【TCP/IP】用户数据的传递过程及协议头部信息

1.网络协议的分层

由底层到上层,分别是:l链路层,网络层,运输层和应用层。

这里以FTP协议为例来看下客户端和服务器端,在协议层面是如何交互的。

在局域网内,链路层基本上是相同的,以太网为例,如下图所示,对应的协议栈需要采用对应的协议来交互数据。

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在不同的局域网,链路层往往不同,假设一个是以太网,一个是令牌环网,那么在IP层对应的路由协议上面需要同时支持这两种网络,在路由器的支持下,两种网络可以相互适配,以便达到相互通讯的地步。

在IP层往上,就已经屏蔽了这部分差别,所以在运输层和应用层,与局域网内部通讯是一致的。

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2.网络协议的封装和分用

在研究数据的封装和分用之前,让我们先看下对应的层次都有哪些网络协议,如下图所示:

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数据要从一端发往另外一端,涉及到的第一个问题,便是如何将数据打包,这种打包的标准时需要事先商量好的,策略是每一层都添加一个对应的协议层头部,往下传递。

应用层在发送数据的时候,首先需要将对应的用户数据,在应用层打包,这样就会在应用层协议层面,加个对应的应用层首部,构成“应用层首部+用户数据”的一整个数据 = 应用数据。

应用层数据往下传递到TCP层,TCP会将这些数据再加一个报文头部,变成“TCP首部+应用层数据” = TCP数据,并传递给IP层。

IP层接到数据之后,会添加个IP首部,变成“IP首部+TCP数据” = IP数据,并传递给链路层。

假设链路层是以太网,于是链路层数据便成为“”以太网首部+IP数据+以太网尾部”=以太网数据。

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对于接收端来说,与发送端正好是相反的,对应的协议层次,会把该层的数据头部剥掉,并按照规范解析出数据,传递给上一层,一直到对应的应用程序为止。

例如:IP层,会根据IP头部的数据位,来知道运输层是UDP还是TCP,并决定将IP数据是传给UDP还是TCP协议来继续处理。

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3.IP层的头部数据

IP头部,有20位字节组成,其中IP数据的长度是U16,最大值是65535,U16的首部校验和,U8的生存时间,U8的协议(这个用来记录 运输层是何种协议,UDP还是TCP)。U32的源端IP地址和U32的目的端IP地址。

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IPv6的数据头部如下所述, 其中源地址和目的地址,都是16个字节的大小。

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4.UDP头部

UDP头部+UDP数据,共同构成了UDP数据,被封装在IP 数据之中,作为IP的数据内容,其中UDP的头部只有8个字节的大小。

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UDP头部内容详细如下所示:U16的源端口和目的端口,该字段的用意是用来区分同一台机器上面的使用相同IP地址的,不同的应用程序。

U16的UDP数据长度,其实IP的数据长度是U16,所以UDP这一层的数据长度应该是:IP的数据长度-8字节的UDP头部长度。

U16的UDP检验和,这个UDP是可选的。

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5.TCP头部

TCP数据由:TCP首部+TCP数据 共同构成,TCP数据。会被封装到IP数据中,其中TCP首部由20个字节构成,如下图所示:

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TCP的首部,详细内容如下所示:

U16的源端口和目的端口,用于区分相同IP地址下面的不同应用程序。U32的序列号和确认序号,用来实现TCP的可靠性传输,是TCP可靠性传输重要的一个环节,通过REQ+ACK的方式来完成。关于该序号,是根据时间的关系随机生成的一个序号,递增的产生方式。

标识位SYN和ACK,用于三次握手。FIN用于四次挥手。RST表示复位连接。PSH表示需要尽可能快的将数据送往接收进程。

U16的窗口大小,用于控制TCP的流量传输速率。U16的校验和,这个是必须要存在的,保证TCP的可靠性的一部分。

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备注:该资料的整理主要来自于TCP/IP详解卷一,更像是一个读书笔记。


灰子做鱼二零一九年二月十六日。

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