传输层协议

一、传输层

• 传输层是OSI参考模型中的第四层，传输层协议为网络端点主机上的进程之间提供了可靠、有效的报文传送服务。
• 传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段，数据传送阶段，传输连接释放阶段3个阶段才算完成一个完整的服务过程。
• 而在数据传送阶段又分为一般数据传送和加速数据传送两种形式。
• 传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
• 传输层提供逻辑连接的建立、传输层寻址、数据传输、传输连接释放、流量控制、拥塞控制、多路复用和解复用、崩溃恢复等服务。

二、传输层协议

1、TCP协议（​ 传输控制协议）：

1.TCP/IP协议族传输层协议

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；

TCP报文段：

        （1）TCP将若干个字节构成一个分组，叫报文段(Segment)

        （2）TCP报文段封装在IP数据报中

• 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

注意：不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。确认方Ack=发起方Seq+1，两端配对。

2.三次握手原理：

客户端向服务器发送SYN同步请求，请求与服务器建立连接，服务器收到此SYN同步请求后，会针对客户端的SYN同步请求进行ACK响应的同时也会发送一个SYN同步请求，当客户端收到服务器发过来的SYN同步请求时，会给予一个ACK响应。

 

用简单一点的解释就是将客户端和服务端比作男孩和女孩，用来解释“三次握手”；

如下：

3.为什么要三次握手

因为TCP是可靠的传输层协议，它在传输数据前，会建立双向数据通信通道，当保证双向数据传输的通道没有问题时，才会发送数据，起到保护数据的作用。 

4.四次挥手原理

客户端向服务器发送FIN断开请求，服务器接收到此请求后，回复一个ACK。服务器向客户机发送FIN断开请求，客户机收到此请求后,回复一个ACK

5.三次握手握三次，为什么断开要断四次?

        TCP建立连接时之所以只需要"三次握手"，是因为在第二次"握手"过程中，服务器端发送给客户端的TCP报文是以SYN与ACK作为标志位的。SYN是请求连接标志，表示服务器端同意建立连接；ACK是确认报文，表示告诉客户端，服务器端收到了它的请求报文。

        即SYN建立连接报文与ACK确认接收报文是在同一次"握手"当中传输的，所以"三次握手"不多也不少，正好让双方明确彼此信息互通。

        数据传输方向是双向的，一个方向的数据通道关闭需要一次请求和一次确认，因此需要断两次，而我们有两个数据方向，因此需要断四次。

6.TCP半关闭状态是什么情况?

        客户机向服务器发送了FIN请求，服务器也给予了ACK响应。但是，服务器还有数据需要传输给客户机，因此服务器并没有向客户机立即发送FIN请求。

端口号:

客户端根据需要那种服务，从而发送到特定的目的端口

端口划分为三个类别，其范围介于1到65,535之间。

2、UDP协议（用户数据报协议）：

UDP报文的首部格式：

源端口号（16）	目标端口号（16）
UDP长度（16）	UDP校验和（16）

数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总字节数。

UDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。

UDP协议与TCP协议的区别：

UDP协议：用户数据报协议	TCP协议：传输控制协议
无连接，不可靠的传输协议	面向连接，可靠的传输协议
花费的开销小	分段，重组，重传，滑动窗口
传输效率高	适用于对可靠性要求较高的场合

 常用UDP端口号及其功能：

端口	协议	说明
69	TFTP	简单文件传输协议
111	RPC	远程过程调用
123	NTP	网络时间协议

常用TCP端口号及其功能：

端口	协议	说明
21	FTP	FTP服务器所开放的控制端口
23	TELNET	用于远程登录，可以远程控制管理目标计算机
25	SMTP	SMTP服务器开放的端口，用于发送邮件
80	HTTP	超文本传输协议
110	POP3	用于邮件的接受

总结

• 路由器通过查询表、实现数据包的转发
• 路由表的形成有静态添加和动态学习两种方式
• 静态路由是由管理员手工添加的路由信息
• 默认路由是一种特殊的静态路由