TCP/IP原理、基础以及在Linux上的实现

导言：本篇作为理论基础，将向我们讲述TCP/IP的基本原理以及重要的协议细节，并在此基础上介绍了TCP/IP在LINUX上的实现。
OSI参考模型及TCP/IP参考模型
OSI模型（open system interconnection reference model）是基于国际标准化组织（ISO）的建议而发展起来的，它分为如图3-1所示的七层。当卫星和无线网络出现以后，现有的协议在和这些网络互联时出现了问题，所以需要一种新的参考体系结构，能无缝地连接多个网络。这个体系结构就是TCP/IP参考模型。
TCP 协议
因特网在传输层有两种主要的协议：一种是面向连接的协议，一种是无连接的协议。传输控制协议TCP是(transmission control protocol)专门用于在不可靠的因特网上提供可靠的、端对端的字节流通信的协议。通过在发送方和接收方分别创建一个称为套接字的通信端口就可以获得TCP服务。所有的TCP 连接均是全双工的和点到点的。
发送和接收方TCP实体以数据报的形式交换数据。一个数据报包含一个固定的20字节的头、一个可选部分以及0或多字节的数据。对数据报的大小有两个限制条件：首先，每个数据报（包括TCP头在内）必须适合IP的载荷能力，不能超过65535字节；其次，每个网络都存在最大传输单元MTU（maximum transfer unit），要求每个数据报必须适合MTU。如果一个数据报进入了一个MTU小于该数据报长度的网络，那么处于网络边界上的路由器会把该数据报分解为多个小的数据报。
TCP实体所采用的基本协议是滑动窗口协议。当发送方传送一个数据报时，它将启动计时器。当该数据报到达目的地后，接收方的TCP实体向回发送一个数据报，其中包含有一个确认序号，它等于希望收到的下一个数据报的顺序号。如果发送方的定时器在确认信息到达之前超时，那么发送方会重发该数据报。
2.1 TCP数据报头
图2给出了TCP数据报头的格式。
源端口、目的端口：16位长。标识出远端和本地的端口号。
顺序号：32位长。表明了发送的数据报的顺序。
确认号：32位长。希望收到的下一个数据报的序列号。
TCP头长：4位长。表明TCP头中包含多少个32位字。
接下来的6位未用。
ACK：ACK位置1表明确认号是合法的。如果ACK为0，那么数据报不包含确认信息，确认字段被省略。
PSH：表示是带有PUSH标志的数据。接收方因此请求数据报一到便可送往应用程序而不必等到缓冲区装满时才传送。
RST：用于复位由于主机崩溃或其它原因而出现的错误的连接。还可以用于拒绝非法的数据报或拒绝连接请求。
SYN：用于建立连接。
FIN：