1、TCP/IP

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是一種可靠的網路資料傳輸控制協議。定義了主機如何連入因特網以及資料之間傳輸的標準。通常將該協議歸類到四個抽象層中，如下圖所示。
TCP：Transmission Control Protocol，傳輸控制協議
UDP：User Datagram Protocol，使用者資料報協議
ICMP：Internet Control Message Protocol，網路控制報文協議，主要用來檢測網路通訊故障和實現鏈路追蹤。如ping
IGMP：Internet Group Management Protocol，internet組管理協議
ARP：Address Resolution Protocol，地址解析協議，根據IP地址獲取實體地址的一個TCP/IP協議。即將IP地址翻譯為MAC地址。
RARP：Reverse Address Resolution Protoco，反向地址解析協議，允許區域網的物理機器從閘道器伺服器的 ARP 表或者快取上請求其 IP 地址。

2、三次握手

三次握手即建立TCP連線，在建立TCP連線時，需要客戶端和服務端總共傳送三個包已確定連線的建立。三次握手的過程如下圖所示。

為了分析三次握手的過程，可以使用wireshark來抓包，在如下圖中，當呼叫active介面之間，前面的三次互動過程就是三次握手的過程。分別標識為SYN、SYN，ACK、ACK，對應了上圖的三個過程。

（1）第一次握手：Client將標誌位SYN置為1，隨機產生一個值seq=J，並將該資料包傳送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。
（2）第二次握手：Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連線，Server將標誌位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該資料包傳送給Client以確認連線請求，Server進入SYN_RCVD狀態。
（3）第三次握手：Client收到確認後，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標誌位ACK置為1，ack=K+1，並將該資料包傳送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連線建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間可以開始傳輸資料了。

SYN攻擊：
在三次握手過程中，Server傳送SYN-ACK之後，收到Client的ACK之前的TCP連線稱為半連線（half-open connect），此時Server處於SYN_RCVD狀態，當收到ACK後，Server轉入ESTABLISHED狀態。SYN攻擊就是Client在短時間內偽造大量不存在的IP地址，並向Server不斷地傳送SYN包，Server回覆確認包，並等待Client的確認，由於源地址是不存在的，因此，Server需要不斷重發直至超時，這些偽造的SYN包將產時間佔用未連線佇列，導致正常的SYN請求因為佇列滿而被丟棄，從而引起網路堵塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊的方式非常簡單，即當Server上有大量半連線狀態且源IP地址是隨機的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令可以讓之現行：
#netstat -nap | grep SYN_RECV

3、四次揮手

四次揮手即終止TCP連線。當斷開一個TCP連線時，需要客戶端和服務端總共傳送4個包已確認連線的斷開。
不過，這裡涉及到一個概念。

單工：資料傳輸只支援資料在一個方向上傳輸（如：喇叭）
半雙工：資料傳輸允許資料在兩個方向上傳輸，但是在某一時刻，只允許在一個方向上傳輸，實際上有點像切換方向的單工通訊（如：對講機）
全雙工：資料通訊允許資料同時在兩個方向上傳輸，因此全雙工是兩個單工通訊方式的結合，它要求傳送裝置和接收裝置都有獨立的接收和傳送能力（如：計算機的互動）

由於TCP連線時全雙工的，因此，每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成資料傳送任務後，傳送一個FIN來終止這一方向的連線，收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有資料流動了，即不會再收到資料了，但是在這個TCP連線上仍然能夠傳送資料，直到這一方向也傳送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方則執行被動關閉，上圖描述的即是如此。
（1）第一次揮手：Client傳送一個FIN，用來關閉Client到Server的資料傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。
（2）第二次揮手：Server收到FIN後，傳送一個ACK給Client，確認序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN佔用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。
（3）第三次揮手：Server傳送一個FIN，用來關閉Server到Client的資料傳送，Server進入LAST_ACK狀態。
（4）第四次揮手：Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接著傳送一個ACK給Server，確認序號為收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。

4、TCP通訊的原理

在TCP中的Socket進行通訊的時候，當傳送端呼叫send方法傳送資料的時候，其實資料首先是放在了介於應用層和傳輸層之間的緩衝區中，這個緩衝區是由核心維護的，同時，接收端在呼叫recv方法接收資料的時候，也是從TCP接收緩衝區中獲取資料。最終來交給應用層處理。

5、滑動視窗協議

傳送方和接收方都會維護一個數據幀的序列，這個序列被稱作視窗。傳送方的視窗大小由接收方確認，目的是控制傳送速度，以免接收方的快取不夠大導致溢位，同時控制流量也可以避免網路擁塞。
下面圖中的4,5,6號資料幀已經被髮送出去，但是未收到關聯的ACK，7,8,9幀則是等待發送。可以看出傳送端的視窗大小為6，這是由接受端告知的（事實上必須考慮擁塞視窗cwnd，這裡暫且考慮cwnd>rwnd）。此時如果傳送端收到4號ACK，則視窗的左邊緣向右收縮，視窗的右邊緣則向右擴充套件，此時視窗就向前“滑動了”，即資料幀10也可以被髮送

6、BIO/NIO/AIO

既然知道了TCP通訊的原理，其實也就引出了一個問題，即在TCP通訊的時候，會存在阻塞的情況，即當讀取Socket資料的時候，如果接收緩衝區為空，則Socket的read方法的執行緒會阻塞，類似while迴圈；而對於寫資料到Socket的執行緒來說，當傳送緩衝區被佔滿的時候，在等待緩衝區被釋放的時候，也是阻塞。這種方式即BIO（block io）。

那麼為了解決BIO的問題，後來出現了NIO，NIO的原理是基於事件驅動的， NIO的最重要的地方是當一個連線建立後，不需要對應一個執行緒，這個連線會被註冊到多路複用器上面，所以所有的連線只需要一個執行緒就可以搞定，當這個執行緒中的多路複用器進行輪詢的時候，發現連線上有請求的話，才開啟一個執行緒進行處理，也就是一個請求一個執行緒模式。

AIO與NIO不同，當進行讀寫操作時，只須直接呼叫API的read或write方法即可。這兩種方法均為非同步的，對於讀操作而言，當有流可讀取時，作業系統會將可讀的流傳入read方法的緩衝區，並通知應用程式；對於寫操作而言，當作業系統將write方法傳遞的流寫入完畢時，作業系統主動通知應用程式。 即可以理解為，read/write方法都是非同步的，完成後會主動呼叫回撥函式。

簡單理解的話，可以比作是排隊買票：
1、BIO：採用視窗排隊的方式，效率低下
2、NIO：排隊取號的方式，只需要關注下當前的隊號即可，其他時間可以做自己想做的事情，效率有提高。
3、AIO：網上購票，只需要付款後，等待商家送票上門即可。