客戶與服務(wù)器之間使用某個(gè)應(yīng)用協(xié)議通信，傳輸層使用TCP通信。客戶與服務(wù)器之間信息流在其中一端是向下通過協(xié)議棧，跨越網(wǎng)絡(luò)后，另一端是向上通過協(xié)議棧?？蛻艉头?wù)器是用戶進(jìn)程，TCP和IP協(xié)議是內(nèi)核中協(xié)議棧的一部分。

描述一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)協(xié)議層常用方法是使用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的計(jì)算機(jī)通信開放系統(tǒng)互連，7層模型
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和硬件：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層：IPv4,IPv6，傳輸層:TCP,UDP,應(yīng)用層：會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層

一、POSIX發(fā)展歷史

POSIX可移植操作系統(tǒng)接口，發(fā)展簡史

• 第一個(gè)POSIX標(biāo)準(zhǔn)詳述了進(jìn)入類Unix內(nèi)核的C語言接口，涵蓋了下述領(lǐng)域：進(jìn)程原語(fork,exec,信號，定時(shí)器)、進(jìn)程環(huán)境(用戶ID和進(jìn)程組)、文件與目錄(所有I/O函數(shù))、終端I/O、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(口令文件和用戶組文件)以及star和cpio歸檔格式
• 第二個(gè)做了少量修改，新添副標(biāo)題為C語言API
• 第三個(gè)版本新添shell和100個(gè)實(shí)用程序，通常從shell啟動(dòng)執(zhí)行程序，如awk、basename、vi和yacc等
• 第三個(gè)版本新增線程的內(nèi)容，線程同步（互斥鎖和條件變量）、線程調(diào)度和同步調(diào)度
• 第四個(gè)定義兩個(gè)API，簡稱網(wǎng)絡(luò)結(jié)論DNI/Socket(基于BSD的套接字API),DNI/XTI(基于X/Open的XPG規(guī)范)

二、傳輸層：TCP、UDP和SCTP

1.用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP

應(yīng)用進(jìn)程往一個(gè)UDP套接字寫入一個(gè)消息，消息被封裝到一個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)，UDP數(shù)據(jù)報(bào)被封裝到IP數(shù)據(jù)報(bào)，然后發(fā)送到目的地。UDP不保證UDP數(shù)據(jù)報(bào)會(huì)到達(dá)最終目的，不保證各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)先后順序跨網(wǎng)絡(luò)后保持不變，也不保證每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)只到達(dá)一次。

每個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)都有一個(gè)長度，如果一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)正確地到達(dá)目的地，該數(shù)據(jù)報(bào)的長度將隨數(shù)據(jù)一道傳遞給接收端應(yīng)用進(jìn)程。

UDP提供無連接服務(wù)，UDP客戶與服務(wù)器之間不必存在長期的關(guān)系，一個(gè)UDP客戶可以創(chuàng)建一個(gè)套接字并發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)給一個(gè)給定的服務(wù)器，然后立即有同一個(gè)套接字發(fā)送另一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)給另一個(gè)服務(wù)器。同樣的，一個(gè)UDP服務(wù)器可以用同一個(gè)UDP套接字從若干不同客戶接受數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)客戶一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)

2.傳輸控制協(xié)議（TCP）

TCP客戶先與某個(gè)給定的服務(wù)器建立一個(gè)連接，再跨越連接與那個(gè)服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，然后終止這個(gè)連接。

TCP提供可靠性，當(dāng)TCP向另一端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它要求對端返回一個(gè)確認(rèn)。如果沒有收到確認(rèn)，TCP自動(dòng)重傳數(shù)據(jù)并等待更長時(shí)間，在數(shù)次重傳失敗后，TCP才會(huì)放棄，如此在嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)上所花總時(shí)間一般為4-19分鐘

TCP含有用戶動(dòng)態(tài)估算客戶和服務(wù)器之間的往返時(shí)間(RTT)算法，等待一個(gè)確認(rèn)需要多長時(shí)間。RTT在一個(gè)局域網(wǎng)上大約幾毫秒，跨越一個(gè)廣域網(wǎng)可能數(shù)秒鐘，RTT受網(wǎng)絡(luò)流通各種變化因素，TCP還持續(xù)估算一個(gè)給定連接的RTT。

TCP通過給其中每個(gè)字節(jié)關(guān)聯(lián)一個(gè)序列號對所發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。假設(shè)一個(gè)應(yīng)用寫2048字節(jié)到一個(gè)TCP套接字，導(dǎo)致TCP發(fā)送2個(gè)字節(jié)；第一個(gè)字節(jié)所含數(shù)據(jù)序列號1_{1024，第二個(gè)字節(jié)所含數(shù)據(jù)序列號1025}2018。如果這些分節(jié)非順序達(dá)到，接收端TCP將先根據(jù)它們的序列號重新排序，再把結(jié)果數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)用，重復(fù)數(shù)據(jù)也如如此處理。

