协议。TCP在IP报文的协议号是6。TCP是一个超级麻烦的协议，而它又是互联网的基础。下面是OSI七层模型图：

　　

　　TCP工做在网络OSI的七层模型中的第四层——Transport层（传输层），IP在第三层——Network层，ARP 在第二层——Data Link层。在第二层的数据，咱们把它叫Frame（数据帧），在第三层的数据叫Packet（数据包），第四层的数据叫Segment（数据段）。 同时，咱们须要简单的知道，数据从应用层发下来，会在每一层都会加上头部信息，进行封装，而后再发送到数据接收端。因此数据的发送和接收其实就是数据的封装和解封装的过程。 

　　二、TCP报文格式

　　　

      　

　　如上图所示，TCP数据格式是由若干具备特殊含义字段组成的。其中，

• Source Port和Destination Port：分别占用16位，表示源端口号和目的端口号;用于区别主机中的不一样进程， 而IP地址是用来区分不一样的主机的，源端口号和目的端口号配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能惟一 的肯定一个TCP链接；
• Sequence Number：用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据 字节在数据流中的序号;主要用来解决网络报乱序的问题；
• Acknowledgment Number：32位确认序列号包含发送确认的一端所指望收到的下一个序号，所以，确认序号应 当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过，只有当标志位中的ACK标志(下面介绍)为1时该确认序列号的字 段才有效。主要用来解决不丢包的问题；
• Offset：给出首部中32 bit字的数目，须要这个值是由于任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit(最多能 表示15个32bit的的字，即4*15=60个字节的首部长度)，所以TCP最多有60字节的首部。然而，没有任选字段， 正常的长度是20字节；
• TCP Flags:TCP首部中有6个标志比特，它们中的多个可同时被设置为1，主要是用于操控TCP的状态机的，依次 为URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。
  URG：此标志表示TCP包的紧急指针域(后面立刻就要说到)有效，用来保证TCP链接不被中断，而且督促 中间层设备要尽快处理这些数据；
  ACK：此标志表示应答域有效，就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中;有两个取值：0和1， 为1的时候表示应答域有效，反之为0；
  PSH：这个标志位表示Push操做。所谓Push操做就是指在数据包到达接收端之后，当即传送给应用程序， 而不是在缓冲区中排队；
  RST：这个标志表示链接复位请求。用来复位那些产生错误的链接，也被用来拒绝错误和非法的数据包；
  SYN：表示同步序号，用来创建链接。SYN标志位和ACK标志位搭配使用，当链接请求的时候，SYN=1， ACK=0；链接被响应的时候，SYN=1，ACK=1；这个标志的数据包常常被用来进行端口扫描。扫描者发送 一个只有SYN的数据包，若是对方主机响应了一个数据包回来 ，就代表这台主机存在这个端口;可是因为这 种扫描方式只是进行TCP三次握手的第一次握手，所以这种扫描的成功表示被扫描的机器不很安全，一台安全 的主机将会强制要求一个链接严格的进行TCP的三次握手；
• Window：窗口大小，也就是有名的滑动窗口，用来进行流量控制。这是一个复杂的问题，本文再也不论述。

　　二、TCP协议的三次握手

　　TCP是面向链接的，不管哪一方向另外一方发送数据以前，都必须先在双方之间创建一条链接。在TCP/IP协议中，TCP 协议提供可靠的链接服务，链接是经过三次握手进行初始化的。三次握手的目的是同步链接双方的序列号和确认号并交换 TCP窗口大小信息。以下图TCP的通讯过程所示：

　　

　　三次握手具体过程（状态）以下（其实能够类比打电话的过程：甲打电话，并等待接听→乙收到来电显示，“并表示能够接听”→“甲收到乙能够接听的信息”，甲接听电话。注：引号部分是打电话过程当中没有的，但在TCP三次握手中存在）：

1. 第一次握手：创建链接。客户端发送链接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number为x;而后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认。（客户的创建链接并等待确认）

2. 第二次握手：服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段，须要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);同时，本身本身还要发送SYN请求信息，将SYN位置为1，Sequence Number为y;服务器端将上述全部信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态。（服务器端发送相关报文段信息并等待链接）

3. 第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。而后将Acknowledgment Number设置为y+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕之后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。（客户的接收到服务端信息并实现链接）

