传输层协议

一、TCP/IP协议栈

1、TCP/IP介绍

NCP：网络核心协议 （NCP：Network Core Protocol）

　　网络核心协议（NCP）管理对 NetWare 服务器资源的访问。NCP 向 NetWare 文件共享协议（即NFSP：NetWare File Sharing Protocol）发送过程调用消息，处理 NetWare 文件和打印资源请求。 NCP 是用于 NetWare 服务器和客户机之间传输信息的主要协议。

　　NCP 主要负责处理登入请求以及其它文件系统和打印系统请求。NCP 是一种基于客户机/服务器的 LAN 协议。工作站建立 NCP 请求并通过 IPX 在网络上发送这些请求服务。服务器端负责接收、拆包（unpacked）并解读 NCP 请求。

　　NCP 服务包括：文件访问、文件锁定（file locking）、安全性、资源分配跟踪（tracking of resource allocation）、事件通知（event notification）、与其它服务器同步、连接和通信、打印服务，以及队列和网络管理。

　　NCP 使用的是底层互联网分组交换协议 （即IPX ： Internetwork Packet Exchange Layer Services）。目前许多最新版的 NetWare（继 NetWare 5.0 之后 ）也都支持 TCP/IP 协议。

协议结构

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

共定义了四层，和 OSI参考模型的分层有对应关系

3、TCP/IP通信过程

4、TCP/IP和OSI模型的比较

相同点

  • 两者都是以协议栈的概念为基础
  • 协议栈中的协议彼此相互独立
  • 下层对上层提供服务

不同点

  • OSI是先有模型；TCP/IP是先有协议，后有模型
  • OSI是国际标准，适用于各种协议栈；TCP/IP实际标准，只适用于TCP/IP网络、
  • 层次数量不同

二、TCP和UDP

1、TCP和UDP

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面向连接的协议：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都有发送缓存和接收缓存，用来临时存储数据。

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，它的可靠性由上层协议来保障。传输数据速度更快，效率更高

TCP特性

UDP特性

工作在传输层

工作在传输层

面向连接协议

提供不可靠的网络协议

全双工协议

非面向连接协议

半关闭

有限的的错误检查

错误检查

传输性能高

将数据打包成段，排序

无数据恢复特性

确认机制

 

数据恢复，重传

 

流量控制，滑动窗口

  

2、TCP协议格式

源端口号（16）

目标端口号（16）

序号（32）

确认号（32）

首部长度（4）

保留（6）

U

R

G

A

C

K

P

S

H

R

S

T

S

Y

N

F

I

N

窗口大小（16）

校验和（16）

紧急指针（16）

选项

  • 源端口、目标端口：计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个,即 65536 （0-65535）

  • 序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0 开始 无限循环

  • 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／首部长度：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首部最大60字节

  • 控制位

    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。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段

  • 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

3、TCP3次握手

4、四次挥手

因为TCP是全双工的,因此,每个方向都要单独关闭
当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着
一方向不会再收到数据了,但是这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方也发送了FIN.
首先进行关闭的一方执行主动关闭,另一方执行被动关闭.第一个关闭的最后等待2MSL
第一次挥手:
Client将FIN置为1,序号seq=M,发送给Server,进入FIN_WAIT_1状态
第二次挥手
Server收到后,将ACK置为1,ack=M+1,响应给Client,进入CLOSE_WAIT状态
Client收到响应后,进入FIN_WAIT_2状态
第三次挥手
Server在结束所有数据传输后,将Fin置为1,seq=N+1,发送给Client,进入
LAST_ACK状态
第四次挥手
Client收到后,将ACK置为1,ack=N+1,响应给Server,进入TIME_WAIT状态,等待
    2MSL后,进入CLOSED状态
Server收到后,进入CLOSED状态

5、有限状态机

  1. CLOSED 没有任何连接状态

  2. LISTEN 侦听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求 （服务开启 http（进程） 80端口在帮进程 看着 有没有人找 http ）

  3. SYN-SENT 在发送连接请求后，等待对方确认

  4. SYN-RECEIVED 在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认

  5. ESTABLISHED 代表传输连接建立，双方进入数据传送状态

  6. FIN-WAIT-1 主动关闭,主机已发送关闭连接请求，等待对方确认

  7. FIN-WAIT-2 主动关闭,主机已收到对方关闭传输连接确认，等待对方发送关闭传输连接请求

  8. TIME-WAIT 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失

  9. CLOSE-WAIT 被动关闭,收到对方发来的关闭连接请求，并已确认

  10. LAST-ACK 被动关闭,等待最后一个关闭传输连接确认，并等待所有分组消失

  11. CLOSING 双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认

客户端先发送一个FIN给服务端，自己进入FIN_WAIT_1状态，这时等待接收服务端报文，该报文会有三种可能：

  • 只有服务端的ACK

  • 只有服务端的FIN

  • 基于服务端的ACK，又有FIN

6、TCP超时重传

异常网络状况下（开始出现超时或丢包），TCP控制数据传输以保证其承诺的可靠服务

TCP服务必须能够重传超时时间内未收到确认的TCP报文段。为此，TCP模块为每个TCP报文段都维护一

个重传定时器，该定时器在TCP报文段第一次被发送时启动。如果超时时间内未收到接收方的应答，

TCP模块将重传TCP报文段并重置定时器。至于下次重传的超时时间如何选择，以及最多执行多少次重

传，就是TCP的重传策略

三、总结

1、三次握手

第一步 ：pc1会发送一个 建立连接的请求报文 ： 这个报文中 有

  1. 报文的序号（seq=x）

  2. 同步位（请求建立连接关系： SYN=1 ACK=0 控制位：当前两台机器处于什么状态？ 建立连接 处于连接 断开连接 ）

第二步： 当pc2 收到消息以后 是不是要回复一个报文

  1. 报文的序号 （seq=y）

  2. ack确认号（ 我希望你下一次发送 x+1 序号的报文给你 ）

  3. 控制位 SYN=1 ACK=1 请求建立连接 pc2 同意建立连接

第三步：收到 pc2 同意建立连接的报文后

         1.会发送一个x+1报文

         2.会告诉对方 我希望你下次 发送y+1的序号报文给我

         3.最后 将ACK=1 封装进去

2、控制位六种状态

  • URG（紧急位）：是否包含紧急数据
  • ACK（确认位）：已经（建立）连接
  • PSH（急切位）：是否前面确认号字段是否有效
  • RST（重置位）：重新建立连接
  • SYN（同步位）：请求连接
  • FIN（断开位）：断开连接

3、半断开状态

在TCP断开连接过程中，由一个半关闭的概念。TCP一方（通常是客户端）可以终止发送数据，但仍可以接收数据，称为半关闭。

  • 客户端发送FIN报文段，半关闭了这个连接，服务器发送ACK报文段接受半关闭。
  • 服务器继续发送数据，而客户端只发送ACK确认，不再发送任何数据。
  • 当服务器把所有数据都发送完毕时，发送FIN报文段，客户端在发送ACK报文段，这样就关闭了TCP连接。
posted @ 2022-09-06 14:45  龙Llong  阅读(78)  评论(0)  编辑  收藏  举报