网络基础（七）：传输层协议介绍

news2024/11/15 21:13:48

目录

一、TCP协议（传输控制协议）

1、TCP协议介绍

2、TCP协议特性

3、TCP报文格式

4、TCP的三次握手

4.1TCP三次握手的概念

4.2TCP三次握手流程图

4.3 TCP三次握手阐释说明

5、TCP的四次挥手

5.1TCP四次挥手的概念

5.2TCP四次挥手的流程图

5.3TCP四次挥手阐释说明

二、UDP协议（用户数据报协议）

1、UDP协议介绍

2、UDP协议特性

3、常用的UDP端口号及其功能

4、UDP报文格式

三、Telnet协议（远程登录协议）

1、Telnet协议介绍

2、使用eNSP软件配置Telnet远程登录

四、总结

一、TCP协议（传输控制协议）

1、TCP协议介绍

TCP是面向连接的（通信双方之间在进行通信之前要先建立连接 ）、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。

2、TCP协议特性

  • 工作在传输层

  • 面向连接协议

  • 全双工协议

  • 半关闭

  • 错误检查（校验）

  • 将数据打包成段，排序

  • 确认机制

  • 数据恢复，重传

  • 流量控制，滑动窗口

3、TCP报文格式

  • 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），其中0-1024是分配给固定的系统应用使用

  • 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

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

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

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

  • 滑动窗口：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。即调节每次发送的数据包量，服务器和客户端之间会根据实际情况自动调节数据包的个数

  • 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

 4、TCP的三次握手

4.1TCP三次握手的概念

TCP协议位于传输层，作用是提供可靠的字节流服务，为了准确无误地将数据送达目的地，TCP协议采纳三次握手策略，即客户端与服务端进行的三次通信。作用是确认双方的接收能力和发送能力是否正常、指定自己的初始化序列号为后面的可靠性传送做准备。实质上其实就是连接服务器指定端口，建立TCP连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换TCP窗口大小的信息

4.2TCP三次握手流程图

有限状态机：

  • CLOSED 没有任何连接状态
  • LISTEN 侦听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求
  • SYN-SENT 在发送连接请求后，等待对方确认
  • SYN-RECEIVED 在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认
  • ESTABLISHED 代表传输连接建立，双方进入数据传送状态
4.3 TCP三次握手阐释说明

①客户端主动发送建立TCP连接的请求报文，随机产生报文序列号(seq）为x，并且将报文中的SYN字段置为1，表示需要建立TCP连接。（SYN=1，seq=x，x为随机生成数值）

②当服务端收到客户端请求建立连接的报文会回复一个TCP报文，会产生随机序列号(seq)为y，并且将SYN置为1，而且会生成一个ack确认号值为客户端请求报文的序列号(seq)的基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已得到验证。（SYN=1，ack=x+1，seq=y，y为随机生成数值）这里的ack加1可以理解为是确认和谁建立连接

③当客户端收到服务端发送的TCP建立验证请求后，会按照对方的要求产生序列号(seq)为x+1，并且再产生一个ack确认号值为对方TCP报文的序列号(seq)加1。（SYN=1，ack=y+1，seq=x+1）

5、TCP的四次挥手

5.1TCP四次挥手的概念
  • TCP是全双工的工作模式，因此每个方向都必须单独进行关闭。当一方完成自己的数据发送任务后，就可以发送一个FIN报文来终止这个方向的连接。
  • TCP 连接的断开需要发送四个包，因此称为四次挥手(Four-way handshake)，客户端或服务端均可主动发起挥手动作。
  • 由TCP的半关闭（half-close）造成的。所谓的半关闭，其实就是TCP提供了连接的一端在结束它的发送后还能接收来自另一端数据的能力。
5.2TCP四次挥手的流程图

有限状态机：

  • FIN-WAIT-1 主动关闭，主机已发送关闭连接请求，等待对方确认
  • 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
  • TIME-WAIT 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失
  • CLOSE-WAIT 被动关闭，收到对方发来的关闭连接请求，并已确认
  • 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
  • CLOSING 双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认
5.3TCP四次挥手阐释说明