　　而后，客户端和服务端就能实现正常的数据传输啦！

　　三、TCP协议的四次分手

　　 既然握手都须要频繁确认，那么“分手”又怎能马虎呢？具体过程（状态）以下（一样也能够看作挂电话的过程：我说完了，挂？→我也说完了，挂吧？→好，拜拜→bye。简言之就是确认通讯双方都交流完毕再确认断开链接）：

1. 第一次分手：主机1(能够使客户端，也能够是服务器端)，设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段;此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了。（一方数据发送完成）
2. 第二次分手：主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1，我也没有数据要发送了，能够进行关闭链接了。（另外一方数据发送完成）
3. 第三次分手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭链接，同时主机2进入CLOSE_WAIT状态。（请求关闭链接并等待）
4. 第四次分手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，而后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段之后，就关闭链接;此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，则证实Server端已正常关闭，那好，主机1也能够关闭链接了。（关闭链接）

　　如今，咱们也应该理解为何TCP协议是面向链接的、可靠的、基于IP协议的“通讯控制协议”了。TCP的三次握手保证了数据的可靠性，保证资源不被浪费，而四次分手保证链接的可靠性而不至于随意断开链接，但TCP协议也由其可靠性，数据传输效率变得较低，而不像UDP那样进行实时快速传输，下面咱们就来学习什么是UDP协议。

6、UDP协议

　　一、介绍

　　UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无链接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。

　　与所熟知的TCP（传输控制协议）协议同样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。根据OSI（开放系统互连）参考模型，UDP和TCP都属于传输层协议。UDP协议的主要做用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每个数据包的前8个字节（16*4位）用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。

　　二、UDP报文格式

　　与TCP协议不一样，UDP协议是非面向链接的不可靠协议，所以没有了SYN等处理两端等待或链接的报文段，相比之下，UDP的报文格式更为简单，主要由报文头（由均16位的源端口号、目的端口号、UDP长度和UDP校验和组成）和具体传输数据组成。如图所示：

　　

• UDP长度：UDP报文的整个大小，最小为8个字节（16*4位）（仅为首部）。
• UDP检验和：在进行检验和计算时，会添加一个伪首部一块儿进行运算。伪首部（占用12个字节）为：4个字节的源IP地址、4个字节的目的IP地址、1个字节的0、一个字节的数字1七、以及占用2个字节UDP长度。这个伪首部不是报文的真正首部，只是引入为了计算校验和。相对于IP协议的只计算首部，UDP检验和会把首部和数据一块儿进行校验。接收端进行的校验和与UDP报文中的校验和相与，若是无差错应该全为1。若是有误，则将报文丢弃或者发给应用层、并附上差错警告。

　　三、UDP特性

• （1） UDP是一个无链接协议，传输数据以前源端和终端不创建链接，当 UDP想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽量快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每一个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
• （2） 因为传输数据不创建链接，所以也就不须要维护链接状态，包括收发状态等，所以一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
• （3） UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
• （4） 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
• （5）UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，所以主机不须要维持复杂的连接状态表（这里面有许多参数）。
• （6）UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，所以，应用程序须要选择合适的报文大小。 虽然UDP是一个不可靠的协议，但它是分发信息的一个理想协议。例如，在屏幕上报告股票市场、在屏幕上显示航空信息等等。UDP也用在路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）中修改路由表。在这些应用场合下，若是有一个消息丢失，在几秒以后另外一个新的消息就会替换它。UDP普遍用在多媒体应用中，例如，Progressive Networks公司开发的RealAudio软件，它是在因特网上把预先录制的或者现场音乐实时传送给客户机的一种软件，该软件使用的RealAudio audio-on-demand protocol协议就是运行在UDP之上的协议，大多数因特网电话软件产品也都运行在UDP之上。

　　在选择使用协议的时候，选择UDP必需要谨慎。在网络质量使人十分不满意的环境下，UDP协议数据包丢失会比较严重。但是因为UDP的特性：它不属于链接型协议，于是具备资源消耗小，处理速度快的优势，因此一般音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，由于它们即便偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。好比咱们聊天用的ICQ和QQ就是使用的UDP协议。

