第五章 传输层协议介绍

第五章 传输层协议介绍

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,双方通话前需要先建立连接。等数据发送结束后,双方再断开连接。无连接网络协议,是指通信双方不需要事先建立一条通信线路,而是把每个带有目的地址的包送到网络线路上,由系统自主选定路线进行传输。比如QQ发送信息。

TCP是面向连接的、可靠的进程到进程通讯的协议

TCP提供全双工服务,即数据可在同一时间双向传输

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数据报中

TCP报文格式

源端口号:发送方进程的端口号。

目标端口号:接收端进程的端口号。接收端收到数据段后,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,便于接收增正确重组。“iTCP从进程接收数据字节时,把它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。接收端响应消息时将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:急追位。标志位为1时,要求按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中的流量控制机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。

选项:在TCP首部可以有多达40字节的可选信息,例如,最大报文段长度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是MSs个字节。”

TCP三次握手

TCP建立连接的过程称为三次握手

第一次握手SYN-SENT（同步已发送状态） 第二次握手SYN-RCVD(同步收到) 第三次握手 ESTABLISHED(已建立连接)

TCP建立链接的过程为三次握手

讲解三次握手的过程

tcp是面向连接的,就是说每次发送数据之前都要和对方建立一条可靠的连接,这个建立连接的过程分为3个步骤,就叫做三次握手。

当客户端向服务器发送请求连接的报文时:

Seq序列号=x (x为随机)

SYN=1 (表示发送连接请求)

服务器端收到客户端发来的请求报文后,同意建立连接,则向客户端发送确认报文:

Seg序列号=y (这时服务器也会产生一个序列号y,和客户端的序号不相关)

Ack确认号=x+1 (Seq序列号x+1,表示确认收到了客户端的请求)

ACK=1 (表示这是条确认请求)

SYN=1 (同时也发送一个建立连接的请求)。 客户端进程收到服务端进程的确认后,还要向服务端给出确认,然后连接成功建立:

Seq序列号=x+1 (这时客户端的序号为1)

Ack确认号=y+1 (表示确认收到了服务器的连接请求)

ACK=1 (表示这是确认报文)

TCP四次挥手

第一次挥手FIN-WAIT-1（中止等待-1） 第二次挥手CLOSE-WAIT(关闭等待） 第三次挥手FIN-WAIT-2(终止等待) 第四次挥手TIME-WAIT(时间等待)后进入CLOSED服务端接收到这个确认包之后

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

1、客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入 FIN-WAIT-1（终止等待1 ）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

注：客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态

2、服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

注：服务端进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态

客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

注：客户端接收到这个确认包之后 FIN-WAIT-2（终止等待2）状态

3、服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

注：服务器端就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

4、客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些

注：客户端进入TIME-WAIT（时间等待）状态，

后进入CLOSED状态；

服务端接收到这个确认包之后

服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些

UDP协议介绍

UDP协议

无连接、不可靠的传输协议

花费的开销小

UDP包围的部首格式

校验和:用来完成对UDP数据的差错检验,它是UDP协议提供的唯一的可靠机制

常见协议及其他端口

端口协议说明

21  FTP

服务器所开放的控制端口

23  TELNET

用于远程登录，可以远程控制管理目标计算机

25  SMTP

SMTP服务器开放的端口，用于发送邮件

80  HTTP

超文本传输协议

110   POP3

用于邮件的接收

20 21是FTP端口

SSH端口22

HTTPS端口

443 DNS端口53但协议有两种TCP/UDP

DHTP端口67服务段68服务端

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

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