网络协议(七)-传输层(可靠传输)

以下内容来自于小码哥"网络协议从入门到底层原理"

传输层(Transport)

• 传输层有2个协议
  -- TCP(Transmission Control Protocol), 传输控制协议
  -- UDP(User Datagram Protocol), 用户数据报协议

UDP-数据格式

• UDP是无连接的, 减少了建立和释放连接的开销

• UDP尽最大能力交付, 不保证可靠交付
  -- 因此不需要维护一些复杂的参数, 首部只有8个字节(TCP的首部至少20个字节)
  

  

• UDP长度(Length)
  -- 占16位, 首部的长度 + 数据的长度

UDP-检验和(Checksum)

• 检验和的计算内容: 伪首部 + 首部 + 数据
  -- 伪首部: 仅在计算检验和时起作用, 并不会传递给网络层

  
  

  

端口(Port)

• UDP首部中端口是占用2字节
  -- 可以推测出端口号的取值范围是: 0~65535

• 客户端的源端口是临时开启的随机端口

• 防火墙可以设置开启/关闭某些端口来提高安全性

• 常用命令行
  -- netstat -an: 查看被占用的端口
  -- netstat -anb: 查看被占用的端口, 占用端口的应用程序
  -- telnet 主机 端口: 查看是否可以访问主机的某个端口
  

  

TCP数据格式

• 数据偏移
  -- 占4位, 取值范围是0x0101~0x1111
  -- 乘以4: 首部长度(Header Length)
  -- 首部长度是20~60bytes

• 保留
  -- 占6位, 目前全为0

TCP-小细节

• 有些资料中, TCP首部的保留(Reserved)字段占3位, 标志(Flags)字段占9位
  -- Wireshark中也是如此

• UDP的首部中有个16位的字段记录了整个UDP报文段的长度(首部 + 数据)

• 但是, TCP的首部中仅仅有个4位的字段记录了TCP报文段的首部长度, 并没有字段记录TCP报文段的数据长度

• 分析
  -- UDP首部中占16位长度字段是冗余的, 纯粹是为了保证首部是32bit对齐
  -- TCP/UDP的数据长度, 完全可以由IP数据包的首部推测出来
  ✔️传输层的数据长度 = 网络层的总长度-网络层的首部长度-传输层的首部长度

TCP-检验和(Checksum)

• 跟UDP一样, TCP检验和的计算内容: 伪首部 + 首部 + 数据
  -- 伪首部: 占用12字节, 仅在计算检验和时起作用, 并不会传递给网络层

TCP-标志位(Flags)

• URG(urgent)
  -- 当URG = 1时, 紧急指针字段才有效, 表明当前报文段中有紧急数据, 应优先尽快传送

• ACK(Acknowledgment)
  -- 当ACK = 1时, 确认号字段才有效

• PSH(Push)

• RST(Reset)
  -- 当RST = 1时, 表明连接中出现严重差错, 必须释放连接, 然后再重新建立连接

• SYN(Synchronization)
  -- 当SYN = 1, ACK = 0时, 表明这是一个建立连接的请求
  -- 若对方同意建立连接, 则回复SYN = 1, ACK = 1

• FIN(Finish)
  -- 当FIN = 1, 表明数据已经发送完毕, 要求释放连接

TCP- 序号, 确认号, 窗口

• 序号(Sequence Number)
  -- 占4字节
  -- 首先, 在传输过程的每一个字节都会有一个编号
  -- 在建立连接后, 序号表示: 这一次传给对方的TCP数据部分的第一个字节的编号

• 确认号(Acknowledgement Number)
  -- 占4字节
  -- 在建立连接后, 确认号代表: 期望对方下一次穿过来的TCP数据部分的第一个字节的编号

• 窗口(Window)
  -- 占2字节
  -- 这个字段有流量控制功能, 用以告知对方下一次允许发送的数据大小(字节为单位)

TCP可靠传输-停止等待ARQ协议

• ARQ(Automatic Repeat-reQuest)自动重传请求
  

  

TCP可靠传输-连续ARQ协议 + 滑动窗口协议

TCP可靠传输-SACK(选择性确认)

• 在TCP通信过程中, 如果发送序列中间某个数据包丢失(比如1,2,3,4,5中的3丢失了)

• TCP会通过重传最后确认的分组后续的分组(最后确认的是2, 会重传3,4,5)

• 这样原先已经正确传输的分组也可能重复发送(比如4,5), 降低了TCP性能

• 为改善上述情况, 发展出了SACK(Selective Acknowledgement, 选择性确认)技术
  -- 告诉发送方哪些数据丢失, 哪些数据已经提前收到
  -- 使TCP只重新发送丢失的包(比如3), 不用发送后续所有的分组(比如4,5)

• SACK信息会放在TCP首部的选项部分
  

  

-- Kind: 占1字节. 值为5代表着是SACK选项
-- Length: 占1字节. 表明SACK选项一共占用多少字节
-- Left Edge: 占4字节, 左边界
-- Right Edge: 占4字节, 右边界

• 一对边界信息需要占用8字节, 由于TCP首部的选项部分最多40个字节, 所以
  -- SACK选项最多携带4组边界信息
  -- SACK选项的最大占用字节数= 4 * 8 + 2 = 34