7、TCP协议和UDP协议的区别

　　一、通常区别

• TCP是面向链接的，传输数据保证可靠性和安全性；TCP协议是非面向链接的，是不可靠但高效率的协议。
• TCP占用资源多而UDP占用少。
• TCP是流模式而TCP是数据报模式。（能够这样理解：TCP是面向链接的，用打电话的过程来类比，就是通讯双方是互相明确的，因此进行的是“你一句我一句”的交流，TCP整个通讯过程间有一个缓存区，因为通讯主体明确，所以能够断断续续地进行交流，数据比如水流，知道源头和目的地，所以称为流模式。反过来，UDP是非面向链接的，比如写信的过程，假设咱们只要知道佩奇的地址，咱们就能写信给佩奇，而佩奇却不认识咱们。这样发起通讯方的身份是不明确的，每一个发送端的信息都不能和别的发送端混淆，否则会形成数据失效，因此UDP要对数据进行“打包”发送，是面向报文的，就像写信须要用信封套起来，否则只发送数据甚至数据混合会变得毫无心义，就像qq群的匿名聊天，这不扯皮吗？）
• TCP和UDP的应用场景和编程方式也有很大差异，此处再也不赘述。

　　二、TCP的粘包和UDP的丢包

 　　TCP粘包现象：TCP粘包是指发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。

　　粘包缘由：

• 发送端：TCP默认会使用Nagle算法。而Nagle算法主要作两件事：1）只有上一个分组获得确认，才会发送下一个分组；2）收集多个小分组，在一个确认到来时一块儿发送。因此，正是Nagle算法形成了发送方有可能形成粘包现象。
• 接收端：TCP接收到分组时，并不会马上送至应用层处理，或者说，应用层并不必定会当即处理；实际上，TCP将收到的分组保存至接收缓存里，而后应用程序主动从缓存里读收到的分组。这样一来，若是TCP接收分组的速度大于应用程序读分组的速度，多个包就会被存至缓存，应用程序读时，就会读到多个首尾相接粘到一块儿的包。

　　粘包处理：若是黏在一块儿的包是同一个总体，即赞成部分数据分割而来的，那么就不用进行处理。若是是不一样部分的数据粘到一块儿，就须要进行粘包解决：

• 发送端致使：使用TCP_NODELAY选项来关闭Nagle算法。
• 接收端致使：暂无。
• 统一解决（应用层）：能够解决接收方形成的粘包问题，还能解决发送方形成的粘包问题。
  解决方法就是循环处理：应用程序在处理从缓存读来的分组时，读完一条数据时，就应该循环读下一条数据，直到全部的数据都被处理；可是如何判断每条数据的长度呢？
  两种途径：
  　　1）格式化数据：每条数据有固定的格式（开始符、结束符），这种方法简单易行，但选择开始符和结束符的时候必定要注意每条数据的内部必定不能出现开始符或结束符；
         2）发送长度（推荐）：发送每条数据的时候，将数据的长度一并发送，好比能够选择每条数据的前4位是数据的长度，应用层处理时能够根据长度来判断每条数据的开始和结束。

　　UDP丢包现象：丢包现象即便用UDP发送时，因为不可靠链接方式，收到各类因素影响，数据包可能会在接受过程当中丢失一部分，从而致使数据不完整。

　　UDP丢包缘由：

• 发送端：发送的包太大致使send方法没法正常切割为小包致使丢包、发送的包太大超过缓存设置也会出现对包、发送频率太快致使接收端未接受或溢出缓冲区而丢包。
• 接收端：处理时间过长致使丢包。
• 其余：网络等问题。

　　UDP丢包处理：

• UDP的缺陷在于丢包和乱序问题，通常视状况进行处理，而发送的时候也须要注意上述致使丢包的问题。

8、HTTP协议

 　　一、介绍

　　超文本传输协议（HTTP，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为普遍的一种网络协议。全部的万维网WWW（World Wide Web）文件都必须遵照这个标准。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。1960年美国人Ted Nelson构思了一种经过计算机处理文本信息的方法，并称之为超文本（hypertext）,这成为了HTTP超文本传输协议标准架构的发展根基。

　　HTTP是一个基于TCP/IP通讯协议来传递数据（HTML 文件, 图片文件, 查询结果等）。HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议，因为其简捷、快速的方式，适用于分布式超媒体信息系统。它于1990年提出，通过几年的使用与发展，获得不断地完善和扩展。目前在WWW中使用的是HTTP/1.0的第六版，HTTP/1.1的规范化工做正在进行之中，并且HTTP-NG(Next Generation of HTTP)的建议已经提出。

　　HTTP协议工做于客户端-服务端架构为上。浏览器做为HTTP客户端经过URL向HTTP服务端即WEB服务器发送全部请求。Web服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。

　　

