【网络原理】TCP/IP 协议栈

本文重点：

本文的知识点是网络编程的理论基础

是一个服务器开发程序员的重要基本功

是整个网络知识中重点和难点，也是各大公司笔试面试的核心考点

引言

TCP/IP 协议栈是互联网通信的基石，它定义了一套分层协作的通信规则，确保数据能够在复杂的网络环境中可靠、高效地传输。

TCP/IP 协议栈通常简化为四层模型，自下而上 分别为数据链路层 、网络层 、传输层 和应用层。

每一层都负责不同的通信任务，并依靠下层的服务完成自身工作。

应用层直接面向开发者和最终应用，提供满足业务需求的通信接口。

常见协议如：

这些应用层协议构成了日常网络应用的入口。

应用层协议之下，传输层（如TCP/UDP 协议）负责可靠性与传输控制，应用层只需实现自己的业务语义。

DNS 等服务在应用层实现域名解析等功能，底层通常通过UDP/ TCP进行请求和响应。

在网络编程中，应用层协议API（如Java、Python、C/C++ 的 socket 接口）用于实现业务逻辑；理解下层协议对设计高效、鲁棒的网络程序至关重要。

传输层的任务是：保证数据能够从发送端传输到接收端 。传输层也是网络编程的核心，提供两种传输方式：可靠的 TCP 和高效的 UDP。

端口号（Port）标识了一个主机上进行通信的不同的应用程序（不同应用程序的端口号都各不相同）。

在 TCP/IP 协议中，用 "源IP"、"源端口号"、"目的IP"、"目的端口号" 以及 "协议号" 这样的 五元组 来标识一个通信（可以通过 netstat -n 来查看）。

0~1023：知名端口号（Well-Known Ports）
- 分配给广泛使用的服务，如 HTTP（80）、HTTPS（443）等这些广为使用的应用层协议。
- 这些端口通常需要管理员权限才能绑定，并且他们的端口号都是固定的、公认的。
1024~49151：注册端口号（Registered Ports）
- 供用户或应用程序注册使用，不是操作系统自动动态分配的。
- 许多数据库（如 MySQL 3306）、应用服务器（如 Tomcat 8080）会使用这个范围内的端口。
49152~65535：动态/私有端口号（Dynamic/Private Ports）
- 通常由操作系统动态分配给客户端程序作为源端口，用于发起连接，也称为临时端口。

有些服务器是非常常用的，为了使用方便，人们约定一些常用的服务器，都是用以下这些固定的端口号：

我们自己写一个程序时，如果要使用端口号，应该避免这些知名端口号。

一个进程是否可以绑定多个端口号？

可以。

一个端口号是否可以被多个进程绑定？

不可以（除非设置 SO_REUSEADDR 特殊情况，通常不允许）。

UDP 就像寄信------ 写好的信就是数据包，当贴上邮票、放入邮筒中之后，你不知道它是否能成功送到目的地。

偏移量 (位)	字段名称	长度	作用说明
0-15	16位源端口号	2字节	发送方进程端口号。如果是客户端，通常由操作系统动态分配（1024-65535）；如果是服务端，则是知名端口（如DNS的53）。
16-31	16位目的端口号	2字节	接收方进程端口号。用于在目标主机上找到对应的应用程序。
32-47	16位UDP长度	2字节	整个UDP数据报（首部 + 数据）的总长度，单位是字节。最小值为8（只有首部，无数据），最大值为65535（即64KB）。
48-63	16位校验和	2字节	用于检测数据在传输过程中是否损坏。如果校验和出错，接收端会直接丢弃该数据报。

16 位 UDP 长度表示整个数据报（UDP 首部 + UDP 数据）的最大长度。

如果校验和出错，就会直接丢弃。

TCP 协议是互联网最复杂的协议，它通过一系列精巧的机制，在不可靠的 IP 网络上提供了可靠的字节流传输。

源/目的端口号：表示数据是从哪个进程来，到哪个进程去
32位序号/32位确认序号：
4位 TCP 报头长度：表示该 TCP 首部有多少个32位bit（即有多少个4字节），TCP 首部最大长度是 60（15 * 4）
6位标志位 ：
- URG：紧急指针是否有效
- ACK：确认号是否有效
- PSH：提示接收端应用程序立刻从 TCP 缓冲区把数据读走
- RST：对方要求重新建立连接，称为复位报文段
- SYN：请求建立连接，称为同步报文段
- FIN：通知对方本端要关闭了，称为结束报文段
16位窗口大小：
16位校验和：发送端填充，CRC校验；接收端校验不通过，则认为数据有问题。此处的校验和不光包含 TCP 首部，也包含数据部分
16位紧急指针：表示哪部分数据是紧急数据
40字节头部选项：

文章到这里就告一段落了，若有错误请尽管指出～

完