一、TCP/IP协议

(一)、简介

TCP/IP协议即传输控制协议/网间协议，定义了主机如何连入因特网，以及数据在它们之间传输的标准。TCP/IP协议指因特网整个TCP/IP的协议族，而不是特指某个单独的协议

TCP/IP协议包括四个抽象层：

应用层：TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet 等等
传输层：TCP，UDP
网络层：IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP
数据链路层：SLIP，CSLIP，PPP，MTU

它们之间的关系可用如下图表示：

(二)、数据包和数据处理流程

在TCP/IP协议的每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，这个首部里包含了所在层的相关信息，如要发送的目标地址和协议的相关信息。

网络中传输的数据包由两部分组成：一部分是协议要用的首部，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，数据包的首部标明了协议应该如何读取数据。反过来说，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。

下面以a向b发送邮件为例来看数据的处理流程：

(三)、TCP和UDP

1).TCP和UDP区别

TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议，分别是 TCP 和 UDP。拿快递举例，TCP就像靠谱的快递公司，每一步都有反馈和监控，但价格也很昂贵；UDP就像不靠谱的快递公司，价格低，但能不能收到就要看运气了。两种服务无所谓好坏，TCP可靠但是要消耗大量资源，效率低（适合大块、重要的文件），UDP不保证可靠性，但是效率高（适合对实时性要求较高的通信广播或者一些不太重要的文件）。下面详细的介绍下它们的区别：

a) TCP是面向连接的、可靠的流协议。TCP通讯类似于打电话，必须双方把电话接通后才能进行通话，任何一方断线都会造成无法进行通话，须再次连接。它充分地实现了数据传输时各种控制功能，可以进行丢包时的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。TCP 作为一种面向有连接的协议，只有在确认通信对端存在时才会发送数据，从而可以控制通信流量的浪费

b) UDP 是不具有可靠性的数据报协议。UDP协议是一种对等通信的实现，发送方只需要知道接收方的IP和Port，就可以直接向它发送数据，不需要事先连接。每个程序都可以作为服务器，也可作为客户端。细微的处理它会交给上层的应用去完成。在 UDP 的情况下，虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频､视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响｡

2).TCP三次握手

TCP是面向连接进行传输的，因此在通信开始之前就要先做好两端之间的准备工作。而三次握手就是建立连接的方式，客户端和服务端通过三次通信完成连接，在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发。下面看看过程：

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。

3).TCP四次挥手

四次挥手即终止连接时进行的操作，客户端和服务端通过四次通信断开连接。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。由于TCP连接是全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭。

中断连接端可以是客户端，也可以是服务器端。
第一次挥手：客户端发送一个FIN=M，用来关闭客户端到服务器端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。意思是说"我客户端没有数据要发给你了"，但是如果你服务器端还有数据没有发送完成，则不必急着关闭连接，可以继续发送数据。
第二次挥手：服务器端收到FIN后，先发送ack=M+1，告诉客户端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息。这个时候客户端就进入FIN_WAIT_2 状态，继续等待服务器端的FIN报文。
第三次挥手：当服务器端确定数据已发送完成，则向客户端发送FIN=N报文，告诉客户端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了。服务器端进入LAST_ACK状态。
第四次挥手：客户端收到FIN=N报文后，就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕服务器端不知道要关闭，所以发送ack=N+1后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。服务器端收到ACK后，就知道可以断开连接了。客户端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明服务器端已正常关闭，那好，我客户端也可以关闭连接了。最终完成了四次握手。

上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起主动关闭的情况

二、Socket

(一)、简介

下面这张图明确的展示了Socket在网络通信中的位置---位于应用层和传输层之间。

我们常说的套接字Socket，是一个编程接口（API），是TCP/UDP向开发者提供的用作网络开发的接口，它是对TCP/UDP协议的封装。可以这么理解，有两个进程（一台计算机能有多个进程，比如QQ和微信就可以被看做两个进程），跨计算机，他俩想通讯的话就必须通过网络对接起来，而这就是Socket的作用。这两个进程，需要有一个进程是被动方，这就是服务器 ；而 另一个则是主动方，这就是客户端 。他们 所在的计算机叫做主机host，在网络上有特定的Ip地址。一台计算机可以有多个进程作为服务器，但是ip地址只有一个，所以要通过不同的 端口port 进行区分。因此，服务器需要绑定在本机的某个端口上，客户端则需要声明自己要连接哪台主机（地址）的哪个进程（端口）。两个进程通过网络（Socket）建立其通讯渠道，然后就能通过recv 和 send 来收发一些信息。所以Socket就是指代联通这种通讯的桥梁（标识）。

(二)、Socket工作流程

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。