　　二、HTTP特色

　　HTTP是一个客户端和服务器端请求和应答的标准，一般，由HTTP客户端发起一个请求，创建一个到服务器指定端口（默认是80端口）的TCP链接。HTTP服务器则在那个端口监听客户端发送过来的请求。一旦收到请求，服务器（向客户端）发回一个状态行。 HTTP协议的网页 HTTP协议的网页 HTTP使用TCP而不是UDP的缘由在于（打开）一个网页必须传送不少数据，而TCP协议提供传输控制，按顺序组织数据，和错误纠正。

　　经过HTTP或者HTTPS协议（HTTP协议+SSL协议）请求的资源由统一资源标示符（Uniform Resource Identifiers）（或者，更准确一些，URLs）来标识。HTTP有如下特色：

• 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法经常使用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不一样。因为HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，于是通讯速度很快。

• 灵活：HTTP容许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。
• 无链接：无链接的含义是限制每次链接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开链接。采用这种方式能够节省传输时间。
• 无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺乏状态意味着若是后续处理须要前面的信息，则它必须重传，这样可能致使每次链接传送的数据量增大。另外一方面，在服务器不须要先前信息时它的应答就较快。
• 支持B/S及C/S模式。

　　三、HTTP的URL地址

　　URL是一种特殊类型的URI，包含了用于查找某个资源的足够的信息，URL,全称是UniformResourceLocator, 中文叫统一资源定位符,是互联网上用来标识某一处资源的地址。如下面这个URL为例，介绍下普通URL的各部分组成：

　　http://www.cnblogs.com：8080/fzz9/index.jsp？id=30303&page=2#name

• 协议部分：通常为HTTP或Https，后接//做为分隔符。
• 域名部分：www.cnblogs.com为网站域名。

• 端口号部分：此网址为8080。跟在域名后面的是端口号，域名和端口之间使用“:”做为分隔符。端口不是一个URL必须的部分，若是省略端口部分，将采用默认端口。

• 虚拟目录部分：从域名后的第一个“/”开始到最后一个“/”为止，是虚拟目录部分。虚拟目录也不是一个URL必须的部分。
• 参数部分：从“？”开始到“#”为止之间的部分为参数部分。本例中的参数部分为“id=30303&page=2”。不是必要部分。
• 文件名部分：从域名后的最后一个“/”开始到后面一个“？”为止，是文件名部分，若是没有“?”,则是从域名后的最后一个“/”开始到“#”为止，是文件部分，若是没有“？”和“#”，那么从域名后的最后一个“/”开始到结束，都是文件名部分。本例中的文件名是“index.jsp”。文件名部分也不是一个URL必须的部分，若是省略该部分，则使用默认的文件名。
• 锚部分：从“#”开始到最后，都是锚部分。本例中的锚部分是“name”。锚部分也不是一个URL必须的部分。

　　四、HTTP请求之request

　　客户端经过HTTP协议进行请求时遵循必定的格式，请看下面的请求报文格式（由请求行、请求头、空行、请求体组成）：

　　

　　而各部分组成以下所示：

　　

　　而请求主要分为post提交方法和get提交方法，每种选择各有优缺点，此处再也不赘述。目前大多数网站多采用post提交。

　　五、Http响应之response

　　在客户端发送请求后服务端进行响应，将信息发送给客户端，以实现功能服务，报文格式以下（包含状态行、响应头、空行、消息体）：

　　

　　

　　响应组成此处也再也不赘述，值得注意的是状态码，它以清晰明确的数字告诉客户端本次请求的处理结果。 常见的状态码有：

　　

　　

　　

　　

　　

9、Socket编程简述

　　Socket的英文原义是“孔”或“插座”。网络上的两个程序经过一个双向的通讯链接实现数据的交换，这个链接的一端称为一个socket。

　　创建网络通讯链接至少要一对端口号(socket)。socket本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员作网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。

　　HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通讯的能力。

　　网络层的ip地址能够惟一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”能够惟一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就能够标识网络的进程了，网络中的进程通讯就能够利用这个标志与其它进程进行交互。 使用TCP/IP协议的应用程序一般采用应用编程接口，即Socket（UNIX  BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI，已经被淘汰），来实现网络进程之间的通讯。

　　这里只是简单了解，有兴趣的可自行搜索，或参考这篇博文：http://www.javashuo.com/article/p-drqmpbyr-gs.html。

10、碎碎念

　　通过本文的学习，咱们已经大概了解了网络到底如何改变世界，网络协议又是多么重要。但网络协议的发展不止于此，且本文仅是浅显的总结，之后会继续补充完善，除此以外还有诸多内容须要咱们深刻学习，要想加深对网络协议的认知，还须要咱们在运用中进行实践总结。