协议族概览

IPv4
网际协议版本4（Internet Protocol version 4），32位地址，为TCP、UDP、SCTP、ICMP和IGMP提供分组递送服务。

IPv6
网际协议版本6（Internet Protocol version 6）。128位地址，为TCP、UDP、SCTP和ICMPv6提供分组递送服务。

TCP
传输控制协议（Transmission Control Protocol）。面向连接的传输层协议，提供可靠的全双工字节流，使用流套接字（stream socket）。

UDP
用户数据报协议（User Datagram Protocol）。UDP是一个无连接的传输层协议，使用数据报套接字（datgram socket）。

SCTP
流控制传输协议（Stream Control Transmission Protocol）。是可靠全双工关联的面向连接的传输层协议。SCTP是多宿的，每个关联的两端均涉及一组IP地址和一个端口号。这里多宿的概念简单理解就是多个网卡。

ICMP协议
网际控制消息协议（Internet Control Message Protocol）。ICMP处理在路由器和主机之间流通的错误和控制信息。这些消息由TCP/IP网络支持软件本身（而不是用户进程）产生和处理，例如ping和traceroute使用ICMP。

IGMP协议
网际组管理协议（Internet Group Management Protocol）。IGMP用于多播。

ARP（Address Resolution Protocol）和RARP（Reverse Address Resolution Protocol）
ARP地址解析协议把一个IPV4映射成一个硬件地址（以太网地址）。RARP反向地址解析协议把一个硬件地址映射成一个IPv4地址。

传输层协议

目前主流使用的协议是UDP（用户数据报协议）和TCP(传输控制协议)，SCTP（流控制传输协议）是一种较新的传输层协议最初设计用于跨因特网传输电话信令，使用较少。

用户数据报协议（UDP）

UDP是无连接不可靠的传输层协议，在RFC768中被详细说明，这些主要体现在：
当用户进程往一个UDP套接字写入消息，消息随后被封装到一个UDP数据报（每个数据报都会有一个长度记录被接收端应用程序获取），进而又被封装到一个IP数据报，然后发往目的地，但是：UDP不保证数据报会到达其最终目的地，不保证各个数据报到达的先后顺序，也不保证数据报只到达一次。

此外需要注意的是，每个UDP数据报都会包含这个数据报的长度信息，并随着数据一道传递给接收方。这一点不同于TCP，TCP不记录边界信息。

传输控制协议（TCP）

TCP向应用程序提供面向连接的可靠性服务

面向连接体现在：TCP客户端要首先与某个服务器建立一个连接，然后再跨该连接交换数据，最后终止连接。

可靠性体现在：TCP不保证数据一定会被对方端点接收，它提供的是数据的可靠递送（等待确认并自动重传）和故障的可靠通知（放弃重传或中断连接）。在数次重传失败后，TCP才会放弃，如此在尝试发送数据所花的时间一般为4~10分钟。

TCP具有的一些能力

可以动态估算客户和服务器之间的往返时间（round-trip time RTT），以便知道等待一个确认需要多少时间。例如RTT在局域网中几毫秒，在广域网则要数秒。

TCP对所发的数据进行排序：

即在每个分节（TCP传递给IP的数据单元）的内部给每个字节关联一个序号，这就可以保证：在应用接收数据之前对非顺序到达的数据进行排序、并且对对端的重复数据进行丢弃。

TCP提供流量控制（flow control）

流量控制确保发送端发送的数据不会使得接收端缓冲区溢出：当发送数据太快，而接收端来不及接收时，为了保证数据不丢失，必须协调好双方通信的节奏，通告窗口就起到了这样的作用：当接收来自发送端的数据时，窗口大小减小，当接收端从缓冲区读走数据时，窗口就变大；当窗口为0时，说明TCP对应某个套接字的缓冲区已满，此时它必须等待对端从缓冲区读取数据和不为0的通告窗口消息的到来。

TCP连接是全双工的（UDP也可以是全双工）

也就是说在一个给定的连接上，应用可以在任何时刻在近处的两个方向上既发送数据又接收数据，需要的话也可以改成单工连接。

流控制传输协议

SCTP由RFC2960中详细介绍，并在RFC3309上进行更新。SCTP在客户和服务器之间提供关联，并类似于TCP，提供可靠性、排序、流量控制、全双工的数据传送。
不同于TCP面向连接，SCTP是面向消息的，提供每个记录的按续递送服务，并类似于UDP，每条记录的长度会随着消息一起发送给接收端。

