【计算机网络】TCP/IP协议栈—传输层

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TCP/IP协议栈—传输层

• 传输层协议接收来自应用层协议的数据，封装上相应的传输层头部，帮助其建立“端到端”（Port to Port）的连接。
• 传输层的PDU被称为Segment（段）。

​ PDU：协议数据单元

面向连接就像是单对单拨号打电话，面向无连接就像是发送消息，无论对方是否在线

面向连接功能更多，传输过程中更可靠；UDP简单快捷

TCP和UDP—报文格式

可选项Options： 标准头部外的其他功能

Data： 承载的应用层的数据

TCP头部每行4个字节，共有5行

1Byte（字节）=8bit，bit只能取0和1，1代表开，0代表关

Source port 源端口 16bit（发起数据的应用程序）（随机）。

Destination port 目标端口 16bit（接收数据的应用程序）（固定）。

取值范围均为2¹⁶=65536（0-65535）。

0-1023端口为知名端口

除了知名端口号外，还有一些端口号也被正式注册，称为注册端口。它们分布在 1024 ~ 49151 之间。3389是注册端口。

Sequence number 序列号，TCP的可靠性的第一个体现，不怕乱序

Acknowledgement number 确认号，可靠性的第二个体现，不怕丢包

ACK（确认应答） 的取值总是序列号+1，

TCP 通过确认应答实现可靠的数据传输。当发送端将数据发出后，会等待对端的确认应答。如果有确认应答，说明数据已经成功到达对端。否则，数据可能已经丢失。在一定时间内没有等到确认应答，发送端会认为数据已经丢失，并进行重发。这样，即使有丢包，仍能保证数据到达对端，实现可靠传输。**未收到确认应答，不一定是数据丢失。**也可能对端已经收到数据，返回的确认应答在途中丢失，也会导致发送端重发。此外，也可能确认应答延迟到达，发送端重发数据后才收到。

Control bits 控制位

• Urgent位，紧急指针位，此控制位流生效时，Urgent生效

• 有一位是ack位，如果是1表示ack值生效

• Push位，TCP可靠性第三点，跳过缓冲区尽快将报文交给应用层

• Reset，重置位，强制断开连接，其中支持重传（通过序列号和ACK）是第四大可靠性

• SYN，三次握手（双向可靠的连接）的标识。在数据通信前，发送一个 SYN 包作为建立连接的请求。如果对端发来确认应答，则认为可以开始数据通信。如果对端的确认应答未能到达，就不会进行数据通信。在通信结束时，会使用 FIN 包进行断开连接的处理。

  SYN 包和 FIN 包是通过 TCP 头部的控制字段来管理 TCP 连接。一个连接的建立与断开，正常过程至少需要来回发送 7 个包才能完成。建立一个 TCP 连接需要发送 3 个包，这个过程叫作三次握手。断开一个 TCP 连接需要发送 4 个包，这个过程也称作四次挥手。创建一个 TCP 连接，会产生一个 32 位随机序列号，因为每一个新的连接使用一个新的随机序列号。

  

Header Length 头部长度为20时说明没有可选项

Reserved 保留位

Window 窗口大小，流控功能

Checksum 检验和，防止数据在传递过程中被破坏、篡改，一种校验机制，第五大可靠性

UDP报文简单、快捷，相对于TCP更安全一些

三次握手

主机 A 想向主机 B 发送数据，TCP 模块通过三次握手建立连接 TCP 会话。

三次握手，是指 TCP 会话建立过程中共交换了 3 个 TCP 控制段，它们分布是 SYN 段、SYN + ACK 段、ACK 段。详细过程如下：

1. 发送端主机 A 向接收端主机 B 发出 SYN 段，表示发起建立连接请求，同时把自己的状态告诉主机 B 。将段的序列号设为 a ，SYN 置位，表示 SYN 管理段。
2. 主机 B 收到连接请求后，回应 SYN + ACK 段，将序列号设为 b ，确认号设为 a + 1 ，同时将 SYN 和 ACK 置位。
3. 主机 A 收到主机 B 的连接确认后，发送 ACK 段再次进行确认，确认会话的建立，将 ACK 置位。主机 A 收到确认号是 a + 1 、序列号是 b 的段后，发送序列号为 a + 1 、确认号为 b + 1 的段进行确认。
4. 主机 B 收到确认报文后，连接建立。双方可以开始传输数据。

经过 3 次握手后，A 和 B 之间其实是建立了两个 TCP 会话，一个是从 A 指向 B 的 TCP 会话，另一个是从 B 指向 A 的 TCP 会话。A 发送的 SYN 段，表示 A 请求建立一个 从 A 指向 B 的 TCP 会话，目的是控制数据能够正常、可靠的从 A 传输到 B 。B 在收到 SYN 段后，会发送一个 SYN + ACK 段作为回应。SYN + ACK 的含义是：B 一方面同意了 A 的请求，另一方面也请求建立一个从 B 指向 A 的 TCP 会话，这个会话目的是控制数据能够正确、可靠的从 B 传输到 A 。A 收到 SYN + ACK 段后，回应一个 ACK ，表示同意 B 的请求。

四次挥手

当 TCP 数据段的传输结束时，双方都需要发送 FIN 段和 ACK 段来终止 TCP 会话。这个方式叫做四次挥手，详细过程如下：

1. 主机 A 想要终止连接，发送序列号为 p 的段，FIN 置位，表示 FIN 管理段。
2. 主机 B 收到主机 A 发送的 FIN 段后，发送 ACK 段，确认号为 p + 1 ，同时关闭连接。
3. 主机 B 发送序列号为 q的段，FIN 置位，通知连接关闭。
4. 主机 A 收到主机 B 发送的 FIN 段后，发送 ACK 段，确认号为 q + 1 ，同时关闭连接。TCP 连接至此结束。

B 收到主机 A 发送的 FIN 段后，发送 ACK 段，确认号为 p + 1 ，同时关闭连接。
5. 主机 B 发送序列号为 q的段，FIN 置位，通知连接关闭。
6. 主机 A 收到主机 B 发送的 FIN 段后，发送 ACK 段，确认号为 q + 1 ，同时关闭连接。TCP 连接至此结束。

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