传输层协议(tcp ip和udp 三次握手 四次握手)
1 TCP/IP协议介绍
TCP/IP协议:Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议。
TCP/IP是一个Protocol Stack,包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等许多协议。 最早发源于1969年美国国防部(缩写为DoD)的因特网的前身ARPA网络项目,1983年1月1日,TCP/IP 取代了旧的网络控制协议NCP,成为今天的互联网和局域网的基石和标准,由互联网工程任务组负责维护 国防高级研究计划局DARPA与BBN技术公司、斯坦福大学和伦敦大学学院签约,在多个硬件平台上开发 协议的操作版本。 在协议开发过程中,数据包路由层的版本号从版本 1 进展到版本 4,后者于 1983 年 安装在 ARPANET 中。它被称为互联网协议版本4(IPv4)作为协议,仍在互联网使用,连同其目前的 继承,互联网协议版本6(IPv6)。
2 TCP/IP分层模型
3TCP/IP通信过程
4 TCP协议和UDP协议
TCP/IP协议簇的传输层协议主要有两个:TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)和UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)。
4.1TCP协议和UDP协议的比较
1、TCP基于连接,而UDP基于无连接的;
2、对系统资源的要求:TCP较多(TCP有20个字节信息包),UDP少(UDP信息包只有8个字节);
3、UDP程序结构较简单;
4、TCP是字节流模式,而UDP是数据报文模式 ;
5、TCP保证数据正确性,安全可靠,并且保证数据顺序,而UDP可能丢包,而且UDP不保证数据顺序。
4.2 TCP特性
4.3UDP特性
1、UDP是一个无连接协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。
2、在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制,在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。
3、由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
4、UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
5、吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
5 TCP协议
5.1 TCP报文段
TCP将若干个字节构成的一个分组,称为报文段(Segment)。TCP报文段封装在IP数据报中。
TCP报文段的首部格式如图:
确认号(ack):表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送方:我希望你(指发送方)下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号,传输是否有问题?
数据偏移:表示TCP报文段的首部长度,共4位,由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分,需要指定这个TCP报文段到底有多长。它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位),4位二进制最大表示15,所以数据偏移也就是TCP首部60字节
URG(紧急位) :表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段(urgent pointer)只有当URG=1时才有效ACK(确认位): 表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时,前面的确认号字段才有效;当ACK=0时,确认序列号无效。TCP规定,连接建立后,ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段。PSH(急切位): 提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据,为接收后续数据腾出空间。如果为1,则表示对方应当立即把数据提交给上层应用,而不是缓存起来,如果应用程序不将接收到的数据读走,就会一直停留在TCP接收缓冲区中。RST(重置位): 如果收到一个RST=1的报文,说明与主机的连接出现了严重错误(如主机崩溃),必须释放连接,然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题,主机拒绝响应,带RST标志的TCP报文段称为复位报文段。SYN(同步位): 在建立连接时使用,用来同步序号。当SYN=1,ACK=0时,表示这是一个请求建立连接的报文段;当SYN=1,ACK=1时,表示对方同意建立连接。SYN=1,说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1,带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段。FIN(断开位): 表示通知对方本端要关闭连接了,标记数据是否发送完毕。如果FIN=1,即告诉对方:“我的数据已经发送完毕,你可以释放连接了”,带FIN标志的TCP报文段称为结束报文窗口大小: 表示现在允许对方发送的数据量,也就是告诉对方,从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量,达到此值,需要ACK确认后才能再继续传送后面数据,由Window size value * Window size scaling factor(此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到)得出此值校验和: 提供额外的可靠性紧急指针:标记紧急数据在数据字段中的位置选项部分: 其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示,选项部分最长为:(2^4-1)*4-20=40字节
5.2 TCP三次握手
- 第一次握手:客户端向服务器发送
SYN=1
报文,并进入SYN_SENT
(同步已发送) 状态,等待服务器的确认; - 第二次握手:服务器收到
SYN=1
报文,向客户端发送SYN=1
和ACK=1
的确认报文,此时服务器进入SYN_RCVD
(同步收到)状态; - 第三次握手:客户端收到
SYN=1
和ACK=1
的报文段,向服务器发送ACK=1
确认包,客户端进入ESTABLISHED
(已建立连接)状态。服务器收到客户端的ACK=1
包后也进入ESTABLISHED
(已建立连接) 状态,完成三次握手。
![](https://img2022.cnblogs.com/blog/2964616/202209/2964616-20220906160359947-1508642530.png)
5.3 四次挥手
- 第一次挥手。客户端向服务器发送
FIN=1
和ACK=1
的报文段 ,之后进入FIN_WAIT_1
状态。 - 第二次挥手。服务器接收到客户端请求断开连接的报文后,向客户端返回
ACK=1
的报文段。检查是否有未传输完的数据,若有则继续传输。此时服务端进入CLOSE_WAIT
状态,客户端进入FIN_WAIT_2
状态。 - 第三次挥手。数据全部传输完后,服务器向客户端发送
FIN=1
和ACK=1
的报文段 。进入LAST_ACK
状态 。 - 第四次挥手。客户端收到服务器的
FIN
包后,返回ACK=1
的报文段,此时客户端就进入了TIME_WAIT
状态。注意此时 TCP 连接还没有释放,必须经过2*MSL
后,才进入CLOSED
状态。而服务器收到客户端的ACK
确认包后就进入了CLOSED
状态,可以看出服务器端结束 TCP 连接的时间要比客户端早一些。
![](https://img2022.cnblogs.com/blog/2964616/202209/2964616-20220906160535852-1682318715.png)
tip
- 客户端向服务器发送第四次报文时,如果服务器没有收到,那么服务器会再次向客户端发送第三步的
FIN
包,客户端等待2*MSL
的时间就是等服务器再次发第三步的报文,2*MSL
之后如果客户端没有收到,那么客户端就断开连接。 - 第二次挥手时,如果服务器的数据已经传输完,那么会直接传
FIN=1
的报文,没有关闭等待状态,一共只有三次挥手。 - MSL(Maximum Segment Lifetime)是指“报文最大生存时间”。