传输层解析

news2024/11/14 11:18:16

传输层解析

传输层概述

传输层的作用

网络层提供点到点的连接
传输层提供端到端的连接
- 定义了端口号0～65535
- 进程到进程通信

传输层的协议

TCP协议概述

TCP（Transmission Contorl Protocol）
- 传输控制协议
- 可靠的、面向连接的协议
- 传输效率低

UDP协议概述

UDP（User Datagram Protocol）
- 用户数据报协议
- 不可靠的、无连接的服务
- 传输效率高

TCP协议

TCP的封装格式

TCP报文段
- 将若干个字节构成一个分组

TCP报文段封装在IP数据报中

序列号：发送端为每个字节编号，便于接收端正确重组
确认号：用于确认发送端的信息
窗口大小：用于说明本地可接收数据段的数目，窗口大小是可变的
滑动窗口机制：通过滑动窗口大小来控制当前接口接收数据的多少

SYN：同步位，TCP需要建立连接时将该值设为1
ACK：确认位，当该值为1时，用于确认发送方的数据
FIN：当TCP断开连接时将该位置为1
URG：紧急指针开关，当该值为1时，紧急指针字段才会出现
PSH：向上推送的快速推送开关，当该值为1时，数据直接推送给应用程序
RST：断开控制连接

TCP的连接与断开

TCP提供全双工服务

—— 即数据可在同一时间双向传输

—— 理解全双工，才能理解TCP连接与断开

TCP的连接：三次握手

第一次握手

客户端将首部的同步位SYN置为1，主动发送请求连接，随机产生一个值（初始序号）seq=x，并将该数据包发送给服务端，客户端进入请求连接（SYN_SENT）的状态，等待服务端确认。

第二次握手

服务端收到数据包后由SYN=1知道客户端请求建立连接，服务端将在确认报文段中发送同步位SYN=1，确认位ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y，并将该数据包发送给客户端以确认连接请求，服务端进入SYN_RCVD状态（中间状态）。

第三次握手

客户端收到确认后，检查确认号ack是否为x+1（说明服务端发送正常），确认报文段ACK是否为1（说明服务端接收正常），如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并将该数据包发送给服务端，服务端检查ack是否为y+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，客户端和服务端进入ESTABLISHED（established已确认）状态，完成三次握手，随后客户端和服务端之间可以开始传输数据了。

TCP建立连接过程中的状态

TCP的断开：四次挥手

第一次挥手

客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手

服务端收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），服务端进入CLOSE_WAIT状态。此时TCP链接处于半关闭状态，即客户端已经没有要发送的数据了，但服务端若发送数据，则客户端仍要接收。

第三次挥手

服务端发送一个FIN，用来关闭服务端到客户端的数据传送，服务端进入LAST_ACK状态。

第四次挥手

客户端收到FIN后，客户端进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务端，确认序号为收到序号+1，服务端进入CLOSED状态，完成四次挥手。

TCP的流控机制：活动窗口

TCP的流控与差错控制

TCP差错控制的3种方式

—— 校验和

—— 确认（对发送的数据进行确认，序列号和确认号）

—— 超时（计时器）

TCP的计时器

TCP的重传计时器

—— 为了控制丢失的数据段

在客户端向服务端建立连接时，在发送连接的时候计时器就已经开启，当服务端的确认号ACK在时间期限内发送，则继续进行三次握手；如果超过时间期限服务端还没有发送ACK，则客户端在规定时间期限后，在向服务端发送一个连接请求。

TCP的保活计时器

—— 防止两个TCP连接之间长时间的空闲

TCP的时间等待计时器

—— 连接终止期间使用，当发送了最后一个ACK后，不立即关闭连接，而是等待一段时间，保证能接收到重复的FIN数据段

TCP的应用

端口号	协议	作用
21	FTP	文件传输协议，用于文件上传和下载
22	SSH	用于远程登录，管理网络设备
23	Telnet	用于远程登录及控制
25	SMTP	简单邮件传输协议，用于发送邮件
53	DNS	域名解析服务，当用户输入网站的名称后，由DNS负责将它解析成IP地址
80	HTTP	超文本传输协议，通过http实现网络上超文本的传输
443	HTTPS	超文本传输协议，附带安全加密功能