SCTP与TCP的最大不同之处在于它是多宿主（Multi-homing）连接，使得单个SCTP端口能够支持多个IP地址，而TCP是单地址连接。

一个TCP连接只能支持一个流，一个SCTP连接可以支持多个流（Multi-streaming）。在SCTP协议中，流（Stream）是指从一个SCTP端点到另一端点之间建立的单向逻辑通路，通常情况下所有用户消息在流中按序传递。某个流上的信息丢失不会阻塞其它流的数据传递，而TCP则会阻塞直至连接被修复。

TCP 连接的建立和终止

TCP连接需要经过三次握手

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

断开连接则需要四次挥手

（1） TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送。
（2） 服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
（3） 服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端。
（4） 客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

TCP 状态转换图

TCP为一个连接定义了11种状态:

CLOSED

这个没什么好说的了，表示连接关闭，处于初始状态。

LISTEN

这个也是非常容易理解的一个状态，表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态，可以接受连接了。

SYN_RCVD

这个状态表示接受到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本 上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态 时，当收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态。

SYN_SENT

这个状态与SYN_RCVD遥想呼应，当客户端SOCKET执行CONNECT连接时，它首先发送SYN报文，因此也随即它会进入到了SYN_SENT状 态，并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。

ESTABLISHED

这个容易理解了，表示连接已经建立了。

FIN_WAIT_1

这个状态要好好解释一下，其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别 是：FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时，它想主动关闭连接，向对方发送了FIN报文，此时该SOCKET即 进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后，则进入到FIN_WAIT_2状态，当然在实际的正常情况下，无论对方何种情况下，都应该马 上回应ACK报文，所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的，而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。

FIN_WAIT_2

上面已经详细解释了这种状态，实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET，表示半连接，也即有一方要求close连接，但另外还告诉对方，我暂时还有点数据需要传送给你，稍后再关闭连接。

TIME_WAIT

表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下，收到了对方同时带 FIN标志和ACK标志的报文时，可以直接进入到TIME_WAIT状态，而无须经过FIN_WAIT_2状态。

CLOSING

这种状态比较特殊，实际情况中应该是很少见，属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下，当你发送FIN报文后，按理来说是应该先收到（或同时收到）对方的 ACK报文，再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后，并没有收到对方的ACK报文，反而却也收到了对方的FIN报文。什 么情况下会出现此种情况呢？其实细想一下，也不难得出结论：那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话，那么就出现了双方同时发送FIN报 文的情况，也即会出现CLOSING状态表示双方都正在关闭SOCKET连接。

CLOSE_WAIT

这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢？当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己，你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对 方，此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢，实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方，如果没有的话，那么你也就可以 close这个SOCKET，发送FIN报文给对方，也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下，需要完成的事情是等待你去关闭连接。

LAST_ACK

这个状态还是比较容易好理解的，它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了

SCTP 连接的建立和终止

SCTP连接需要经过四次握手

（1）客户端通过调用 connect 或者发送一个隐式打开改关联的消息进行主动打开。这使得客户SCTP发送一个INIT消息，该消息告诉服务器客户的IP地址清单、初始化序列号、用于表示本关联中所有分组的起始标记、客户请求的外出流的数目以及客户能够支持的外来流的数目。
（2）服务器以一个INIT ACK 消息确认客户的INIT消息，其中含有服务器的IP地址清单、初始化序列号、起始标记、服务器请求的外出流的数目、服务器能够支持的外来流的数目以及一个状态cookie。状态cookie包含服务器用于确信本关联有效所需的所有状态，它是数字化签名过的，以确保其有效性。
（3）客户端以一个COOKIE ECHO消息回射服务器的状态cookie。除COOKIE ECHO外，该消息可能在同一个分组中还捆绑了用户数据。
（4）服务器以一个COOKIE ACK消息确认客户回射的cookie是正确的，本关联于是建立。该消息也可能在同一个分组中还捆绑了用户数据。

SCTP断开需要经过三次挥手

最后

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