传输层协议 TCP/UDP

WEB前端 264 2018-10-12 17:14

传输层的功能:
传输层为相互通信的应用程序提供了逻辑通信(端口到端口)

TCP/UDP 应用场景
TCP 需要将传输的文件分段传输 建立会话 可靠传输 流量控制
UDP 一个数据包完成数据通信 不建立会话 不可靠传输 不需要流量控制
对应的应用层协议和端口:
TCP:
RDP 3389 | FTP 21 | TELNET 23 | SMTP 25 | POP3 110 | HTTP 80 | HTTPS 443 | SQL 1433
UDP:
DNS 53 | TFTP 69 | SNMP 161 | RIP 520

传输层协议号 TCP 6 | UDP 17

端口

16位端口号标识(0~65535)
三类端口:熟知端口(0~1023) | 登记端口号(1024~49151) | 客户端口号(49152~65535)

UDP

主要特点:无连接、最大努力交付、面向报文、任意对任意通信、首部开销小(8字节)
伪首部(网络层首部):源IP地址(4) + 目的IP地址(4) + XX(1) + 传输层协议号(1) + 传输层首部长度(2)
首部(8):源端口(2) + 目的端口(2) + 长度(2) + 检验和(2)
检验和计算:先将检验和置为0,然后将伪首部+首部按两字节一组分为n组,对其反码求和,然后再求反码得到检验和


传输层协议 TCP/UDP-JEESNS
TCP

主要特点:面向连接、可靠交付、可靠交付、只能一对一通信、全双工通信
三个重要知识点:可靠传输、流量控制、避免网络拥塞
TCP连接的端点叫做 socket 套接字,即 IP地址:端口
首部(20):源端口(2) + 目标端口(2) + 序号(4) + 确认号(4) + [数据偏移(4bit) + 保留(6bit) + URG(1bit) + ACK(1bit) + PSH(1bit) + RST(1bit) + SYN(1bit) + FIN(1bit)](2) + 窗口(2) + 检验和(2) + 紧急指针(2) + (选项(SAC选择性ACK) + 填充)


传输层协议 TCP/UDP-JEESNS
可靠传输

以字节为单位分块传输
数据校验(检验和)
停止等待机制(每次发送一个数据包都会启动定时器等待确认包)
确认和重传机制(累积确认、选择性确认)
滑动窗口机制(流量控制)

流量控制

TCP采用大小可变的滑动窗口进行流量控制,窗口大小的单位是字节。
发送窗口在连接建立时由双方商定。但在通信的过程中,接收端可根据自己的资源情况,随时动态地调整对方的发送窗口上限值(可增大或减小)。
防止死锁:TCP为每个连接设有一个持续计时器。只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知,就启动持续计时器,若持续计时器设置的时间到期,就发送一个零窗口探测报文段(仅携带1字节的数据),而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。

避免网络拥塞

出现资源拥塞的条件:对资源需求的总和 > 可用资源(带宽不够)
慢开始算法:按照指数的增长速度来慢慢加大cwnd(拥塞窗口)的大小
拥塞避免算法:让cwnd的大小线性增长,一个轮次只增加1
(不论是在慢开始阶段还是拥塞避免阶段,如果出现网络拥塞,ssthresh的大小变为拥塞发生时cwnd值的一半,然后cwnd变为1,在开始慢开始算法)


传输层协议 TCP/UDP-JEESNS

快重传:当接收方收到一个失序的数据,可以立刻向发送方发送重复确认信息,而不会等到发送下一个确认时捎带发送,发送方只要接收三个连续的重复确认,就会立刻重复发送刚才没有收到确认的数据
快恢复:与快重传配合使用,当发送方接收到连续三个重复确认请求,为了避免网络拥塞,就会把ssthresh的值减少为当然拥塞窗口的一半,但是发送方认为当前网络并没有发生拥塞,因为还可以接收到三个确认请求,所以不会去执行慢开始算法,而是执行拥塞避免算法

传输连接管理

连接建立
第一次握手:SYN = 1,ACK = 0,seq = x
第二次握手:SYN = 1,ACK = 1,seq = y,ack = x + 1
第三次握手:ACK = 1,seq = x + 1, ack = y + 1
客户端状态 CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHED
服务端状态 LISTEN → SYN_RECV → ESTABLISHED

数据传送

连接释放
第一次挥手:FIN = 1,seq = u
第二次挥手:ACK = 1,seq = v,ack = u + 1
第三次挥手:FIN = 1,ACK = 1,seq = w, ack = u + 1
第四次挥手:ACK = 1,seq = u + 1,ack = w + 1
客户端状态 ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT → CLOSED
服务端状态 ESTABLISHED → CLOSE_WAIT → LAST_ACK → CLOSED


传输层协议 TCP/UDP-JEESNS

为什么需要三次握手?
若建立连接只需两次握手,客户端并没有太大的变化,但如果服务端在收到连接请求后就进入ESTABLISHED状态,不能保证客户端能收到自己的信息,此时如果网络拥塞,客户端发送的连接请求迟迟到不了服务端,客户端便超时重发请求,如果服务端正确接收并确认应答,双方便开始通信,通信结束后释放连接。 此时,如果那个失效的连接请求抵达了服务端,由于只有两次握手,服务端收到请求就会进入ESTABLISHED状态,等待发送数据或主动发送数据。但此时的客户端早已进入CLOSED状态,服务端将会一直等待下去,这样浪费服务端连接资源。

为什么需要四次挥手?
服务端接收到客户端的关闭连接请求时可能还在发送数据,没有想要关闭数据口的意思,所以FIN与ACK不是同时发送的,而是等到服务端数据发送完了,才会发送FIN给主机客户端。

为什么客户端要先进入TIME-WAIT状态,等待2MSL时间后才进入CLOSED状态?
为了保证服务端能收到客户端的确认应答。 若客户端发完确认应答后直接进入CLOSED状态,那么如果该应答丢失,服务端等待超时后就会重新发送连接释放请求,但此时客户端已经关闭了,不会作出任何响应,因此服务端永远无法正常关闭。

文章评论