①客户端发送断开TCP连接请求的报文，会随机产生序列号(seq)为u，并且还将报文中的FIN字段置为1，表示需要断开TCP连接。（FIN=1，seq=u，x由客户端随机生成）

②当服务端收到客户端请求断开连接的报文会回复一个TCP报文，会随机产生序列号(seq)为v，而且生成一个ack确认号值为客户端请求报文的序列号(seq)的基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP断开请求已经得到验证。（ACK=1，ack=u+1，seq=v，v由服务端随机生成）

③服务端在回复完客户端的TCP断开请求后，不会立刻断开TCP连接，服务端会先确保断开前，所有传输到客户端的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输数据完毕，就会将回复报文的FIN字段置1，并且产生随机序列号(seq)为w。（FIN=1，ack=u+1，ACK=1，seq=w，w由服务端随机生成）

④客户端收到服务端的TCP断开请求后，会回复服务端的断开请求，会按照对方要求产生序列号(seq)为u+1，再产生一个确认号ack的值为对方报文序列号加1，从而完成服务端请求的验证回复。（ACK=1，ack=w+1，seq=u+1）

至此TCP断开的4次挥手过程完毕

二、UDP协议（用户数据报协议）

1、UDP协议介绍

UDP是传输层的协议，功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务：复用和分用以及差错检测

UDP提供不可靠服务，具有TCP所没有的优势：

  • UDP无连接，时间上不存在建立连接需要的时延。空间上，TCP需要在端系统中维护连接状态，需要一定的开销。UCP不维护连接状态，也不跟踪这些参数，开销小。空间和时间上都具有优势

  • 分组首部开销小，TCP首部20字节，UDP首部8字节

  • UDP没有拥塞控制，应用层能够更好的控制要发送的数据和发送时间，网络中的拥塞控制也不会影响主机的发送速率

  • UDP提供尽最大努力的交付，不保证可靠交付。所有维护传输可靠性的工作需要用户在应用层来完成。没有TCP的确认机制、重传机制。如果因为网络原因没有传送到对端，UDP也不会给应用层返回错误信息

  • UDP是面向报文的，对应用层交下来的报文，添加首部后直接乡下交付为IP层，既不合并，也不拆分，保留这些报文的边界。正是因为这样，UDP显得不够灵活，不能控制读写数据的次数和数量

2、UDP协议特性

  • 工作在传输层
  • 提供不可靠的网络访问
  • 非面向连接（通信双方不需要事先建立一条通信线路 ）协议
  • 有限的错误检查
  • 传输性能高
  • 无数据恢复特性

3、常用的UDP端口号及其功能

4、UDP报文格式

三、Telnet协议（远程登录协议）

1、Telnet协议介绍

Telnet协议是TCP/IP协议族中的一种，是Internet远程登录服务的标准协议和主要方式。它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。在终端使用者的电脑上使用Telnet程序，用它连接到服务器。终端使用者可以在telnet程序中输入命令，这些命令会在服务器上运行，就像直接在服务器的控制台上输入一样。Telnet是常用的远程控制Web服务器的方法。

telnet ip地址 端口号：可检测服务软件是否正常

2、使用eNSP软件配置Telnet远程登录

2.1新建拓扑，添加两个路由器，分别作为电脑和需要远程登录的服务器，再连接它们对应的接口，最后开启这些设备。

2.2更改AR1的用户名：diannao和AR2的用户名：fuwuqi，并配置电脑和服务器IP地址和子网掩码

2.3测试电脑能否ping通服务器

2.4打开服务器的远程登录权限，并配置远程登录密码及用户权限

2.5电脑使用telnet协议远程登录到服务器，可查看服务器当前的配置信息，也可为服务器作改名操作

四、总结

TCPUDP
是否连接面向连接无连接
是否可靠可靠传输，使用流量控制和拥塞控制不可靠传输，不使用流量控制和拥塞控制
数据恢复特性有无
连接对象个数只能是一对一通信支持一对一、一对多、多对一和多对多交互通信
传输方式面向报文面向字节流
传输速度慢快
首部开销首部最小20字节，最大60字节首部开销小，仅8字节
适用场景适用于要求可靠传输的应用，如文件传输适用于实时应用（IP电话、视频会议、直播等）

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