小码哥《网络协议从入门到底层原理》笔记（七）：传输层、UDP、TCP可靠传输

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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。

检验和

• 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

• 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

一个细节

• 为什么TCP和UDP首部记录数据长度的位数不一样？
  • 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

检验和

• 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

标志位

• 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

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）