传输层协议

面向连接网络协议，是指通信双方之间在进行通信之前要先建立连接。比如打电话

无连接网络协议，是指通信双方不需要实现建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包送到网络线路上，由系统自主选定线路进行传输。比如qq发送消息。

TCP协议介绍

  • TCP/IP协议族的传输层协议

    • TCP（Transmission Control Protocol）

      传输控制协议

    • UDP（User Datagram Protocol）

      用户数据报协议

  • TCP是面向连接的可靠的进程到进程通信的协议。TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送和接收缓存，用来临时存储数据。

  • TCP报文段

    • TCP将若干个字节构成一个分组，叫报文段（Segment）
    • TCP报文段封装在IP数据包中

TCP报文格式

TCP报文段

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  • 源端口号：发送方的端口号

  • 目标端口号：接收端进程的端口号。接收端收到数据后，根据这个端口号来确定把数据送给哪个应用程序的进程。

  • 序号：发送端为每个字节进行编号，便于接收端正确重组。

    当TCP从进程接收数据字节时，把他们分片成数据段存储在发送缓存中，并对每一个字节进行编号。当数据到达目的地后，接收端会按照这个序号把数据重新排列，保证数据的正确性。

  • 确认号：对发送端的确认信息

    接收端响应消息时会用它来告诉发送端这个序号之前的数据段都已经收到，如确认号是X，就是表示前X-1个数据段都已经收到

  • 首部长度：用它可以确定TCP首部数据结构的字节长度。一般情况下TCP首部都是20字节，但首部长度最大可以扩展为60字节。

  • 控制位：

    URG：紧急位，紧急指针有效位

    ==ACK==：确认位，只有当ACK=1时，确认序列号字段才有效；当ACK=0时，确认号字段无效。

    PSH：急迫位，标志位为1时，要求接收方尽快将数据段送达应用层。

    RST：重置位，当RST值为1时，通知重新建立TCP连接。

    ==SYN==：同步（连接）位，同步序号位，TCP需要建立连接时将这个值设为1。

    ==FIN==：断开位，当TCP完成数据传输需要断开连接时，提出断开连接的一方将这个值设为1。

  • 窗口大小：说明本地可接收数据段的数目。这个值的大小是可变的，当网络通畅时接收端响应消息会将这个窗口值变大以加快传输速度，当网络不稳定时减小这个值可保证网络数据的可靠传输，TCP中的流量控制就是依靠变化窗口的大小实现的。比如下载速度从一开始的几KB逐渐提升到几MB的过程。

  • 校验和：用来做差错控制，字段检验的范围包括首部和数据这两个部分。数据段在发送时和到达目的地时会进行校验和计算，若这两次的校验和一致，则说明数据基本是正确的，否则将认为该数据已被破坏，接收端将丢弃该数据。

  • 紧急指针，和URG配合使用，当URG=1时有效。（可以加快有线传输该数据段）

  • 选项：在TCP首部可以有多达40字节的可选信息。例如，最大报文端长度MSS（Maximum Segment Size）。MSS告诉对方TCP："我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度时MSS个字节。"

TCP 连接

TCP建立连接的过程称为为三次握手

  1. PC1发送SYN报文(Seq = x，SYN = 1)客户端进入SYN_SEND状态

  2. PC2发送SYN + ACK 报文(Seq = y，Ack（确认号） = x + 1，SYN = 1，ACK（确认位） =1)服务器进入SYN_RCV状态

  3. PC1发送ACK报文(Seq = x + 1，Ack = y + 1，ACK = 1)客户端进入ESTABLISHED状态，当服务器接收到这个包时，也进入ESTABLISHED状态。

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TCP断开连接的四次挥手

  1. PC1发送FIN/ACK（FIN=1,ACK=1）客户端进入FIN_WAIT_1状态
  2. PC2发送ACK报文（ACK= 1）服务器端进入CLOSE_WAIT状态，客户端接收到这个确认包之后，进入FIN_WAIT_2状态
  3. PC2发送FIN/ACK报文（FIN=1,ACK=1）服务器端进入LAST_ACK状态，等待来自客户端的最后一个ACK
  4. PC1发送ACK报文（ACK = 1）客户端进入TIME_WAIT状态，后进入CLOSED状态；服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入CLOSED状态

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  • TCP半关闭的概念

    第二次挥手之后PC2还可以向PC1发送数据（离线下载，发送至缓冲区）

UDP协议介绍

  • UDP协议是无连接，不保证可靠性的传输层协议。发送端不关心发送的数据是否到达目标主机、数据是否出错等，收到数据的主机也不会告诉发送方是否收到了数据，它的可靠性是由上层协议(应用层协议)来保障，传输数据速度更快，效率更高。花费的开销少。

  • UDP报文的首部格式

    源端口号（16）目标端口号（16）UDP长度（16）UDP校验和（16）

常见协议及其端口

  • 常见的TCP端口号及其功能

    端口 协议 说明
    21 FTP FTP服务器所开放的控制端口
    23 TELENT 用于远程登陆，可以远程控制管理目标计算机
    80 HTTP 超文本传输协议
    443 HTTPS 用SSL/TLS对数据进行加密和解密,Http进行传输
    25 SMTP SMTP服务器开放的端口，用于发送邮件
    110 POP3 用于邮件的接收
    22 SSH
    53 DNS 域名解析成IP

  • 常用的UDP端口号及其功能

    端口 协议 说明
    69 TFTP 简单文件传输协议
    111 RPC 远程过程调用
    123 NTP 网络时间协议
    161 SNMP 简单网络管理协议