7. TCP/IP协议

TCP/IP协议是互联网最基础、核心的互联协议体系，核心由网络层IP协议与传输层TCP协议共同构成。
简单区分两者职责：

• TCP：负责保障数据可靠传输，传输出错则通知重传，直至数据完整、准确送达目标主机；
• IP：为全网每一台联网设备分配唯一地址，实现跨主机寻址。

7.1 IP协议基础特性

1. 数据包流转逻辑
   IP层接收下层（网络接口层，如以太网驱动）上传数据包，向上交付TCP/UDP；同时接收TCP/UDP下发的数据，向下交付底层链路发送。
2. 传输可靠性
   IP本身是无连接、不可靠协议，不校验数据包顺序、数据完整性，不做重传处理。
3. 核心标识
   每个IP数据包携带源IP地址、目的IP地址，用于寻址转发。

7.2 TCP协议基础特性

TCP是面向连接的传输协议，仅支持端到端通信，传输前后必须完成连接建立与连接断开流程，提供可靠数据流服务。

1. 可靠传输机制：带重传的肯定确认机制，丢包自动重传；
2. 流量控制：滑动窗口机制，根据接收方接收能力限制发送速率，避免拥塞；
3. 报文标志字段说明

• seq：sequence，序列号
• ack：acknowledge，确认号
• SYN：synchronize，同步建立连接标志
• ACK：acknowledge，确认应答标志
• FIN：Finally，结束断开连接标志

7.2.1 TCP三次握手（连接建立）

1. 客户端发送携带SYN标志的连接请求报文；
2. 服务端收到请求，回复SYN+ACK报文，同时为该连接分配系统资源；
3. 客户端收到应答，回复ACK报文并分配资源，双向连接正式建立。

7.2.2 TCP四次挥手（连接断开，客户端主动关闭为例）

1. 客户端发送FIN报文，表示自身不再发送数据；
2. 服务端返回ACK确认报文，告知客户端关闭请求已收到，服务端若还有剩余数据可继续发送；客户端进入FIN_WAIT等待状态；
3. 服务端全部数据发送完毕后，发送FIN报文告知客户端本方传输完成；
4. 客户端收到FIN，回复ACK确认报文，进入TIME_WAIT状态等待2MSL时长；服务端收到ACK后直接关闭连接；客户端等待超时无重传报文，确认服务端已断开，本地连接关闭。

7.2.3 关键原理问答

（1）建立连接为什么需要三次握手？

若仅两次握手会存在隐患：客户端旧的、阻塞延迟的连接请求报文到达服务端，服务端会单独建立闲置连接并持续占用资源。三次握手可让客户端校验服务端同步报文，拒绝过期无效连接，避免服务器资源浪费。

（2）断开连接为什么需要四次挥手？

TCP连接为双向读写通道，客户端停止发送数据不代表服务端无数据下发。
需要分两步断开两个方向通道：客户端告知不再发数据、服务端确认；服务端发完剩余数据后告知客户端，客户端再确认关闭，保证双方数据全部传输完成再释放连接。

7.2.4 基于TCP的上层应用协议

• FTP：文件传输协议
• Telnet：远程登录协议
• SMTP：邮件发送协议
• POP3：邮件接收协议
• HTTP：超文本传输协议