网络游戏开发基础（一）：重点理论基础

来源：好游戏攻略时间：2024-11-22 10:35

目录一、OSI模型和TCP/IP协议二、TCP和UDP协议三、三次握手和四次挥手1、名词解释2、三次握手3、四次挥手四、公网和局域网参考内容

一、OSI模型和TCP/IP协议

OSI模型是一个由国际标准化组织（ISO）制定的通信协议参考模型，它将网络通信划分为七个不同的层次，每个层次负责特定的功能。
TCP/IP协议是一组用于互联网通信的协议集合，它是互联网的基础协议，TCP/IP协议栈可以看作是OSI模型的一个实现。
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二、TCP和UDP协议

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，与TCP相对应的UDP协议是无连接的、不可靠的、但传输效率较高的协议。

三、三次握手和四次挥手

1、名词解释

序号(sequence number)：seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。

确认号（acknowledgement number）：ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1。

标志位（Flags）：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等。具体含义如下：

URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
ACK：确认序号有效。（为了与确认号ack区分开，我们用大写表示）
PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
RST：重置连接。
SYN：发起一个新连接。
FIN：释放一个连接。

2、三次握手

刚开始客户端处于 closed 的状态，服务端处于 listen 状态。然后
1、第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 报文，并指明客户端的初始化序列号 ISN（c）。此时客户端处于 SYN_Send 状态。

2、第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文之后，会以自己的 SYN 报文作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN(s)，同时会把客户端的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN，此时服务器处于 SYN_REVD 的状态。

3、第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 establised 状态。

4、服务器收到 ACK 报文之后，也处于 establised 状态，此时，双方以建立起了链接。
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Ps:(1)SYN=1 表示该报文不携带数据，但消耗一个序号 seq=x，seq=x是客户端的初始化序列号，因为tcp是面向字节流的
(2)SYN=1 表示该报文不携带数据，但消耗一个序号 seq=y，seq=y是服务器的初始化序列号，ACK=1是一个确认号
ack=x+1，表示服务器下次接收到的序号希望是x+1。然后服务器进入到SYN-RCVD等待的状态
(3)ACK=1是一个确认号，seq=x+1是上一次服务器回应的序号要求，ack=y+1表示客户下一次接收到的序号希望是y+1

三次握手的作用:
1、确认双方的接受能力、发送能力是否正常。
2、指定自己的初始化序列号，为后面的可靠传送做准备。
3、如果是 https 协议的话，三次握手这个过程，还会进行数字证书的验证以及加密密钥的生成到。

3、四次挥手

1、第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于FIN_WAIT1状态。

2、第二次握手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 + 1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT状态。

3、第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。

4、第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 + 1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态

5、服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。
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这里特别需要主要的就是TIME_WAIT这个状态了，这个是面试的高频考点，就是要理解，为什么客户端发送 ACK 之后不直接关闭，而是要等一阵子才关闭。这其中的原因就是，要确保服务器是否已经收到了我们的 ACK 报文，如果没有收到的话，服务器会重新发 FIN 报文给客户端，客户端再次收到 ACK 报文之后，就知道之前的 ACK 报文丢失了，然后再次发送 ACK 报文。
至于 TIME_WAIT 持续的时间至少是一个报文的来回时间。一般会设置一个计时，如果过了这个计时没有再次收到 FIN 报文，则代表对方成功就是 ACK 报文，此时处于 CLOSED 状态。

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
建立连接时因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。所以建立连接只需要三次握手。

由于TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议，TCP是全双工模式。这就意味着，关闭连接时，当Client端发出FIN报文段时，只是表示Client端告诉Server端数据已经发送完毕了。当Server端收到FIN报文并返回ACK报文段，表示它已经知道Client端没有数据发送了，但是Server端还是可以发送数据到Client端的，所以Server很可能并不会立即关闭SOCKET，直到Server端把数据也发送完毕。当Server端也发送了FIN报文段时，这个时候就表示Server端也没有数据要发送了，就会告诉Client端，我也没有数据要发送了，之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

四、公网和局域网

由于IPV4地址数量有限，为了节省，运营商不会给每台电脑分配一个ip，而是给一台路由器分配一个ip，连接到这台路由器的设备使用局域网ip，如果想要和外网的设备通信，对方使用你的内网ip是没法定位到你的电脑的。此时有端口转发和端口映射两种解决办法。
一、什么是端口映射

端口映射：端口映射就是将内网中的主机的一个端口映射到外网主机的一个端口，提供相应的服务。当用户访问外网IP的这个端口时，服务器自动将请求映射到对应局域网内部的机器上。

比如：

我们在内网中有一台Web服务器，但是外网中的用户是没有办法直接访问该服务器的。于是我们可以在路由器上设置一个端口映射，只要外网用户访问路由器ip的80端口，那么路由器会把自动把流量转到内网Web服务器的80端口上。并且，在路由器上还存在一个Session，当内网服务器返回数据给路由器时，路由器能准确的将消息发送给外网请求用户的主机。在这过程中，路由器充当了一个反向代理的作用，他保护了内网中主机的安全。
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二、什么是端口转发

端口转发：端口转发（Port forwarding），有时被叫做隧道，是安全壳（SSH）为网络安全通信使用的一种方法。

比如，我们现在在内网中，是没有办法直接访问外网的。但是我们可以通过路由器的NAT方式访问外网。假如我们内网现在有100台主机，那么我们现在都是通过路由器的这一个公网IP和外网通信的。那么，当互联网上的消息发送回来时，路由器是怎么知道这个消息是给他的，而另外消息是给你的呢？这就要我们的ip地址和路由器的端口进行绑定了，这时，在路由器中就会有一个内网ip和路由器端口对应的一张表。当路由器的10000端口收到消息时，就知道把消息发送给他，而当20000端口收到消息时，就知道把消息发送给你。这就是端口转发，其转发一个端口收到的流量，给另一个主机。
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