TCP提供流量控制，TCP總是告知對端在任何時(shí)刻它一次能夠從對端接受多少字節(jié)的數(shù)據(jù)，稱為通告窗口。在任何時(shí)刻，該窗口指出接受緩沖區(qū)中當(dāng)前可用的空間量，從而確保發(fā)送端的數(shù)據(jù)不會(huì)使接受緩沖區(qū)溢出。該窗口時(shí)刻動(dòng)態(tài)變換。當(dāng)接受到來自發(fā)送端的數(shù)據(jù)時(shí)，窗口大小減小，當(dāng)接受端應(yīng)用緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，窗口大小增大。當(dāng)TCP對應(yīng)某個(gè)套接字的接受緩沖區(qū)已滿，導(dǎo)致它必須等待應(yīng)用從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，方能從端再接受數(shù)據(jù)。

TCP是全雙工，一個(gè)給定的連接上應(yīng)用可以在任何時(shí)刻在進(jìn)出兩個(gè)方向上既發(fā)送數(shù)據(jù)又接受數(shù)據(jù)。

三、TCP連接的建立與終止

1.三路握手

(1) 服務(wù)器必須準(zhǔn)備好接受外來的連接，調(diào)用socket、bind和listen這三個(gè)函數(shù)來完成，被動(dòng)打開
(2) 客戶通過調(diào)用connect發(fā)起主動(dòng)打開，導(dǎo)致客戶TCP發(fā)送一個(gè)SYN(同步)分節(jié)，它告訴服務(wù)器客戶將在（待建立的)連接中發(fā)送數(shù)據(jù)的初始序列號。通常SYN分節(jié)不攜帶數(shù)據(jù)，其所在IP數(shù)據(jù)報(bào)只喊一個(gè)IP首部，一個(gè)TCP首部及可能有的TCP選項(xiàng)
(3) 服務(wù)器只需確認(rèn)(ACK)客戶的SYN，同時(shí)自己也得發(fā)送一個(gè)SYN分節(jié)，它含有服務(wù)器將在同一連接中發(fā)送的數(shù)據(jù)初始序列號。服務(wù)器在單個(gè)分節(jié)中發(fā)送SYN和對客戶SYN的ACK(確認(rèn))
(4) 客戶必須確認(rèn)服務(wù)器的SYN

三路握手.jpg

2.TCP選項(xiàng)

每一個(gè)SYN都可以含有多個(gè)TCP選項(xiàng)，常用TCP選項(xiàng)

• MSS選項(xiàng)。發(fā)送SYN的TCP一端視同本選項(xiàng)通告端告對端它的最大分節(jié)大小即MSS，也就它在本連接的每個(gè)TCP分節(jié)中愿意接受的最大數(shù)據(jù)量
• 窗口規(guī)模選項(xiàng)，TCP連接任何一端能夠通告對端的最大窗口大小是65535,在TCP首部中相應(yīng)的字段占16位，當(dāng)今因特網(wǎng)上已普及高速網(wǎng)絡(luò)連接，最大窗口接近1GB
• 時(shí)間戳選項(xiàng)。對高速網(wǎng)絡(luò)連接是必要的，防止由失而復(fù)現(xiàn)的分組可能造成的數(shù)據(jù)毀壞。

3.TCP連接終止

TCP建立一個(gè)連接需3個(gè)分節(jié)，終止一個(gè)連接需4個(gè)分節(jié)
(1)某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程首先調(diào)用close，該端執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，該端的TCP于是發(fā)送一個(gè)FIN分節(jié)，表示數(shù)據(jù)發(fā)送完畢
(2) 接收到這個(gè)FIN的對端執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉，這個(gè)FIN由TCP確認(rèn)。它的接收也作為一個(gè)文件結(jié)束符(end-of-file)傳遞給接收端應(yīng)用進(jìn)程傳遞給接收端應(yīng)用進(jìn)程(放在億排隊(duì)等待應(yīng)用進(jìn)程接收的任何其他數(shù)據(jù)之后)，因?yàn)镕IN的接收意味著端應(yīng)用進(jìn)程在相應(yīng)連接上再無額外數(shù)據(jù)可接收
(3) 一段時(shí)間后，接收到這個(gè)文件結(jié)束符的應(yīng)用進(jìn)程將調(diào)用close關(guān)閉它的套接字。導(dǎo)致它的TCP也發(fā)送一個(gè)FIN
(4) 接收這個(gè)最終的FIN原發(fā)送端TCP（執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉的哪一端)確認(rèn)這個(gè)FIN

每個(gè)方向都需要一個(gè)FIN和一個(gè)ACK，因此需要4個(gè)分節(jié)。

TCP連接關(guān)閉.jpg